城市供水管网渗漏水力特性研究

论文摘要

本文以渗漏状态下给水管网的水力特性为核心研究内容,通过水力分析和进行实验室单一目标管段和复杂管网模拟正常和渗漏两种运行状态试验,提出了给水管网渗漏水力分析方法与计算模型,为渗漏诊断与控制提供理论基础。首先,对渗漏量和压力的变化关系进行指数模型验证。针对管道输水的功能特征,提出以渗漏面积比来表征渗漏程度并分析了渗漏面积比对渗漏量的影响。在对比分析压力、渗漏面积比、转输流量和孔口出流方式等对渗漏量作用的基础上,指出压力和渗漏面积比是确定管道渗漏量的决定性因素。在此基础上,创新性地提出了考虑压力和渗漏面积比二者综合作用的有压管道渗漏量“S”模型,并分析了模型中系数的物理意义和变化规律。其次,基于供水管网水力计算基本原理提出“渗漏压降”概念,并建立渗漏管道水力计算模型。应用该模型可以得到正常与渗漏两种状态下的压力变化规律及其数学模型,进而分析了压力作为渗漏判据和进行定位研究的有效性与局限性;通过管段和管网渗漏模拟试验,从流量和压力两方面分析了渗漏状态下水力特性变化。试验和模型计算均显示,考虑渗漏“渗漏压降”的管道水力计算模型较传统水力分析方法对管网渗漏状态模拟的精度大为提高。最后,基于有压管流相似理论,推导构建了供水管网的正态和变态物理模型理论。重点对管网正常和渗漏两种状态进行受力分析,并分别进行模型推导;通过试验确定了正态相似和变态相似理论对管段水力特性的模拟的可行性和适宜范围。利用逆向分析方法,给出了管网模型变态微缩比尺的确定方法和建议取值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 立题背景
• 1.1.1 漏损现状与研究意义
• 1.1.2 城市供水管网漏失的概念和内涵
• 1.1.3 管网漏损的主要形式
• 1.1.4 供水管道漏水原因分析
• 1.1.4.1 外界因素
• 1.1.4.2 运行因素
• 1.1.4.3 自身因素
• 1.2 国内外城市供水管道漏损控制技术及研究概况
• 1.2.1 管道漏损检测设备及方法
• 1.2.1.1 常用的检漏方法
• 1.2.1.2 常用的检漏仪器
• 1.2.2 漏损模型研究
• 1.2.2.1 预测模型
• 1.2.2.2 诊断模型
• 1.2.3 漏损控制的研究热点及问题
• 1.2.3.1 当前研究热点
• 1.2.3.2 存在问题
• 1.3 研究方法
• 1.3.1 课题来源和目标
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 渗漏模拟试验方法
• 2.1 试验背景与目的
• 2.1.1 背景介绍
• 2.1.2 试验目的
• 2.2 试验装置与测试仪器
• 2.2.1 试验装置
• 2.2.1.1 管段试验
• 2.2.1.2 管网试验
• 2.2.2 测试仪器
• 2.3 试验方案和参数测定
• 2.3.1 试验方案
• 2.3.1.1 管段试验
• 2.3.1.2 管网试验
• 2.3.2 试验参数测定
• 2.4 本章小结
• 第三章 供水管道渗漏模型试验研究
• 3.1 供水管道漏失模型研究概述
• 3.2 试验结果与分析
• 3.2.1 压力与漏失量的关系——指数模型的验证分析
• 3.2.1.1 渗漏系数a
• 3.2.1.2 渗漏指数b
• 3.2.2 漏失面积比对漏失量的影响
• 3.2.3 转输流量
• 3.2.4 孔口出流方式
• 3.3 供水管道漏失量计算模型的确定
• 3.3.1 “S”型模拟
• 3.3.2 模型的物理意义
• 3.4 本章小结
• 第四章 供水管线与管网渗漏水力分析
• 4.1 渗漏管网水力分析
• 4.1.1 管网水力计算基本方程
• 4.1.2 渗漏管线水力模型的建立
• 4.1.3 关于压降系数kq 的讨论
• 4.2 在供水管网渗漏的判断与定位中的应用
• 4.2.1 两种状态下的压差计算
• 4.2.2 在渗漏判断和定位中的应用性分析
• 4.2.3 其它表达形式
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 管段试验结果与分析
• 4.3.1.1 漏损对管道流量变化的影响
• 4.3.1.2 漏损对管道压力变化的影响
• 4.3.2 管网试验结果与分析
• 4.3.2.1 单点试验
• 4.3.2.2 两点试验
• 4.3.2.3 管网系统渗漏水力模拟
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于相似理论的供水管网模型构建与试验研究
• 5.1 基本原理
• 5.1.1 相似力学
• 5.1.1.1 几何相似
• 5.1.1.2 运动相似
• 5.1.1.3 动力相似—牛顿普遍相似定律
• 5.1.2 相似准数
• 5.1.2.1 重力相似准则
• 5.1.2.2 内摩擦力相似准则
• 5.1.2.3 压力相似准则
• 5.1.3 水力模拟的局限性与变态相似理论
• 5.1.3.1 变态相似定义
• 5.1.3.2 变态物理模型的构建
• 5.1.3.3 变态模型律应用
• 5.2 试验结果与分析
• 5.2.1 管段实验
• 5.2.1.1 正常状态
• 5.2.1.2 渗漏状态
• 5.2.2 管网试验与计算模拟
• 5.2.2.1 正常状态
• 5.2.2.2 渗漏状态
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 存在的不足与建议
• 参考文献
• 发表论文及科研状况
• 致谢