消防及事故时供水管网预测分析

通常配水系统可满足供水要求,但消防时和管路损坏时(包括水泵故障),管网往往难以保证各用水点能充裕供水.这种情况下的配水系统可望通过模拟方法进行预测分析,以下就这方面的预测方式方法予以探讨,并作相应的比较.
1 有关方法
　　在节点水头解析中,假定各节点的流量和水头满足设计要求的数值.一般情况下所提供的自由水头可满足最低水头,但管路事故时和由消防等引起的过量水通过时,最低自由水压则往往不能保证的情况还是存在的.所谓的节点流量解析方法则同时考虑节点的流量和水头.探讨个中的水头流量关系,以求其内在规律.为此1985年Germanopoulos提出以下关系式:
　　 (1)
　　式中qavl为可能使用的流量;qreq为必需的流量;cj为节点数;Hqvl为有效水头;Hmin为最低自由水压;Hdes为水头期望值;j为节点序号(1-j).
　　Wagner和Chandapillai等相继于1988、1991年通过研究提出有关参数间为抛物线关系的论点:[2]

　　式中Rj为阻抗定值;n为指数

　　因此,通过以上各种节点流量解析可以对流量一时难以保证的管网工况进行预测分析,举例如下.
2 管网1
　　如图1所示为一单线路管网.由节点1至节点4组成.若水量应分别保证为2m3/min、2m3/min、3m3/min、1m3/min,节点0的水头为100m,从节点1到节点4的最低水头应分别取为90、88m、90m、85m，其结果是依据节点水头解析所有节点有效水头均高于应予保证的最低水头.


　　 若将该管网节点4增加3m3/min,经节点水头解析,节点3和节点4的有效水头低于所需的最小水头.对于这种消防工况的管网,应用节点流量解析管网,预测分析是很有必要的,若取cj=5,n=2,Rj=0.1进行节点流量解析,节点1、2、4可满足要求,但节点3原需保证的3m3/min水量却有0.37m3/min左右的紧缺和不足.[1]

3 管网2
　　图1管网中,节点0的有效水头范围若控制在85m到111m,通过节点流量解析所得的结果如图2所示.图2的水头流量曲线反映了供给水头不同时的管网工作情况.


　　图0 与给水头相应的可使用水量变化
　　Jowitt1993年根据研究(1)式适用于C[j]=5,但是节点0的有效水头可能使用流量比实际数值增大,节点0的有效水头低于99m时流量为11m3/min.
　　Wager等对1988-1991年提出的式(3)-(5)又依据回归分析得到Rj=0.354和n=1.79.该预测可能使用流量和实际数值间有一定差异,但是比之前两种方法数值上更为接近.[2]
4 结束语
　　一般情况下若是考虑各供水点的水头和流量是可以预测配水系统的实际状况的.通过对本研究领域为预测事故时和消防时配水能力的各种方法予以分析比较,表明同时考虑了节点水头和流量的节点流量解析方法可得到较为正确的结果,特别是根据式(3)-(5)关系式所采用的抛物线形水头流量关系方法应该说是当前较好的一种方法,可考虑采纳应用.