第1章 供水系统模型简介

1.1 供水系统简介

饮用水水源

饮用水用户

供水系统设备

1.2 什么是供水系统模拟

1.3 供水模型的应用

长期规划

设施维护

消防研究

水质调查

能耗管理

日常管理

1.4 建模过程

1.5 供水技术简史

1.6 预期状况

参考文献

第2章 建模理论

2.1 流体性质

密度和重度

黏度

流体可压缩性

蒸汽压

2.2 流体静力学和动力学

静水压强

流速分区与流态

2.3 能量定义

能量损失

2.4 摩擦阻力损失

达西-魏斯巴赫公式

海曾-威廉公式

曼宁公式

摩擦阻力损失方法对比

2.5 局部损失

阀门系数

等效管段长度

2.6 阻抗系数

达西-魏斯巴赫公式

海曾-威廉公式

曼宁公式

局部水头损失

2.7 能量的获取——水泵

水泵水头与流量的关系

系统水头曲线

水泵的工况点

水泵特性曲线的其他用途

2.8 管网水力学

质量守恒定律

能量守恒定律

求解管网问题

2.9 水质模型

管段中的迁移

节点处的混合

水箱中的混合

化学反应术语

水质模拟的其他类型

求解方法

参考文献

讨论话题与习题

第3章 建立模型

3.1 地图和资料

系统图

地形图

竣工图

电子地图和记录

3.2 模型表示

管网构件单元

管网拓扑结构

3.3 水库

3.4 水箱

3.5 节点

节点高程

3.6 管道

长度

管径

局部损失

3.7 水泵

水泵特性曲线

水泵的模型表示

3.8 阀门

隔离阀

单向阀

高度阀

排气阀和真空破坏阀

控制阀

阀门名册

3.9 控制（状态切换）

管道控制

水泵控制

调节阀门控制

控制设置指示器

3.10 模拟类型

恒态水力模拟

延时模拟

模拟的其他类型

3.11 管网简化

简化实例

模型简化策略

十分重要的管网单元

重要性未知的单元

自动简化

简化的总结

3.12 模型维护

参考文献

讨论话题与习题

第4章 用户用水量

4.1 基准需水量

数据源

需水量的空间分配

使用GIS分配需水量

需水量分类

水量平衡技术

使用单位需水量

未计量水量

4.2 需水量变化系数

峰值因子

4.3 随时间变化的需水量

日用水量变化曲线

建立系统范围的日用水量变化曲线

建立用户每日用水量曲线

在模型里定义用水变化模式

4.4 预测将来需水量

历史趋势

将来需水量的空间分配

分项预测

4.5 消防用水量

参考文献

讨论话题与习题

第5章 供水系统测试

5.1 测试基本原理

压力测量

流量测量

系统测量中的潜在缺陷

5.2 消火栓流量测试

毕托管流量计和扩散器

消防流量测试的潜在问题

使用消防流量测试进行校核

5.3 水头损失测试

双压力计测试

平行管线测试

水头损失测试的潜在问题

使用水头损失测试结果进行校核

5.4 水泵运行状况测试

水头特征曲线

水泵效率测试

水泵运行测试的潜在问题

使用水泵运行测试数据进行数据校核

5.5 延时模拟数据

供水系统的时间序列数据

传输追踪测试

5.6 水质采样

实验室测试

现场研究

5.7 供水系统水箱和水库采样

水质研究

示踪研究

温度监测

5.8 校核数据的质量

参考文献

讨论话题与习题

第6章 水力模型中SCADA数据的使用

6.1 SCADA数据类型

6.2 数据检查间隔时间和未处理数据

6.3 SCADA数据格式

6.4 管理SCADA数据

6.5 SCADA数据错误

数据压缩问题

时间相关问题

数据缺失

所使用的仪器

未知高程

其他的错误来源

6.6 数据问题的处理办法

6.7 查证数据有效性

参考文献

第7章 管网水力模型校核

7.1 模型预测与现场测量的运行情况

基于水头的比较

数据采集的空间位置

7.2 模型中的误差源

错误类型

名义管径与实际管径

管线内部粗糙系数值

系统需水量的分配

系统图

时间边界条件的变化

模型简化

几何特征难于辨明

水泵特性曲线

7.3 校核方法

手工校核方法

自动校核方法

模型确认

7.4 EPS模型校核

参数调整

校核问题

使用示踪剂校核

能耗研究

7.5 水质模型校核

水源浓度

初始条件

管壁反应系数

7.6 可接受的校核程度

参考文献

讨论话题与习题

第8章 使用模型进行供水系统设计

8.1 管网设计的模型应用

管网校验与简化尺度

设计流量

可靠性评估

应用模型进行设计的关键原则

模型应用类型

管线管径确定

8.2 确定与解决常见的供水系统问题

管径过小的管线系统

不适当的水泵

持续的低压

低需水量情况期间的高水压

管径过大的管线系统

8.3 水泵供水系统

水泵直接向不使用压力控制阀的封闭系统供水

水泵向使用压力控制阀的封闭系统供水

变速水泵

水泵向设有储水水箱的系统供水

水泵向设有增压泵储水水箱的封闭系统供水

向气压水箱供水

水源井水泵供水

水泵并联

水泵吸入压头损失

8.4 将一个系统扩建到新的用户

分析范围

用户高程

评估一个已建系统

8.5 压力区域建立与水池溢流水位设定

建立一个新的压力区域

布置新的压力区域

水箱溢流水位高程

8.6 确定选泵评估用的系统水头曲线

8.7 较低压力区域供水

减压阀向某个盲端压力区域供水

设有水箱的较低区域

由控制阀供水的较低区域

减压阀或者控制阀的上游条件

8.8 现有系统的供水能力修复

数据收集

系统现有状况模拟

选择方案概览

评价

8.9 能耗和资金费用的权衡

8.10 在水箱设计和运行中使用模型

系统模型

计算流体动力学模型

8.11 优化设计和供水能力恢复规划

构建优化设计

最优化设计方法

最优化问题

设计最优化问题的多目标化和处理

多目标决策

使用最优化技术

参考文献

讨论话题与习题

第9章 用户系统建模

9.1 水表建模

9.2 倒流保护器

9.3 自来水公司供水系统的接口表示

9.4 用户需水量

拟建系统的商业需水量

9.5 喷洒设备设计

模型的起始物理端点

喷洒设备水力学

近似的喷洒设备水力学

管道设计

消防喷洒设备

喷洒设备管道尺寸

灌溉喷洒设备

参考文献

讨论话题与习题

第10章 运行

10.1 管网运行过程中模型的角色

10.2 低压问题

问题识别

模拟低压

查找关闭的阀门

解决低压问题

10.3 低消防流量问题

识别问题

低消防流量的解决方案

10.4 调整压强区域边界

10.5 水箱停止使用

消防流量

低需水量问题

10.6 关闭系统某个区域

表示关闭方案

模拟关闭方案

10.7 电力中断

电力中断模拟

电力中断持续时间

10.8 电力消耗

确定水泵运行工况点

能量费用计算

多个不同运行点

连续变化水泵流量

建立流量-效率关系曲线

变速泵

使用水泵能耗数据

理解电费比率结构

水泵运行时程优化

10.9 供水管网冲洗

冲刷模拟

表示出流消火栓

使用喷流口估计消火栓出流量

相对于节点的消火栓位置

恒态与延时（ESP）运行

成功冲刷的指标

10.10 确定供水系统水表规格

子系统水表计量

应用模型确定水表规格

水表选择的含义

10.11 关于系统污染研究的模型

10.12 漏失控制

10.13 保持管线中足够的消毒剂余量

消毒剂余量估计

二次加氯

消毒剂副产物的生成

优化技术

参考文献

讨论话题与习题

第11章 供水系统安全

11.1 供水系统脆弱性

11.2 潜在的供水安全事件

物理破坏

污染

11.3 薄弱环节评估

检查和核对清单

正规的评估工具及方法

11.4 仿真模型应用

供水系统模型

水箱和水库混合模型

地表水的水力及水质模型

11.5 安全措施

参考文献

讨论话题与习题

第12章 地理信息系统与水力模型的集成

12.1 GIS基础

数据管理

地理数据模型

12.2 企业GIS的开发和维护

GIS成功实现的关键

需求评估

设计

初步研究

生产

展示

12.3 模型建立

模型的可持续性和维护

在GIS专业人员和模型工作人员之间沟通

使用已有的GIS建模

管网构件

用水数据提取

高程数据检索

水力模型GIS与企业级GIS比较

12.4 GIS分析和可视化

使用属性数据创建专题地图

使用特征的空间匹配来设定新的数据

在特征之间使用空间关系以选定某种单元和赋值新的数据

使用关系进行网络追踪

使用GIS综合功能执行复杂分析

12.5 GIS和水力模型的未来发展

参考文献

讨论话题与习题

第13章 瞬变流动

13.1 瞬变流动介绍

瞬变影响

瞬变评估总论

13.2 瞬变流动的物理机制

刚性模型

弹性模型

瞬变分析方法历史

13.3 瞬变量级和速度

特征时间

Joukowsky方程

波速与管道弹性

弹性模型与刚性模型比较

波的反射与传播

衰减与线路填充

13.4 数值模型校验

13.5 现场测量数据采集

13.6 瞬变控制

管道系统设计及空间布设

防护设施

13.7 运行操作考虑

流动控制监测站

空气释放阀

参考文献

讨论话题与习题

附录A 单位和符号

A.1 单位

A.2 符号

附录B 转换系数

长度转换系数

体积转换系数

压强转换系数

流量转换系数

运动黏度转换系数

流速转换系数

能量转换系数

附录C 附表

水的密度、黏度和运动黏度

水的标准蒸汽压

标准大气压

各种流态的雷诺数

各种管材等效砂粒粗糙度

各种管材的C值

曼宁糙率数值

局部损失系数

附件D 模型优化技术

D.1 最优化技术概述

最优化术语

最优化过程

最优化问题的图形描述

为什么使用最优化技术？

D.2 如何使用最优化技术

单目标最优化

多目标最优化

最优化技术的应用

D.3 最优化方法

解析最优化法

线性规划法

非线性规划法

动态规划法

非适应性搜索法

探索与挖掘

适应性搜索法

D.4 遗传算法

D.5 多目标最优化

权重法

约束法

参考文献

附录E SCADA基础

E.1 SCADA系统的组分

现场数据接口设备

现场数据通信系统

中央主机

操作员工作站通信系统

软件系统

E.2 数据采集机制

E.3 现场数据处理

E.4 控制的层级

E.5 在SCADA失效期间数据的处理

E.6 错误及准确性问题

参考文献

参考书目

一般供水系统水力学

一般水力模型

复原与维护

模型应用

水泵加压

用户需水量

模型率定

优化技术

优化设计

模拟能量效率

水质模型

消防

瞬变流

供水系统安全

管理控制与数据采集

地理信息系统（GIS）