市政供水管网系统是城市重要的基础设施,被誉为城市生命线工程之一,它不仅为人们的日常生活、生产提供用水,还承担着消防任务。市政供水管网水力模型可以对市政管网信息的管理和运行状态进行监测,是对市政管网进行设计规划、运行管理、优化调度和风险预测、火灾评估等较为直接有效的技术手段。基于市政供水管网水力模型的市政消防供水能力评估是给水管网水力模型研究的拓展。目前我国处于经济快速发展时期,不同风险等级的建筑物不断新建,火灾风险不断加大,对于消防安全的需求也与日俱增。因此,加强对市政管网消防供水能力的评估,不仅能够为城市安全生产、生活保驾护航,推动社会经济建设的发展,还能为今后的市政管网改扩建奠定坚实的理论基础。本文的研究方向是城市给水管网水力模型的构建、管网水力模型校核以及基于水力模型的管网消防供水能力的评估,主要内容包括:(1)市政供水管网水力模型构建。市政管网水力模型是由节点、管道、水泵、阀门、蓄水池和水塔这六类基本系统组件组成。常说的建模指的是将实际工程问题按照水力学基本理论转换为数学问题建立方程组进行求解的过程。本部分详细阐述了建模过程涉及到的水力学理论知识,然后对比分析了目前常用的几款建模软件,最终选用WaterGEMS进行L市市政管网水力模型构建,并且对建模过程中遇到的问题进行详细的分析和给出具体的解决方案。(2)市政供水管网水力模型校核研究。结合绪论所概述,对比了目前采用的校核方法和智能算法的优缺点,最终采用基于遗传算法的节点流量参数隐性校核法并结合MATLAB软件编程,对L市市政管网进行分区校核结果表明,本文所采用的校核方法解决了大规模市政管网手工校核过程中存在的耗时和不准确性的缺点,增强校核结果可靠性,为下一步的模型应用在消防供水能力评估方面奠定基础。(3)评估市政管网消防供水能力方法的研究。本部分详细介绍了现有市政管网消防供水能力评估方法,分别是NFPA法、基于水力模型的试算法以及Boulos法,指标法,并分析了各方法的优缺点。NFPA法计算简单,但为了保证精度需要耗费大量人力物力,还可能影响管网的正常运行;基于水力模型的试算法也存在计算过程繁琐耗时的问题;指标法Boulos法存在迭代次数多和被商业软件所应用因而应用范围受限的问题;指标法不能评估出具体消火栓节点的消防供水能力,在应用上具有一定局限性。基于上述问题本文提出了一种新的基于牛顿迭代的市政管网消防供水能力评估方法,该方法是将市政管网供水能力评估转化为优化问题,采用牛顿迭代来求解,涉及参数更少,具有更高的计算效率。以绵阳市市政供水管网水力模型为例,采用Boulos法和本文提出的基于牛顿迭代的评估法进行对比,结果证明本文提出的牛顿迭代法能更高效实现管网消防供水能力评估。(4)评估L市市政供水管网的消防供水能力。首先详细论述了WaterGEMS消防供水能力评估的基本原理、操作步骤及相关参数的设定;然后以云南省L市市政供水管网为例,介绍了我国消防规范要求(火灾时水力最不利市政消火栓的出流量不应小于15L/s,且供水压力从地面算起不应小于0.1MPa)和相关的评估标准,并对L市市政管网管径及消火栓节点标高进行分析;接着对L市市政管网所有消火栓节点分别进行基于WaterGEMS软件和基于牛顿迭代法消防供水能力分别进行评估,结果表明两种方法得到的评估结果近似相等;最后针对此次评估中的6个评估结果较差的区域,本文提出相应的解决方案,为今后的管网改扩建及消防安全管理提供参考。综上所述,本课题研究内容具备理论性与实用性相结合的特点,为今后的中小型城镇市政管网改造领域和工程设计等领域研究提供新思路。