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近年来,我国城市规模不断扩大,同时也出现与此相关的诸多问题,例如,城市人口数量不断上涨,极大地增加了城市水资源的供水压力;城市绿地面积的减少和不透水面的增加,改变城市地下径流,加大了发生城市洪涝灾害和干旱的可能性,严重了的制约了城市的可持续发展;城市工业废水的不达标排放进一步加剧了城市水资源短缺的压力;因此,城市水资源系统脆弱性方面的研究工作得到了很多学者的重视。城市给水系统是城市水资源分配的一个重要方面,其平稳运行对与缓解城市水资源压力具有重要的作用。城市给水系统主要是由一系列构筑物和输配水管网相互连接组成,其主要任务是从水源点进行取水,并按照用水单位对水质的要求进行净化处理,然后通过输配水管网系统把水输送到用水区域,向用户提供满足一定压力、流量、水质的水。随着经济的快速发展,人们生活水平的不断提高,城市给水系统发挥的作用越来越大,其正常运行是保证国民经济平稳发展和社会稳定的基础,对其进行研究具有重要的理论价值和现实意义。
论文运用图论的方法,在整理现有研究成果的基础上,将给水管网系统抽象为由很多点和线相互连接而组成的图,并建立基于图形的数学模型进行研究。文中主要从以下两个方面对城市给水管网系统进行了分析研究:(1)对城市给水管网的水力计算进行了分析。主要思路是以节点水压与管段流量的关系为切入点,推导出节点水压和节点流量之间的矩阵方程式,通过构造管段流量计算的迭代格式,从而解得各节点的水压,根据节点水压与管道流量、管道水头损失之间的关系,最终求得各管道的流量和水头损失。(2)对管网的可靠性进行了分析。在讨论给水管网中节点及系统可靠度计算方法的基础上,根据各管道的故障率和维修率,求出各管段的可用度和不可用度;然后,在故障状态下对管网进行水力模拟得到各节点的最小割集,最终求得管网系统的可靠度值。