序言 输配水系统水力和水质特性的模拟, 是输配水系统设计 运行和管理的基本依据和重要工具, 历来受到供水企业 科研和教学部门的重视 EPANET 作为一套功能齐全 界面友好 易于使用的优秀免费软件, 得到广泛应用, 成为许多商业软件的核心, 也为输配水系统的科学研究提供了便利 但是由于该软件为英文界

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1 EPANETH2(EPANET2 中文版 ) 用户手册 原著 :Lewis A. Rossman ( 俄亥俄州辛辛那提市美国环境保护局研究和开发办公室国家风险管理研究实验室供水和水资源分部,45268) 翻译 : 李树平 ( 上海市同济大学环境科学与工程学院,200092)

2 序言 输配水系统水力和水质特性的模拟, 是输配水系统设计 运行和管理的基本依据和重要工具, 历来受到供水企业 科研和教学部门的重视 EPANET 作为一套功能齐全 界面友好 易于使用的优秀免费软件, 得到广泛应用, 成为许多商业软件的核心, 也为输配水系统的科学研究提供了便利 但是由于该软件为英文界面, 目前只在国内部分高校 软件开发企业等小范围得到使用 而对于广大从事输配水系统设计 运行和管理的工程技术人员, 以及进入专业学习阶段的大学生, 尽快掌握该软件的使用方法还具有一定难度 因此为普及输配水系统水力和水力特性模拟软件在供水各部门 各层次的应用, 促进输配水系统的设计 运行管理水平, 很有必要将该软件的代码 界面 用户手册和帮助文件翻译成中文 目前该模拟软件翻译工作得到同济大学教学改革与研究项目的资助, 立项目的是将软件汉化后, 作为给水管网课程的教学辅助软件, 提高课程教学效果 EPANET 软件的翻译已得到 Rossman 先生的许可, 汉化版定名为 EPANETH 同时声明该用户手册以及 EPANETH 程序作为实验性软件, 尽管力求结果正确, 但是译者对计算结果的应用, 以及应用中所造成的损失不负任何责任 李树平 2009 年 7 月 ii

3 原 EPANET2 用户手册 声明 本文档 (EPANET2 用户手册 ) 信息由美国环境保护局 (EPA) 全部或者部分资助 它已经接受了与该局相当的机构和管理人员审核, 并经 EPA 许可而公布 文中提及的商标名称或者商业产品, 并不意味对其认可或者推荐 为了确保获得结果的正确性, 尽管进行了大量的工作, 但本文档描述的计算程序仍是实验性的 因此作者和美国环境保护局对任何结果或者从这些程序获得任何结果的使用, 以及对于任何目的使用这些程序得到的结果而造成损害或者诉讼, 不承担任何责任, 同时也不承担这方面的任何义务 iii

4 目 录 第 1 章引言 什么是 EPANETH 水力模拟能力 水质模拟能力 EPANETH 应用步骤 关于本手册...2 第 2 章快速入门教程 EPANETH 安装 管网示例 工程设置 管网图绘制 设置对象属性 保存和打开工程 执行单时段分析 执行延时分析 执行水质分析...12 第 3 章管网模型 物理构成 非物理组件 水力模拟模型 水质模拟模型...24 第 4 章 EPANETH 工作空间 引言 菜单条 工具条 状态条 管网地图 数据浏览 地图浏览 属性编辑器 程序偏好...35 第 5 章工程操作 打开和保存工程文件 工程缺省值 校验数据 工程总结...41 第 6 章对象操作 对象类型 添加对象 选择对象...44 iv

5 6.4 编辑可视化对象 编辑非可视化对象 复制和粘贴对象 管段变形和逆向 删除对象 移动对象 选择对象组 编辑对象组...54 第 7 章地图操作 选择地图视窗 设置地图尺寸 利用背景地图 缩放地图 移动地图 查找对象 地图图例 纵览地图 地图显示选项...59 第 8 章管网分析 设置分析选项 执行模拟分析 疑难解答...65 第 9 章显示结果 地图中显示结果 图形结果显示 表格结果显示 显示特殊报表...76 第 10 章打印和复制 选择打印机 设置页面格式 打印预览 打印当前视窗 复制到剪贴板或者文件...81 第 11 章导入和导出 工程方案 导出方案 导入方案 导入部分管网 导入管网地图 导出管网地图 导出到文本文件...86 第 12 章常见问题释疑...87 附录 A 计量单位...89 附录 B 错误信息...90 v

6 附录 C 命令行 EPANETH...92 C.1 一般指令...92 C.2 输入文件格式...92 C.3 报告文件格式 C.4 二进制输出文件格式 附录 D 分析算法 D.1 水力分析 D.2 水质分析 D.3 参考文献 vi

7 第 1 章引言 1.1 什么是 EPANETH EPANETH 软件是美国环保局软件 EPANET 的汉化版本, 是一个可以执行有压管网水力和水质特性延时模拟的计算机程序 管网包括管道 节点 ( 管道连接节点 ) 水泵 阀门和蓄水池 ( 或者水库 ) 等组件 EPANETH 可跟踪延时阶段管道水流 节点压力 水池水位高度以及整个管网中化学物质的浓度 除了模拟延时阶段的化学成分, 也可以模拟水龄和进行源头跟踪 EPANETH 开发的目的是为了改善对配水系统中物质迁移转化规律的理解 它可以实现许多不同类型的配水系统分析 采样程序设计 水力模型校验 余氯分析以及用户暴露评价就是一些例子 EPANETH 有助于评价整个系统水质改善的不同管理策略, 这些可能包括 : 改变多水源供水系统的水源配置 ; 改变水泵提升和水池注水 / 放水时间调度安排 ; 水处理的补充措施, 例如蓄水池中重新加氯 ; 管道清洗和替换 在 Windows 环境下,EPANETH 提供了管网输入数据编辑 水力和水质模拟, 以及以各种方式显示计算结果的集成环境 结果的表达形式包括管网地图颜色表示 数据表格 时间序列图和等值线图等 1.2 水力模拟能力 完整和精确的水力模拟是有效水质模拟的先决条件 EPANETH 包含了先进的水力分析引擎, 具有以下功能 : 对管网规模未加限制 ; 可利用 Hazen-Williams, Darcy-Weisbach 或 Chezy-Manning 公式计算摩擦水头损失 ; 包含了弯头 附件等处的局部水头损失计算 ; 可模拟恒速和变速水泵 ; 可进行水泵提升能量和成本分析 ; 可模拟各种类型的阀门, 包括遮蔽阀 止回阀 调压阀和流量控制阀 ; 允许包含各种形状的蓄水池 ( 即直径可以随高度变化 ); 考虑节点多需水量类型, 每一节点可具有自己的时变模式 ; 可模拟依赖于压力的流量, 例如扩散器 ( 喷头水头 ); 系统运行能够基于简单水池水位或者计时器控制, 以及基于规则的复杂控制 1.3 水质模拟能力 EPANETH 提供了以下水质模拟能力 : 模拟管网中非反应性示踪剂随时间的运动 ; 模拟反应物质的运动变化, 它可以随时间增长 ( 例如消毒副产物 ) 或者降低 ( 例如余氯 ); 1

8 模拟整个管网的水龄 ; 跟踪从已知节点来的水流百分比 ; 模拟主流水体和管壁处的反应 ; 利用 n 级反应动力学模拟主流水体中的反应 ; 利用零级或者一级反应动力学模拟管壁处的反应 ; 模拟管壁处的反应时可考虑质量转移限值 ; 允许持续达到一个极限浓度的增长或者衰减反应 ; 利用全局反应速率系数, 可在单管道基础上纠正 ; 允许管网中任何位置的时间变化浓度或者质量输入 ; 将蓄水池作为完全混合 柱塞流或者双室反应器进行模拟 通过利用这些特性,EPANETH 能够研究以下水质现象 : 不同水源来水的混合 ; 整个系统的水龄 ; 余氯的损失 ; 消毒副产物的增长 ; 污染事件跟踪 1.4 EPANETH 应用步骤 利用 EPANETH 模拟配水系统时, 通常执行以下步骤 : 1. 绘制表示配水系统的管网 ( 参见第 6.1 部分 ), 或者导入具有管网基本描述的文本文件 ( 参见第 11.4 部分 ); 2. 编辑系统对象的属性 ( 参见第 6.4 部分 ); 3. 编辑系统运行属性 ( 参见第 6.5 部分 ); 4. 选择一组分析选项 ( 参见第 8.1 部分 ); 5. 执行水力 / 水质分析 ( 参见第 8.2 部分 ); 6. 显示分析结果 ( 参见第 9 章 ) 1.5 关于本手册 本手册第 2 章描述怎样安装 EPANETH, 提供 EPANETH 应用的快速教程 对配水系统模拟基本知识不熟悉的读者, 可在学习整个快速教程之前, 首先阅读第 3 章的知识 第 3 章讨论了 EPANETH 模拟配水系统的背景材料 它描述了构成配水系统的物理组件特性, 以及附加的模拟信息 ( 例如时间变化和运行控制 ) 它也提供了怎样执行系统水力和水质性能数值模拟的信息 第 4 章说明了怎样组织 EPANETH 工作空间 它描述了各种菜单选项和工具按钮的功能, 以及怎样使用三种主要的窗口 管网地图 浏览器和属性编辑器 第 5 章讨论了工程文件, 其中存储了配水系统 EPANETH 模型需要的所有信息 它说明了怎样创建 打开和保存这些文件, 以及怎样设置缺省工程选项 它也讨论了注册模拟结果与实际测试相比较的校验数据 第 6 章描述了怎样利用 EPANETH 创建配水系统网络模型 它说明了怎样创建构成系统的各种物理对象 ( 管道 水泵 阀门 节点 水池等 ), 怎样编辑这些对象的属性, 以及怎样描述系统的需求和运行随时间的改变 2

9 第 7 章解释了怎样利用管网地图, 提供被模拟系统的图形显示 它说明怎样在地图上以颜色编码方式, 浏览不同的设计和计算参数, 怎样重新设置比例 缩放和移动地图, 怎样定位地图中的对象, 以及哪些选项可用于定制地图的外观 第 8 章说明了怎样执行管网模型的水力 / 水质分析 它描述了怎样利用不同选项控制分析, 以及为检验模拟结果时使用故障寻求提供提示 第 9 章讨论了显示分析结果的各种方式 这些包括管网地图的不同显示, 各种类型的图形和表格, 以及不同类型的特殊报表 第 10 章解释了怎样打印和复制第 9 章所描述的显示 第 11 章描述了 EPANETH 怎样导入和导出工程方案 方案是描述管网分析中当前状态的数据子集 ( 例如, 用户需水量 运行规则 水质反应系数等 ) 也讨论了怎样将工程整体数据库保存到一个可读文本文件, 以及怎样将管网地图以各种格式导出 第 12 章回答了关于 EPANET 怎样模拟特殊类型状况的问题, 例如模拟液压气动水箱 寻找特定压力的最大流量, 以及模拟消毒副产物 手册也包含了几个附录 附录 A 提供所有设计和计算参数计量单位的列表 附录 B 是在程序中生成的错误信息代号及其意义列表 附录 C 描述了 EPANETH 怎样在 DOS 窗口下采用命令行方式运行, 以及讨论了该运行模式下的文件格式 附录 D 提供了 EPANETH 水力和水质分析算法中使用的过程和公式 3

10 第 2 章快速入门教程 本章提供了一个使用 EPANETH 的教程 如果你不熟悉构成配水系统的组件, 以及这些 组件怎样在管网模型中表达, 希望首先阅读第 3 章的前两部分 2.1 EPANETH 安装 EPANETH 2 程序可在 IBM/Intel 兼容个人计算机,Window 95/98/NT 环境下运行 它以文件 enh2setup.exe 发布, 其中包含了一个自解压安装程序 为了安装 EPANETH: 1. 从 Windows 开始菜单选择 Run 2. 输入 enh2setup.exe 文件的完整路径和文件名, 或者点击浏览按钮在计算机中定位该文件 3. 单击确定按钮, 开始安装 安装程序将询问选择一个放置 EPANETH 文件的文件夹 缺省文件夹为 c:\program Files\EPANETH2 在文件安装完成后, 开始菜单将添加一个新项, 称作 EPANETH 2.0 为了启动 EPANETH, 简单选择开始菜单中的该项, 然后从显示的子菜单中选择 EPANETH 2.0 ( 在 Windows 下运行 EPANETH, 可执行文件名为 epaneth2w.exe) 如果希望从计算机中删除 EPANETH, 可以利用以下过程 : 1. 从 Windows 开始菜单选择设置 ; 2. 从设置菜单中选择控制面板 ; 3. 双击添加或删除程序项 ; 4. 从程序列表中选择 EPANETH 2.0; 5. 单击更改 / 删除按钮 2.2 管网示例 本教程将分析如图 2.1 所示的简单配水管网 它包含了一个水源水库 ( 例如处理厂的清水池 ), 经水泵抽升, 输送到具有两个环的管网 在系统中有一条管道通向蓄水池 图中说明了各种组件的 ID 标签 管网中的节点具有如表 2.1 所示的属性 管段属性列于表 2.2 此外, 水泵 ( 管段 9) 输送扬程为 40 m, 流量为 200 L/s; 水池 ( 节点 8) 直径为 18 m, 水位在 1 m, 其最大水位为 4 m 图 2.1 示例管网 4

11 表 2.1 示例管网节点属性 节点标高 (ft) 需水量 (L/s) 表 2.2 示例管网管道属性管道长度 (m) 直径 (mm) C 因子 工程设置 第一项任务是在 EPANETH 中创建新工程, 确保选择特定的缺省选项 开始启动 EPANETH; 或者在 EPANETH 已运行情况下,( 从菜单条中 ) 选择文件 >> 新建, 创建一项新工程 然后选择工程 >> 缺省, 打开一个对话框, 见图 2.2 利用该对话框可以使 EPANETH 从 1 开始使用连续的编号, 自动标注新添加到管网的对象 在对话框的 ID 标签页, 明确所有 ID 前缀域, 设置 ID 增量为 1 然后选择对话框的水力特性页, 设置流量单位选项为 LPS ( 升每秒 ) 这隐含了将在所有其它量中使用公制单位( 长度以米计, 管道直径以毫米计, 压力以米水头计等 ) 选择海曾 威廉公式 (H-W) 作为水头损失计算公式 如果对于将来所有新建工程都采用这些选项, 可以检查对话框底部的缺省值保存框, 之后点击确定按钮 下一步将选择一些地图显示选项, 以便向地图添加对象, 并可查看它们显示的 ID 标签和符号 选择视图 >> 选项, 出现地图选项对话框 选择该框的标注页, 检查如图 2.3 所示的设置 然后转向符号页, 检查所有选项 点击确定按钮, 接受这些选项并关闭对话框 最后在绘制管网图之前, 应确保地图比例设置是合理的 选择视图 >> 尺寸, 启动地图尺寸对话框, 为当前工程赋以缺省尺寸 这些设置在该例中是充分的, 因此点击确定按钮接受这些缺省尺寸 5

12 图 2.2 工程缺省对话框 图 2.3 地图选项对话框 2.4 管网图绘制 现在准备通过鼠标和包含在地图工具条中的按钮, 绘制管网图 ( 如果工具条不可见, 选 择视图 >> 工具条 >> 地图, 使其可见 ) 6

13 首先添加水库 点击添加水库按钮 然后点击鼠标, 在地图上设置水库的位置 ( 略 微靠近地图左侧 ) 下一步是添加连接节点 点击添加节点按钮, 然后在地图上需要设置节点 2 到 7 的位置点击 最后通过点击添加水池按钮, 添加水池, 在地图上设置水池位置点击 这时管网 地图应看上去如图 2.4 所示 图 2.4 添加节点之后的管网地图 下一步将添加管段 假设从管段 1 开始, 连接节点 2 和节点 3 首先在工具条上点击添 加管段按钮 在地图的节点 2 上点击鼠标, 然后点击节点 3 当从节点 2 到 3 移动鼠 标时, 注意管段是怎样绘制的 重复该过程, 绘制管段 2 到管段 7 管段 8 是一条曲线 为了绘制, 在节点 6 点击鼠标 为了维护期望的形状, 在需要改变 方向的地方点击, 向节点 7 方向移动鼠标 通过点击节点 6 完成该过程 最后添加水泵 点击添加水泵按钮后, 点击节点 1, 其次点击节点 2 再下一步将标注水库 水泵和水池 在地图工具条上选择添加标签按钮, 并在靠 近水库 ( 节点 1) 处点击, 将显示一个编辑框 输入词水源, 然后点击回车 (Enter) 键 靠 近水泵点击, 输入它的标签 对于水池采取同样操作 为了将地图输入到对象选择模式, 而 不是文本插入模式, 然后在工具条上点击对象选择按钮 7

14 这时完成了示例管网图的绘制 管网地图应看上去如图 2.1 所示 如果节点在预期位置 之外, 可以通过点击节点, 利用鼠标左键将节点拖动到新位置 注意随着节点移动, 管道怎样与节点连接 标签可以类似方式重新定位 为了重新绘制曲线管段 8 的形状 : 1. 首先在管段 8 上点击, 选择该管段, 然后点击地图工具条上的按钮, 使地图进入顶点选择模式 2. 点击被选管道上的顶点, 然后按住鼠标左键, 将其拖动到新的位置 3. 如果需要, 通过点击鼠标右键, 从弹出菜单中选择适当的选项, 可以在管道上添加或者删除顶点 4. 完成后点击, 返回到对象选择模式 2.5 设置对象属性 对象添加到工程时, 它们将被赋以一组缺省属性 为了改变对象特定属性的数值, 需选择对象, 进入属性编辑器 ( 图 2.5) 具有几种不同的方式来完成该操作 如果编辑器处于可视状态, 那么可以简单点击对象或者从浏览器的数据页选择 如果编辑器不可见, 那么需要通过以下操作之一, 使它可见 : 在地图上双击对象 右键点击对象, 从弹出菜单中选择属性 从浏览器窗口的数据页中选择对象, 然后点击浏览器的编辑按钮 当属性编辑器处于焦点时, 通过点击 F1 键, 可获得下列属性的较完整描述 图 2.5 属性编辑器 通过在属性编辑器中选择节点 2, 如上图所示, 开始编辑 现在在合适的域内输入该节点的标高和水量 可以利用键盘上的 Up( ) 和 Down( ) 箭头键或者鼠标, 在域之间移动 为了使另一个对象的属性显示在下一个属性编辑器中, 仅仅需要点击该对象 ( 节点或者管段 ) ( 也可通过点击 Page Down(PgDn) 或者 Page Up(PgUp) 键, 移向数据库中前一个或者后一个同类对象 ) 于是能够简单地从一个对象移向另一个对象, 对于节点添入标高和水量 ; 对于管段填入长度 直径和粗糙系数 (C 因子 ) 8

15 对于水库, 将在总水头域中输入它的标高 (13.6) 水池的标高输入 32.2, 初始水位为 0.3, 最高水位为 4.5, 以及直径为 12 对于水泵, 需要赋给它一条水泵曲线 ( 扬程与流量关系曲线 ) 在水泵曲线域内输入 ID 标签 1 下一步将创建水泵曲线 1 在浏览器窗口的数据页中, 从下拉式列表框中选择曲线, 然 后点击添加按钮 新的曲线 1 将被添加到数据库, 此时显示曲线编辑器对话框 ( 见图 2.6) 在该框中输入水泵的设计流量(250) 和扬程 (35) EPANETH 自动根据该工况创建完整的水泵曲线 曲线的方程说明了它的形状 点击确定关闭该编辑器 图 2.6 曲线编辑器 2.6 保存和打开工程 现在完成了管网的初始设计, 良好的习惯是将所做工作及时保存到文件 1. 从文件菜单中选择另存为选项 2. 在显示的另存为对话框中, 选择需要保存工程的文件夹和文件名 建议文件名为 rumen.net ( 如果未提供文件扩展名,.net 将作为缺省选项, 加在文件名之后 ) 3. 点击保存, 将工程保存到文件 工程数据以二进制格式保存在文件中 如果希望将管网数据保存为可读文本, 使用文件 >> 导出 >> 管网命令 为了在随后打开工程, 可从文件菜单中选择打开命令 9

16 2.7 执行单时段分析 现在示例管网具有充分信息进行单时段的水力分析 为了执行分析, 选择工程 >> 执行 分析或者在标准工具条中选择执行按钮 ( 如果工具条不可见, 从菜单条中选择视图 >> 工具条 >> 标准 ) 如果运行未成功, 那么状态报告窗口将显示问题发生在哪里 如果运行成功, 可利用不同方式浏览计算结果 尝试以下方式 : 在浏览器的地图页中选择节点压力, 观察节点的压力数值怎样设置颜色 为了浏览地图颜色的图例, 选择视图 >> 图例 >> 节点 ( 或者在地图的空白部分点击鼠标右键, 从弹出菜单中选择节点图例 ) 为了改变图例间隔和颜色, 在图例中点击鼠标右键, 显示图例编辑器 利用属性编辑器 ( 在任何节点或者管段双击鼠标左键 ), 注意计算结果怎样在属性列表内显示 通过选择报告 >> 表格 ( 或者通过点击标准工具条中的表格按钮 ) 创建显示结果 的表格 图 2.7 说明了该管网运行结果的类似表格 注意带负号的流量数值, 说明流向与管道初始绘制时设置的方向相反 图 2.7 示例中管段计算结果表 2.8 执行延时分析 为了使管网更加接近真实, 可采用管网延时状况分析, 为此需要创建一个时间模式, 使节点需水量在一日内以周期变化 对于本例, 时间模式步长设为 6 小时, 于是一日内需水量具有四种不同时段的变化 (1 小时模式时间步长更为典型, 这是新建工程的缺省设置 ) 通过从数据浏览器中选择选项 时间来设置模式时间步长 为了显示属性编辑器 ( 如果还不可见 ), 点击浏览器的编辑按钮, 在模式时间步长域中输入数值 6( 如图 2.8 所示 ) 在具有可用时间选项的同时, 也可以设置历时, 即希望运行的延长时间 假设使用一个 3 日周期时间 ( 在历时属性域中输入 72 小时 ) 10

17 图 2.8 时间选项 为了创建模式, 选择浏览器中的模式类, 然后点击添加按钮 新的模式 1 将被创建, 模式编辑器对话框如图 2.9 所示 输入多重乘子 0.5,1.3,1.0,1.2, 对应于时段 1 到 4, 将给出 24 小时历时的模式 乘子用于在每一时段的基本水平上修改需水量 由于将执行 72 小时, 在 24 小时之后, 模式将绕回到开始的乘子 图 2.9 模式编辑器 现在将模式 1 赋给管网中所有节点的需水量模式属性 为了避免单独编辑每一个节点, 可以利用 EPANETH 的水力特性选项之一 如果在属性编辑器中采用了水力特性选项, 可以看到具有一项缺省模式 设置它的数值等于 1, 只要没有其它模式赋给节点, 将使每一节点的需水量模式等于模式 1 下一步执行分析 ( 选择工程 >> 执行分析或者在标准工具条上点击 按钮 ) 对于延时 分析, 具有几种模式来浏览结果 : 浏览器的时间控件滚动条, 用于及时显示不同点的管网地图 例如选择压力为节点 参数, 流量作为管段参数 11

18 浏览器中的 VCR 模式按钮, 能够模拟地图随时间的变化 点击前进按钮, 启动模拟, 点击停止按钮终止 在地图中增加流向箭头 ( 选择视图 >> 选项, 从地图选项对话框中选择流向箭头页, 检查想利用的箭头形式 ) 然后开始模拟, 当水池随时间注水和放水时, 注意连接水池管道的流向变化 对任意节点或者管段创建一个时间序列图 例如, 为查看水池水位怎样随时间变化 : 1. 点击水池 2. 选择报告 >> 图形 ( 或者在标准工具条中点击图形按钮 ), 这将显示图形选择对话框 3. 选择对话框中的时间序列按钮 4. 选择水头作为需要绘制的参数 5. 点击确定, 接受所作的选择 注意水池水位随时间变化的周期行为 ( 图 2.10) 图 2.10 时间序列图的例子 2.9 执行水质分析 下一步将看到怎样在示例管网中包含水质分析 最简单的情况是追踪水龄怎样在管网中随时间增长 为了进行水质分析, 仅仅需要在水质选项的参数属性中选择水龄 ( 为了使属性编辑器出现, 从浏览器的数据页中选择选项 水质, 然后点击浏览器的编辑按钮 ) 然后执行分析 为了观察地图, 以水龄作为参数 创建水池中水龄的一个时间序列 注意与水位不同, 为了达到水龄的周期行为, 72 小时对于水池是不够的 ( 对于所有节点, 缺省初始条件开始时水龄为 0) 利用 240 小时历时或者为水池赋值 60 小时的初始水龄, 进行重复模拟 ( 输入 60 作为水池属性编辑器中初始水质的数值 ) 最后可以查看管网中氯是怎样迁移和衰减的 对数据库作如下变化 : 1. 从数据浏览器中选择需要编辑的选项 水质 在属性编辑器的参数域输入氯 2. 转换到浏览器中的选项 反应 对于总体反应系数, 输入数值 -1.0 这反映了氯在水中随时间的衰减反应速率 该速率将用于管网的所有管段 如果需要的话, 可以对单个管道编辑该数值 3. 单击水库节点, 设置它的初始水质为 1.0 这将是输入到管网的氯浓度 ( 如果已经 12

19 改变了它, 重新设置水池的初始质量为 0) 现在运行例子 利用地图浏览器中的时间控件, 查看模拟过程中各个位置和时间上氯水平是怎样变化的 注意对于该简单管网, 因为通过水池低氯水平的输入, 仅仅连接节点 5, 6 和 7 看作衰减的氯水平 通过从主菜单上选择报告 >> 反应, 为该次运行创建反应报告, 如图 2.11 水体 是指发生在流体中的反应, 管壁 是指与管壁材料的反应 因为在该例中没有指定管壁反应系数, 后者的反应是零 图 2.11 反应报告示例 直到目前仅仅接触了 EPANETH 各种能力的初步 程序的其他附加特性也进行实验 : 在用户定义范围内, 对一组目标的属性编辑 在每日时间上, 或者水池水位上, 利用 Control 语句, 编辑基本水泵的运行 探索不同的地图选项, 例如使节点尺寸与其数值相关 将背景地图 ( 例如街道地图 ) 覆盖在管网地图上 创建不同类型的图形, 例如剖面线绘制和等高线绘制 为项目添加校验数据, 查看校验报告 将地图 图形或者报告复制到粘贴板或者文件 保存和搜索设计方案 ( 即当前节点需水量 管道粗糙度值等 ) 13

20 第 3 章管网模型 本章讨论 EPANETH 怎样利用配水系统的物理对象及其运行参数进行模拟 而这些信息 输入到程序的细节将在后续章节介绍 本章也给出了 EPANETH 水力和水质迁移行为模拟的 计算方法 3.1 物理构成 EPANETH 将配水系统模拟为相互关联的管段和节点集合 管段代表了管道 水泵和控 制阀门 节点表示了连接节点 水池和水库 下图说明了这些对象怎样相互连接而形成管网 图 3.1 配水系统的物理构成 连接节点连接节点是管网中将管段相互连接的点, 水从这里流入或者流出管网 连接节点的基本输入数据为 : 参考面 ( 常常是平均海平面 ) 之上的标高 ; 需水量 ; 初始水质 所有模拟时段连接节点的计算输出结果为 : 水头 ( 单位重量液体的势能 ); 压强 ; 水质 连接节点也可能 : 具有随时间变化的需水量 ; 具有多种类型的需水量 ; 具有负的需水量, 说明水从这里流入管网 ; 进入管网的水质源头 ; 包含了扩散器 ( 或者喷嘴 ), 其出流量取决于压强 14

21 水库水库表示了管网的外部水源或者汇 它们用于模拟湖泊 河流 地下含水层, 以及与其它系统的接头 水库也可作为水质源点 水库的基本输入特性是它的水头 ( 如果水库没有压强, 等于水面标高 ) 和初始水质 因为水库是管网的边界点, 它的水头和水质不受管网影响, 没有计算输出特性 可是它的水头通过赋给一个时间模式, 可以随时间而变化 ( 参见以下的时间模式 ) 水池水池是具有蓄水能力的节点, 蓄水量在模拟过程中随时变化 水池的基本输入属性为 : 底部标高 ( 此处水位为零 ); 直径 ( 或者非圆形形状 ); 初始水位 最低水位和最高水位 ; 初始水质 计算的主要输出有 : 水头 ( 水面标高 ); 水质 水池需要在最低和最高水位之间运行 如果水池处于最低水位,EPANETH 停止出流 ; 如果达到最高水位, 停止进流 水池也可作为水质源点 扩散器扩散器是与连接节点相关的设备, 通过喷嘴或者控制模拟流量排向大气 通过扩散器的流量是节点压强的函数 : γ q = Cp 式中 q 流量 ; p 压强 ; C 流量系数 ; γ 压强指数 对于喷嘴,γ 采用 0.5 厂家常常提供了流量系数的数值 扩散器用于模拟喷嘴系统和灌溉网络的水流 它们也可模拟与连接节点相连的管道渗漏, 或者计算连接节点的消防流量 ( 在特定最小剩余压强下可用的流量 ) 后者情况中, 为了包括压力目标的等价水头, 将利用很高的流量系数值 ( 例如 100 倍的期望最大流量 ) 并修正连接节点的标高 EPANETH 将扩散器处理为连接节点的属性, 而不是作为独立的管网组件 管道管道是从管网中一点向另一点输水的管段 EPANETH 假设管道内都是满管流, 从较高水头 ( 单位重量水的内部能量 ) 端流向较低水头端 管道主要水力输入参数有 : 起始和终止节点 ; 直径 ; 长度 ; 粗糙系数 ( 为了确定水头损失 ); 状态 ( 开启 关闭或者包含了止回阀 ) 状态参数允许管道包含常开 ( 或常关 ) 阀门和检查阀 ( 即止回阀, 仅仅允许单向流动 ) 管道的水质输入包括 : 15

22 主流反应系数 ; 管壁反应系数 这些系数在第 3.4 部分被更详细解释 计算的管道输出包括 : 流量 ; 流速 ; 水头损失 ; Darcy-Weisbach 摩擦因子 ; ( 管道长度上 ) 平均反应速率 ; ( 管道长度上 ) 平均水质 由管壁摩擦引起的管道水头损失, 可利用以下三种公式计算 : Hazen-Williams 公式 Darcy-Weisbach 公式 Chezy-Manning 公式通常 Hazen-Williams 公式是水头损失计算的最常用公式, 最初仅用于紊流流态 理论上 Darcy-Weibach 公式最合适, 它可用于所有流态 Chezy-Manning 公式常用于明渠流 为了计算管道起始和终止节点之间的水头损失, 每一种公式可写成以下通式 : h = L Aq B 式中 h L 水头损失 ( 长度 ); q 流量 ( 容积 / 时间 ); A 阻力系数 ; B 流量指数 表 3.1 列出了每一公式的阻力系数表达式和流量指数的数值 各公式利用了不同的管道粗糙系数, 它必须通过实验确定 表 3.2 列出了不同类型新管材下, 这些系数的一般范围 注意管道的粗糙系数可随时间出现相当大的变化 EPANETH 利用不同方法, 根据不同的流态计算 Darcy-Weisbach 公式中的摩擦因子 f: Hagen-Poiseuille 公式, 用于层流 (Re < 2,000) Colebrook-White 公式的 Swamee-Jain 近似, 用于完全紊流 (Re > 4,000) Moody 图的 Cubic 内插, 用于过渡区 (2,000 < Re < 4,000) 实际使用的公式参见附录 D 特定条件下管道能够在预定时间设置为开启或者关闭 例如在水池水位降落到低于或者高于某设置点时, 或者当节点压力降落到低于或者高于特定数值时 参见第 3.2 部分对控制的讨论 局部损失局部水头损失 ( 也称作局部损失 ) 由增加的紊流造成, 发生在弯头和配件 这些损失的重要性取决于管网的布置和需要的精确程度 它们通过赋给管道一个局部损失系数来考虑 局部水头损失为该系数与管道流速水头的乘积, 即 h L 2 v = ς ( ) 2g 式中 ζ 局部损失系数 ; v 流速 (L/T); 16

23 g 重力加速度 (L/T 2 ) 表 3.3 列出了几种附件类型的局部损失系数 表 3.1 管道在满管流时的水头损失公式 ( 水头损失以米计, 流量以 m 3 /s 计 ) 公式阻力系数 (A) 流量指数 (B) Hazen-Williams C d L Darcy-Weisbach f(k s,d,q)d -5 L 2 Chezy-Manning 10.29n 2 d L 2 式中 :C Hazen-Williams 粗糙系数 ; k s Darcy-Weisbach 粗糙系数 (m); f 摩擦因子 ( 取决于 k s,d 和 q); n 曼宁粗糙系数 ; d 管道直径 (m); L 管道长度 (m); Q 流量 (m 3 /s) 表 3.2 新管材的粗糙系数 材料 Hazen-Williams C ( 无量纲 ) Darcy-Weisbach ks (m 10-3 ) Manning s n (m -1/3.s) 铸铁管 混凝土管或者混凝土衬里 镀锌铁管 塑料管 钢管 陶土管 表 3.3 管道附件的局部损失系数 附件 损失系数 球阀, 全开 10.0 角阀, 全开 5.0 翼型止回阀, 全开 2.5 闸阀, 全开 0.2 短径弯头 0.9 中径弯头 0.8 长径弯头 度弯头 0.4 密闭回水弯头 2.2 标准三通, 运行通过 0.6 标准三通, 支管通过 1.8 四通交叉 0.5 出水口

24 水泵在 EPANETH 中, 水泵表示为流体提供能量, 抬高流体水头的管段 水泵的主要输入参数为它的起始和终止节点, 以及它的水泵曲线 ( 水泵扬程和流量的工况组合 ) 除了水泵曲线, 水泵能够表示为常能量设备, 即在所有流量和扬程组合, 它提供恒定能量 ( 马力或千瓦 ) 给流体 主要的输出参数仍然是流量和扬程 通过水泵的流量是单向的,EPANETH 不允许水泵运行在其特性曲线之外 变速水泵可以设置它们的转速 通过定义提供给程序的初始水泵曲线, 相对转速设置为 1 如果水泵速度加倍, 那么相对设置应为 2; 如果运行速度减半, 相对设置为 0.5, 等等 水泵转速改变了水泵曲线的位置和形状 ( 参见以下水泵曲线章节 ) 与管道类似, 在预定时段, 或在管网特定条件下, 水泵能够开启和关闭 水泵的运行也可以通过赋给一个相对转速设置的时间模式来描述 EPANET 也能够计算水泵的能量消耗和成本 每一水泵能够赋给一条效率曲线, 以及能量价格时间表 如果没有提供这些, 那么将采用一组全局能量选项 通过水泵的流量是单向的 如果系统条件需要超过比水泵所能提供的扬程,EPANETH 将关闭水泵 如果高于需要的最大流量,EPANETH 外延水泵曲线到需要的流量, 即使产生一个负的扬程 在这两种情况中, 均会显示警告信息 阀门阀门是限制管网中特定部位压力或者流量的管段 它们的主要输入参数包括 : 起始节点和终止节点 ; 直径 ; 设置 ; 状态 阀门的计算输出结果为流量和水头损失 EPANETH 中包含的阀门类型有 : 减压阀 (PRV) 稳压阀 (PSV) 压力制动阀 (PBV) 流量控制阀 (FCV) 节流控制阀 (TCV) 常规阀门 (GPV) PRV 限制了管网特定位置的压力 EPANET 中设置了三种不同的 PRV 状态, 它们是 : 部分开启 ( 即活动状态 ), 当上游压力高于设置时, 使其下游侧达到压力设置状态 ; 完全开启, 当上游压力低于设置值 ; 如果下游侧压力超过了上游侧压力, 则关闭 ( 即不允许倒流 ) PSV 维护了管网特定位置的压力设置 EPANET 计算 PSV 的三种不同状态, 为 : 部分开启 ( 即活动状态 ), 当下游压力低于该值时, 在其上游侧维护该压力设置值 ; 完全开启, 如果下游压力高于设置值 ; 关闭, 如果下游侧压力超过上游侧压力 ( 即不允许倒流 ) PBV 迫使阀门处发生特定的压力损失 通过阀门的流量是双向的 PBV 不是真实的物理设施, 仅用于模拟状态, 其中特定压降是已知的 FCV 限制了特定的流量 如果该流量没有维护, 程序产生一个警告信息, 阀门处不会增加的额外水头 ( 即, 没有流量被维护, 甚至阀门全部开启 ) 18

25 TCV 通过调整阀门的局部水头损失系数, 模拟半关闭的阀门 在阀门关闭的程度和结果水头损失系数之间的关系常来自阀门厂家 GPV 用于表达用于提供特殊的流量 水头损失关系式, 而不是遵从标准的水力公式之一的管段 它们能够用于模拟紊流, 良好的抽水或者降低流量回流防止阀门 闸阀和止回阀, 是完全开启或者关闭的管段, 没有考虑为独立的阀门管段, 但是在它们的位置作为一个管道属性被包括 各种类型的阀门具有不同的设置参数, 描述了它们的工况 (PRV,PSV 和 PBV 的压力 ; FCV 的流量 ;TCV 的损失系数 ; 以及 GPV 的水头损失曲线 ) 阀门通过指定它们完全开启或者完全关闭的叠加, 可具有一定的控制状态 通过利用控制语句, 阀门的状态和它的设置能够在模拟过程发生变化 当在管网中设有阀门时, 阀门模拟的方式采用下列规则 : PRV, PSV 或 FCV 不能直接连接到水库或者水池 ( 利用管长来分离 ); 多个 PRV 不能连接至相同的下游节点, 或者串联连接 ; 多个 PSV 不能够连接到相同的上游节点, 或者串联连接 ; PSV 不能连接到 PRV 的下游节点 3.2 非物理组件 除了物理组件,EPANETH 利用三种类型的信息对象 曲线 模式和控制 描述配水系 统的运行特性 曲线曲线表示两个量之间关系数据的对象 两个或者多个对象能够共用相同的曲线 EPANET 模型采用了以下类型曲线 : 水泵曲线 ; 效率曲线 ; 容积曲线 ; 水头损失曲线 水泵曲线水泵曲线表示了水泵扬程和流量之间的关系, 其中水泵能够在它的额定转速下运行 扬程是通过水泵传输给水的水头, 绘制为曲线的竖向 (Y) 轴, 以米 ( 英尺 ) 计 流量绘制为水平 (X) 轴, 以流量单位计 水泵曲线通常随流量增加, 扬程逐渐下降 根据已知点的数量,EPANETH 将采用不同形状的水泵曲线 ( 见图 3.2): 单点式曲线 单点式水泵曲线通过单个代表了水泵期望工况点的扬程 -- 流量组合来定义 EPANETH 在曲线上增加其它两个点, 假设零流量时的虚总扬程等于设计扬程的 133%, 零扬程时的最大流量等于设计流量的 2 倍 然后将曲线处理为三点式曲线 三点式曲线 三点式水泵曲线通过三个工况点来定义 : 低流量点 ( 在低流量或者零流量条件下的流量和扬程 ), 设计流量点 ( 期望工况点的流量和扬程 ), 以及最大流量点 ( 最大流量时的流量和扬程 ) EPANET 试图通过三点定义整个水泵曲线, 拟合的连续函数为如下形式 h G = A Bq C 19

26 图 3.2 水泵曲线的例子 式中,h g 水泵扬程 ; q 流量 ; A, B 和 C 系数 多点式曲线 通过四个以上的扬程 流量点来定义多点式水泵曲线 EPANETH 通过用直线段连接这些点, 以创建完整的曲线 对于变速水泵, 水泵曲线随着转速而变化 在速度 N 1 和 N 2 时的流量 (Q) 和扬程 (H) 之间的关系为 Q 1 N1 H = 1 N = 1 2 ( ) Q N H N 效率曲线效率曲线中水泵效率 (Y 以百分数计 ) 为水泵流量 (X 以流量单位计 ) 的函数 效率曲线示例见图 3.3 效率应表示水泵进线到输水的效率, 即考虑了水泵本身的机械损失和水泵电机的电力损失 曲线仅仅用于能量计算 如果没有提供该曲线, 那么将使用固定的全局水泵效率 2 容积曲线容积曲线确定了蓄水池容积 (Y 以立方米或者立方英尺计 ) 怎样随水位 (X 以米或者英尺计 ) 而变化 精确表示水池时, 过水断面可以随水深变化 曲线提供的低水位和高水位必须处于最低和最高水位之间 水池容积曲线例子见图

27 图 3.3 水泵效率曲线 图 3.4 水池容积曲线 水头损失曲线水头损失曲线中常规阀门 (GPV) 水头损失 (Y 以米或者英尺计 ) 为流量 (X 以流量单位计 ) 的函数, 描述 它提供了模拟设施状态的能力, 具有唯一的水头损失 流量关系式 时间模式时间模式是一组定量化的乘子, 允许它随时间而变化 节点需水量 水库水头 水泵调度以及水质源头输入, 都可以具有相应的时间模式 所有模式中的时间间隔可以是一个固定值, 通过设置工程的时间选项 ( 参见第 8.1 部分 ) 在该间隔内, 数值保持不变, 等于它的常规数值与该时段模式乘子的乘积 所有时间模式必须利用相同的时间间隔, 但每一个可具有不同数量的时段 当模拟时间超过模式中的时段数量时, 模式将重新返回到第一个时段 为说明时间模式怎样工作, 考虑具有平均需水量为 100 L/s 的连接节点 假设时间模式间隔设置为 4 小时, 该节点的需水量指定以下乘子的模式 : 时段 乘子

28 于是在模拟过程中, 该节点的实际需水量将为 : 时段 (h) 需水量 (L/s) 控制控制是确定管网怎样随时间运行的语句 它们将被选管段的状态设置, 作为被选节点时间 水池水位和压力的函数 可以采用两类控制之一 : 简单控制 ; 基于规则控制 简单控制简单控制根据以下变量, 改变管段的状态和设置 : 水池水位 ; 连接节点压力 ; 模拟时间 ; 钟表时间 它们表达为以下三种语句格式之一 : LINK x status IF NODE y ABOVE/BELOW z LINK x status AT TIME t LINK x status AT CLOCKTIME c AM/PM 式中 : x 管段 ID 标签 ; status 水泵速度设置 ( 或者控制阀门 ) 设置为 OPEN 或者 CLOSED,; y 节点 ID 标签 ; z 节点压力或者水池水位 ; t 从模拟开始起算的时间, 以小数或者以时 : 分方式表示 ; c 钟表时间 简单控制的一些例子为 : 控制语句意义 LINK 12 CLOSED IF NODE 23 ABOVE 20 (Tank 23 的水位高于 20 ft 时, 关闭 Link 12) LINK 12 OPEN IF NODE 130 BELOW 30 (Node 130 压力低于 30 psi 时, 开启 Link 12) LINK AT TIME 16 ( 模拟时间在 16 小时时, 设置 Pump 12 的相对转速为 1.5) LINK 12 CLOSED AT CLOCKTIME 10 AM ( 模拟时间为 10 AM 时 Link 12 关闭, 时间为 8 PM 时开启 ) 简单控制语句在使用上没有限制 注意 : 水位控制是池底以上的水深, 而不是水面标高 ( 总水头 ) 22

29 注意 : 利用一对压力控制开关开启和关闭管段, 如果两个压力设置得太接近, 会造成系统的不稳定 在这种情况中, 利用一组基于规则的控制可能提供了更大的稳定性 基于规则控制基于规则的控制允许根据条件组合, 设置管段状态 以下为几个基于规则控制的例子 : 例 1: 当水池水位超过特定数值时, 该规则集关闭水泵, 开启旁通管道 ; 当水位低于另一个数值时, 执行相反的操作 RULE 1 IF TANK 1 LEVEL ABOVE 19.1 THEN PUMP 335 STATUS IS CLOSED AND PIPE 330 STATUS IS OPEN RULE 2 IF TANK 1 LEVEL BELOW 17.1 THEN PUMP 335 STATUS IS OPEN AND PIPE 330 STATUS IS CLOSED 例 2: 以下规则根据水池水位变化执行, 其中水泵开启或关闭取决于钟表时间 RULE 3 IF SYSTEM CLOCKTIME >= 8 AM AND SYSTEM CLOCKTIME < 6 PM AND TANK 1 LEVEL BELOW 12 THEN PUMP 335 STATUS IS OPEN RULE 4 IF SYSTEM CLOCKTIME >= 6 PM OR SYSTEM CLOCKTIME < 8 AM AND TANK 1 LEVEL BELOW 14 THEN PUMP 335 STATUS IS OPEN 基于规则控制中使用的格式描述参见附录 C, 标题为 [RULES] 3.3 水力模拟模型 对于连续时间点固定集合的水库水位 水池水位和需水量,EPANETH 的水力模拟模型计算了节点水头和管段流量 水库水位和节点需水量根据它们的设置时间模式从一个时间步到另一个更新, 同时利用当前的流量结果, 更新水池水位 当前特定位置的水头和流量结果, 涉及到同时求解每一节点的流量守恒方程, 和管网中每一管段的水头损失方程 该过程称作管网的 水力平差, 可利用迭代技术求解非线性方程组 为此 EPANETH 使用了 梯度算法, 细节参见附录 D 用户可以设置延时模拟 (EPS) 的水力时间步长, 缺省数值为 1 小时 如果出现以下事件之一, 将自动发生比常规短的时间步长 : 23

30 进入下一个输出报告时间段 ; 进入下一个时间模式段 ; 水池被放空或者注满 ; 简单控制或者基于规则控制被激发 3.4 水质模拟模型 基本迁移当水沿着管道移动, 在具有固定时间步长的节点处相混合,EPANETH 水质模拟器利用基于拉格朗日时间的方法, 跟踪水的离散变化 为了容纳在管道内短时间的迁移, 这些水质时间步长一般要短于水力时间步长 ( 例如采用分钟而不是小时 ) 该方法跟踪了一系列满管网每一管段非叠加管节的浓度和尺寸 随着时间, 管段最上游管节尺寸增加, 随水进入管段, 同时当水离开管段时, 最下游管节中的相同损失发生 在这些之间的管节尺寸仍旧不变 对于每一水质步长, 每一管节的含量受到反应的制约, 累积的数字维持了进入每一节点的总质量和流量容积, 以及管节的位置被更新 然后计算新的节点浓度, 这包括来自任何外来源头的贡献 蓄水池浓度更新取决于混合模型 ( 参见以下内容 ) 最后, 新的管段将在每一管节的末端创造, 如果新的节点水质通过用户特定的容忍度而不同, 从节点接受来自管段的最后管节的进流 管网中每一管段最初包含了一个简单的管段, 其水质等于初始水质, 赋值给上游节点 无论何时在管道中具有一个流量逆转, 管道中的水将从前到后重新排序 蓄水池中的混合 EPANET 能够利用四种不同类型模型描述蓄水池中的混合现象, 见图 3.5: 完全混合 双室混合 FIFO 柱塞流 LIFO 柱塞流管网中在不同情况下, 水池也将使用不同的模型 完全混合模型 ( 图 3.5(a)) 假设水池在进流瞬间与池内存水完全混合 这是混合假设的最简单形式, 不需要额外参数来描述, 可能适合于注水和放水方式下运行的大量设施 双室混合模型 ( 图 3.5(b)) 将水池的可用蓄水容积分为两个室, 它们均假设为完全混合 水池的进水 / 出水管道假设位于第一个室 进池的新水与第一个室内的水混合 如果该室注满, 那么它将溢流到第二个室, 在这里与存水完全混合 当水离开池子时, 它从第一个室出来, 这里如果注满, 从第二个室接收等量的水, 以弥补差异 第一个室能够模拟进流和出流之间发生的断路, 同时可以表达第二个室中死水区 用户必须使用一个参数, 即第一个室占总水池容积的分数 FIFO 柱塞流模型 ( 图 3.5(c)) 假设在水池内没有发生混合 水以互不混掺的方式通过水池移动, 其中第一部分首先进入, 第一部分也首先离开 物理上讲, 该模型适合于同时进流和出流运行的缓冲水池 该混合模型的描述不需要额外参数 LIFO 柱塞流模型 ( 图 3.5(d)) 也假设在进入水池后, 水体之间没有混合 可是与 FIFO 柱塞流相反, 水体一层压着另一层, 进流和出流均在水池底部 该类型的模型可应用于高的 狭窄的竖筒形水塔, 在底部具有进水 / 出水管道以及低动量的进流 它不 24

31 需要提供额外的参数 图 3.5 水池混合模型 水质反应 EPANETH 能够跟踪配水系统反应物质的增长和衰减, 这需要知道物质反应的速率, 以及该速率与物质浓度之间的关系 在管道内部和管壁材料上均可以发生反应, 如图 3.6 所示 在该例中, 自由氯 (HOCL) 与水中自然有机物 (NOM) 反应 ; 也通过管壁的边界层迁移, 氧化管壁腐蚀释放的铁 (Fe) 离子 主流区反应也在池中发生 EPANETH 允许模拟人员来分别处理这两个反应区域 图 3.6 管道中的反应区域 25

32 主流区反应 EPANETH 模拟具有 n 级反应动力学的主流区水体反应, 其中反应的瞬时速率 (R 以质量 / 容积 / 时间计 ) 假设依赖于浓度, 即 n R = K b C 式中 K b 主流区反应速率系数 ; C 反应剂浓度 ( 质量 / 容积 ); n 反应级数 对于生成反应该值为正, 衰减反应该值为负 EPANETH 也考虑在物质极端增长和损失中存在的极限浓度反应 这种情况下速率表达变为 ( n 1) R = K b ( CL C) C 对于 n > 0, K b > 0 ( n 1) R = K b ( C CL ) C 对于 n > 0, K b < 0 式中 C L 界限浓度 于是具有三个参数 (K b,c L 和 n), 用于描述主流区反应速率 下表列出了常见的反应动力学模型 ( 更多的例子参见附录 D): 模型 参数 例子 一级衰减一级饱和增长零级动力学没有反应 C L = 0, K b < 0, n = 1 C L > 0, K b > 0, n = 1 C L = 0, K b <> 0, n = 0 C L = 0, K b = 0 氯三卤甲烷水龄氟化物示踪剂 对于一级反应的 K b, 可通过系列非反应玻璃瓶中的水样静置来估计, 随时分析每一瓶中不同点的含量 如果反应是一级的, 那么自然对数 (C t /C 0 ) 与时间的曲线应为一条直线, 其中 C t 为时刻 t 的浓度,C 0 为时刻零时的浓度 于是 K b 为该直线的坡度估计 主流区的反应系数常常随着温度的增加而增加 在不同温度进行多次瓶试, 将可提供速率系数随温度变化的更精确估计 管壁处反应靠近管壁处的水质反应速率, 可认为取决于主流区的浓度, 采用以下公式 R = ( A/ V ) K w C n 式中 K w 管壁反应速率系数 ; (A/V) 管道内单位容积的表面积 ( 等于管道直径的四分之一 ) 后者将单位管壁面积的质量反应转成了单位容积情况 EPANETH 限制管壁反应级数的选择为 0 或者 1, 以便 K w 的单位分别是质量 / 面积 / 时间或者长度 / 时间 与 K b 类似,K w 必须由模拟人员设置 一级 K w 数值范围从 0 到 5 ft/ 日 K w 应被调整, 以考虑任何在主流和管壁之间运动反应物和产物的质量转化限值 根据被模拟物质的分子扩散, 以及根据水流的雷诺数,EPANET 会自动完成调整 细节参见附录 D ( 分子扩散设置为零时, 可以忽略质量转化效应 ) 管壁反应系数取决于温度, 也可能与管龄和材料相关 已经知道的是, 随着金属管道的老化, 由于腐蚀产物在管壁上的结壳和结瘤, 它们的粗糙系数趋于增加 粗糙系数 26

33 中的这种增加, 产生了较低的 Hazen-Williams C 因子, 或者较高的 Darcy-Weisbach 粗糙系数, 导致水流通过管道时的较高摩擦水头损失 具有一些证据建议, 管道粗糙系数随着老化而增加的相同过程, 也趋向于增加管壁与一些化学物中之间的反应, 尤其氯和其它消毒剂 EPANETH 能够将每一管段的 K w 作为粗糙系数的函数 不同函数的应用, 取决于管道水头损失的计算公式 水头损失公式 Hazen-Williams 管壁反应公式 K w = F / C Darcy-Weisbach K w = F / log( e / d) Chezy-Manning K w = Fn 式中 C Hazen-Williams C 因子 ; e Darcy-Weisbach 粗糙系数 ; d 管道直径 ; n 曼宁粗糙系数 ; F 管壁反应 - 管道粗糙系数 系数 F 必须取自特定现场的调查, 不同的意义取决于使用的水头损失公式 利用该方法的优点是 : 它仅仅需要单一的参数 F, 以一种物理意义的方式允许管壁反映系数在整个管网中变化 水龄和源头跟踪除了化学迁移,EPANETH 也能够模拟整个配水系统中水龄的变化 水龄是水在管网中的停留时间 水从水库或者水源节点进入管网, 此时水龄为零 水龄提供了饮用水整体水质的一种简单非特定测试方式 从内部来看,EPANETH 将水龄处理为一种反应成分, 它的增长遵从具有速率常数为 1 的零级动力学 ( 即, 水在管网中经历 1 秒, 就有 1 秒钟的年龄 ) EPANETH 也能够执行源头跟踪, 跟踪水随时间达到管网任何节点的百分比, 包括水池或者水库 在内部,EPANETH 将该节点处理为一个非反应成分的恒定水源, 具有浓度 100 进入管网 源头跟踪是分析配水系统从两个或者多个不同水源取水的有效工具 它能够说明给定水源来水与其它水源来水混合的程度, 以及该空间混合模式怎样随时间而变化 27

34 第 4 章 EPANETH 工作空间 本章讨论 EPANETH 工作空间的重要特征, 描述主要的菜单条 工具条和状态栏, 以及三个最常使用的窗口 管网地图 浏览器和属性编辑器, 也对怎样设置程序偏好进行了说明 4.1 引言 基本的 EPANETH 工作空间如下图所示 它包含以下界面元素 : 一个菜单条 两个工具条 一个状态栏 以及管网地图窗口, 浏览器窗口和属性编辑器窗口 以下对每一元素进行描述 28

35 4.2 菜单条 菜单条位于 EPANETH 工作空间的顶部, 包含了控制程序的菜单命令集合 : 文件菜单 ; 编辑菜单 ; 视图菜单 ; 工程菜单 ; 报告菜单 ; 窗口菜单 ; 帮助菜单 文件菜单文件菜单包含了打开 保存数据文件和打印的命令 : 命令新建打开保存另存为导入导出页面设置打印预览打印偏好设置退出 描述创建新的 EPANETH 工程打开一个现有工程保存当前工程以不同文件名保存当前工程文件从文件导入管网数据或者管网地图将管网数据或者管网地图导出到文件设置打印页面的边界 标题和脚注在当前视图下预览打印输出打印当前视图设置程序的偏好项退出 EPANETH 编辑菜单编辑菜单包含了编辑 复制等命令 命令复制到选择对象选择顶点选择区域全选组编辑 描述将当前活动视图 ( 地图 报表 图形或者表格 ) 复制到剪贴板或者文件选择地图中对象选择地图中的连线的顶点选择地图中的轮廓区域选择整个可视地图区域编辑地图轮廓区域内的对象组特性 29

36 30 视图菜单视图菜单控制了管网地图的显示 命令描述尺寸背景移动放大缩小全尺度查找查询地图纵览图例工具条选项设置地图尺寸显示背景地图移动地图放大地图缩小地图以全尺寸绘制地图定位地图上的特定项在地图上搜寻满足特定准则项转换纵览地图开关控制地图图例的显示工具条转换开关设置地图显示选项工程菜单工程菜单包括与当前工程分析相关的命令 命令描述总结缺省校验数据分析选项执行分析提供工程特征的总结性描述编辑工程的缺省特征注册包含工程校验数据的文件编辑分析选项执行模拟运算报告菜单报告菜单包括以不同格式报告分析结果的命令 命令描述状态能量校验反应全部图形表格选项报告随时间变化的管段状态报告水泵的能量消耗报告模拟和测试数据之间的差异报告整个管网的平均反应速率创建所有节点和管段计算结果在所有时段的完整报告, 它将存储在一个纯文本文件中创建被选参数的时间序列图 剖面图 频率图和等高线图创建被选节点和管段参数的表格显示控制报告 图形或者表格的显示方式

37 窗口菜单窗口菜单包含了以下命令 命令重排全关窗口列表 描述重新布置适应于主窗口的所有子窗口关闭所有打开的窗口 ( 除了地图窗口和浏览器窗口 ) 列出所有打开的窗口 ; 当前窗口具有选择焦点 帮助菜单帮助菜单包含获得 EPANETH 帮助的命令 命令帮助主题计量单位教程关于 描述显示帮助主题对话框列出所有 EPANETH 参数的计量单位提供 EPANETH 用户入门的简明教程列出 EPANETH 的当前版本信息 也可通过点击 F1 键获得上下文敏感帮助 4.3 工具条 工具条提供了常用操作命令的快捷键 EPANETH 的两个工具条分别为 : 标准工具条 ; 地图工具条 工具条可以停靠在主菜单之下, 或者浮于 EPANETH 工作空间的任何位置 当处于非停靠状态时, 它们也可以改变显示尺寸 通过选择视图 >> 工具条, 可以使工具条处于可视或者不可视状态 标准工具条标准工具条包含了常用命令的快捷键 新建工程 ( 文件 >> 新建 ) 打开现有工程 ( 文件 >> 打开 ) 保存当前工程 ( 文件 >> 保存 ) 打印当前活动窗口 ( 文件 >> 打印 ) 将所选内容复制到粘贴板或者文件 ( 编辑 >> 复制到 ) 删除当前所选项 在地图上查找特定项 ( 视图 >> 查找 ) 31

38 执行模拟运算 ( 工程 >> 执行分析 ) 在地图中执行可视化查询 ( 视图 >> 查询 ) 创建新的结果图形视窗 ( 报告 >> 图形 ) 创建新的结果表格视窗 ( 报告 >> 表格 ) 修改当前活动视窗的选项 ( 视图 >> 选项或者报告 >> 选项 ) 地图工具条地图工具条包含了管网地图操作命令按钮 在地图中选择对象 ( 编辑 >> 选择对象 ) 选择管段顶点 ( 编辑 >> 选择顶点 ) 在地图中选择区域 ( 编辑 >> 选择区域 ) 移动地图 ( 视图 >> 平移 ) 放大地图 ( 视图 >> 放大 ) 缩小地图 ( 视图 >> 缩小 ) 全尺寸绘制地图 ( 视图 >> 全尺度 ) 向地图中添加节点 向地图中添加水库 向地图中添加水池 向地图中添加管道 向地图中添加水泵 向地图中添加阀门 向地图中添加标签 32

39 4.4 状态条 状态条显示在 EPANETH 工作空间的底部, 分四个部分显示以下信息 : 自动长度 说明管道长度自动计算功能是否开启 ; 流量单位 说明当前采用的流量计量单位 ; 缩放水平 说明地图中当前的缩放水平 (100% 为全尺寸 ); 运行状态 水龙头图标说明 : - 如果没有可用的分析结果时, 龙头无水流, - 当具有合理分析结果时, 龙头有水流, - 管网数据被修改, 或当分析结果可用但不合理时, 龙头断开 XY 位置 说明当前鼠标光标位置的地图坐标 4.5 管网地图 管网地图提供了配水管网对象的平面示意图 对象的位置和它们之间的距离不必与实际物理尺寸相一致 对象的属性, 例如节点水质或者管段流量, 可利用不同的颜色来显示 图例的颜色显示, 可以通过点击进行编辑 删除或者重新定位 一张背景图纸 ( 例如一条街道或者地形图 ) 能够放置在管网地图下作为参考 地图可缩放到任何尺寸, 或者从一个位置移到另一个位置 节点和管段可采用不同尺寸绘制, 增加流向箭头, 以及显示对象符号 ID 标签和数值属性值 地图能够打印 复制到 Windows 剪贴板, 也可以作为 DXF 文件或者 Windows 图元文件导出 4.6 数据浏览 数据浏览 ( 见下图 ) 从浏览器窗口中的数据页访问 它通过分类 ( 节点 管段等 ), 给出了分析管网中的各种对象 底部按钮用于添加 删除和编辑对象 33

40 4.7 地图浏览 地图浏览 ( 见下图 ) 位于浏览器窗口的地图页 它用于选择管网地图中以颜色显示的参数和时段, 它也包含了地图随时间控制的动画效果 地图浏览器中的动画控制按钮工作如下 : 返回到初始模拟时间动画后退动画停止动画前进 4.8 属性编辑器 属性编辑器 ( 如左图所示 ) 用于编辑管网节点 管段 标签和分析选项的属性 当这些对象之一被选择 ( 通过管网地图或者在数据浏览器中 ), 以及双击或者点击浏览器的编辑按钮, 其功能被激发 以下几点有助于使用编辑器 编辑器表格有两列, 一列为属性名称, 另一列为属性数值 利用鼠标拖动编辑器顶部的题头, 可以重新调整列的尺寸 利用一般 Windows 过程, 能够移动编辑器窗口或改变其尺寸 名称前带星号的属性, 说明是一个必须赋值的属性, 即数值域不能空白 根据属性情况, 数值域可为如下内容之一 : 文本框, 可以在其中键入一个数值 ; 下拉式列表, 可以从列表中选择数值 ; 省略号按钮, 点击出现特殊的编辑器 ; 34

41 显示计算结果的只读标签 编辑器中当前具有焦点的属性将高亮度显示, 具有白色背景 可以利用鼠标或者键盘上的上下箭头键, 在属性之间移动 编辑具有焦点的属性, 可通过键入一个数值, 或者点击回车键 为了使 EPANETH 接受输入, 点击回车键, 或者移向其它属性 ; 取消输入, 点击 ESC 键 点击标题条右上角的关闭按钮, 将隐藏编辑器 4.9 程序偏好 程序偏好用于定义特定的程序特征 为了设置程序偏好, 可从文件菜单中选择偏好设置 一个偏好对话框将显示, 其中包含了两个标签页 : 常用偏好页和格式偏好页 常用偏好偏好对话框的常用页中设置内容如下 参考描述加粗字体所有创建的窗口中是否使用加粗字体地图醒目闪烁在地图中选择的节点 管段或者标签是否闪烁地图标注显示当鼠标经过管网地图的节点或者管段时, 是否显示 ID 标签和当前参数值删除确认删除任何对象之前, 是否显示确认对话框自动备份文件是否利用.bak 扩展名, 将新打开工程文件备份到磁盘临时文件目录 EPANETH 将临时文件写入的目录名称 ( 文件夹 ) 注意 : 临时文件目录必须是一个可以容纳超过较大管网和模拟运行数据所需空间以上数十兆比特, 具有书写权限, 具有充分的空间存储文件 初始缺省是 Windows TEMP 文件夹 ( 通常为 c:\windows\temp) 35

42 格式偏好当变量的计算结果被报告时, 偏好对话框的格式页控制了数据应显示多少小数位 利用下拉式列表框, 选择特定的节点或者管段变量 当显示变量的计算结果时, 利用微调编辑框来选择小数位 为了特定输入设计变量, 小数位的显示是用户输入的, 例如管道直径 长度等 36

43 第 5 章工程操作 本章讨论 EPANETH 怎样利用工程文件存储管网数据, 说明了怎样设置工程的缺省选项, 以及怎样注册对工程模型评价的校验数据 ( 观测测试数据 ) 5.1 打开和保存工程文件 工程文件包含了用于模拟管网的所有信息, 通常以.NET 作为扩展名 为了创建一个新工程 : 1. 从菜单条选择文件 >> 新建, 或者点击标准工具条上的 2. 首先保存现有工程 ( 在新工程创建之前, 如果现有工程内容发生了改变 ) 3. 一项所有选项设置为缺省数值 没有命名的新工程被创建 当 EPANETH 首次打开时, 总是自动创建一项新工程 为了打开存储在磁盘上的现有工程 : 1. 从菜单条选择文件 >> 打开, 或者在标准工具条上点击 2. 首先保存现有工程 ( 如果其内容发生了变化 ) 3. 在打开文件对话框中选择需要打开的文件, 可以选择文件类型 ( 一般以.NET 作为扩展名 ), 或者导入一个文本文件 ( 一般以.INP 为扩展名 ) EPANETH 辨识文件类型是根据文件内容而不是文件名称 4. 点击打开键, 关闭对话框, 选择的文件将被打开 为了以当前文件名保存工程 : 从菜单条中选择文件 >> 保存, 或者在标准工具条上点击 为了利用不同文件名称来保存工程 : 1. 从菜单条中选择文件 >> 另存为 2. 标准文件保存对话框出现, 从中可以选择要保存到的文件夹和文件名称 注意 : 工程总是保存为二进制.NET 文件 为了将工程数据保存为可读 SCAII 文件, 可利用文件菜单中的导出 >> 管网命令 37

44 5.2 工程缺省值 每一工程可使用一组缺省值, 除非 EPANETH 用户将其重载 这些缺省数值分为三大类 : 缺省 ID 标签 ( 它们首次被创建时, 用于标识节点和管段的标签 ) 缺省节点 / 管段属性 ( 例如节点的标高, 管道的长度 直径和粗糙系数 ) 缺省水力分析选项 ( 例如计量单位系统 水头损失公式等 ) 为了设置工程缺省值 : 1. 从菜单条中选择工程 >> 缺省 2. 缺省对话框出现, 其中具有三页内容 3. 如果希望在所有将来新建工程中使用缺省选择, 检查对话框左下角的检查框 4. 点击确定, 接受缺省选项 工程的每一类缺省值将在下面讨论 缺省 ID 标签缺省对话框中的 ID 标签页 ( 图 5.1), 用于确定 EPANETH 怎样将缺省 ID 标签赋值给首次创建的管网组件 对于每种类型对象, 能够输入标签的前缀 ; 如果缺省 ID 采用简单的数字表示, 保留域为空白 当增加数值后缀到缺省标签时, 将出现一个增量 例如, 如果 J 作为节点的前缀, 增量为 5, 那么创建节点时, 使用的缺省标签为 J5, J10, J15 等等 如果需要, 创建对象之后, 属性编辑器可用于修改它的 ID 标签 图 5.1 工程缺省对话框中的 ID 标签页 缺省节点 / 管段属性缺省对话框属性页 ( 图 5.2) 设置了新创建节点和管段的缺省属性数值 这些属性包括 : 节点标高 ; 水池直径 ; 38

45 水池高度 ; 管道长度 ; 管道自动长度 ( 长度自动计算功能 ); 管道直径 ; 管道粗糙系数 当自动长度功能开启, 当添加管道, 或者管道在管网地图中移动位置时, 将自动计算管道长度 具有这些缺省属性的节点或者管段, 随后可利用属性编辑器修改 图 5.2 工程缺省对话框中的属性页 缺省水力选项缺省对话框的第三页用于为缺省水力分析选项赋值 对于来自浏览器 ( 见第 8.1 部分 ) 访问的工程水力选项, 包含了相同集合的水力选项 它们在工程缺省对话框中重复出现, 以便能够为了将来工程和当前工程的使用而保存 当设置新工程的流量单位 水头损失公式和缺省模式时, 重要的水力选项被检查 流量单位的选择, 决定了怎样在公制单位或者美制单位中表达所有其它管网数值 水头损失公式的选择, 定义了管网中管道粗糙系数的类型 在延时模拟中, 对于所有没有赋以任何模式的节点, 缺省模式自动作为需水量变化的时间模式 5.3 校验数据 对于管网中选择的位置, 通过时间序列绘图, 或者通过特殊的校验报告, 并考虑多个位置情况,EPANETH 允许将模拟数据与现场测试数据相比较 在 EPANETH 在利用这些校验数据之前, 必须将其输入到文件并注册到工程 校验文件校验文件是一个包含了配水系统中特定时段特定量测试数据的文本文件 文件提供的观测数据可与管网模拟结果比较 对于不同的参数 ( 例如压力 氟化物 氯, 流量等 ) 和 39

46 不同的采样研究, 应创建独立的文件 文件的每一行包含以下事项 : 位置 ID 位置的 ID 标签 ( 用在管网模型中 ); 时间 测试时的时间 ( 以小时计 ); 数值 测试的结果 关于模拟零时刻的测试时间, 可以输入为小数 ( 例如 27.5) 或者小时 : 分钟格式 ( 例如 27:30) 对于简单稳态分析中的数据, 所有时间数值可以为 0 通过在注释语句前放置分号 (;), 可以将注释语句加入到文件 对于一系列在相同位置的测试, 位置 ID 不必重复 部分校验文件内容如下 ;Fluoride Tracer Measurements ;Location Time Value ; N N 注册校验数据为了将校验数据注册到一个校验文件 : 1. 从菜单条中选择工程 >> 校验数据 2. 在图 5.3 所示的校验数据对话框中, 对于欲注册的数据, 点击靠近该参数的文本框 3. 通过在键入该参数校验文件名称, 或者点击浏览按钮, 搜索校验文件 4. 如果希望在 Windows 记事本 (NodePad) 中打开校验文件编辑, 点击编辑按钮 5. 对于任何需要校验数据的其它参数, 重复 2-4 步骤 6. 点击确定, 接受所作选择 图 5.3 校验数据对话框 40

47 5.4 工程总结 为了浏览当前工程的总结性描述, 从菜单条中选择工程 >> 总结 工程总结对话框将出现, 其中可以编辑工程的描述性标题, 增加备注事项等, 进一步描述工程 当打开原先保存的文件, 显示打开文件对话框时, 这些项可以作为不同的文件名选择 这对于定位特定的管网分析很有用 对话框也显示了管网统计数据, 例如节点 管段 水泵等的数量 41

48 第 6 章对象操作 EPANETH 利用各种类型的对象模拟配水系统 这些对象可以直接在管网地图上访问, 或者从浏览器窗口的数据页访问 本章描述了这些对象, 以及怎样创建 选择 编辑 删除和重新定位对象 6.1 对象类型 EPANETH 可显示管网地图中的物理对象, 并包含具有设计和运行信息的非物理对象 这些对象分类如下 : (1) 节点 (a) 连接节点 (b) 水库 (c) 水池 (2) 管段 (a) 管道 (b) 水泵 (c) 阀门 (3) 地图标签 (4) 时间模式 (5) 曲线 (6) 控制 (a) 简单控制 (b) 基于规则控制 6.2 添加对象 添加节点利用地图工具条添加节点 : 1. 如果添加节点类型的按钮 ( 连接节点, 水库, 或者水池 ) 还未处于 被选状态, 在地图工具条中点击 2. 将鼠标移到地图中期望放置节点的位置, 并点击 利用浏览器添加节点 : 1. 从数据浏览器对象列表中选择节点类型 ( 连接节点, 水库或者水池 ) 2. 点击添加按钮 42

49 3. 在属性编辑器中输入地图坐标 ( 可选项 ) 添加管段利用地图工具条添加直线或者曲线管段 : 1. 如果管段类型按钮 ( 管道, 水泵或者阀门 ) 还未处于被选择状态, 在地图工具条中相应按钮上点击鼠标 2. 在地图窗口中, 点击管段的起始节点 3. 沿欲绘制管段方向移动鼠标, 如果需要变化连线方向时, 在中间点上点击 4. 最后在管段终点上点击鼠标 在绘制管段过程中, 点击鼠标右键或者 Escape(Esc) 键, 将取消该操作 利用浏览器添加直线段管段 : 1. 从数据浏览器对象列表中选择需要添加的管段类型 ( 管道 水泵或者阀门 ) 2. 点击添加按钮 3. 在属性编辑器中输入连线的起始节点和终止节点编号 ID 添加地图标签在地图上添加标签 : 1. 在地图工具条上点击文本按钮 2. 在地图窗口需要显示标签的地方点击鼠标 3. 输入标签的文本 4. 按回车键 添加曲线为了在管网数据库中添加曲线 : 1. 从数据浏览器的对象分类列表中选择曲线 2. 点击添加按钮 3. 利用曲线编辑器编辑曲线 添加时间模式为了在管网中添加时间模式 : 1. 在数据浏览器的对象类型列表中选择模式 2. 点击添加按钮 3. 利用模式编辑器编辑模式 使用文本文件除了交互式增加单个对象外, 可以导入包含节点 ID 列表及其坐标 连线 ID 及其连接节点的文本文件 ( 参见第 11.4 部分 导入部分管网 ) 43

50 6.3 选择对象 在地图中选择对象 : 1. 确保地图处于选择模式 ( 鼠标图标具有箭头指向左上方的形状 ) 通过在地图 工具条中点击选择对象按钮 模式 2. 在地图中需选择的对象上点击鼠标 利用浏览器选择对象 : 1. 从数据浏览器的下拉列表中选择对象类型 2. 从类型标题下的列表中选择期望的对象, 或者从编辑菜单中选择选择对象, 转换到该 6.4 编辑可视化对象 属性编辑器 ( 见第 4.8 部分 ) 用于编辑可在管网地图窗口中显示的 ( 连接节点 水库 水池 管道 水泵 阀门或者标签 ) 对象属性 为了编辑这些对象, 从地图或者数据浏 览器中选择对象, 然后在数据浏览器中点击编辑按钮象 ) 与对象类型相关的属性见表 6.1 到表 6.7 ( 或者简单在地图中双击对 注意 : 对表达象属性的计量单位系统, 取决于使用的流量单位 利用升或者立方米表示流量, 意味着将使用 SI 公制单位 利用立方英尺 加仑或者英亩 - 英尺表示流量, 意味着采用 US 单位 流量单位从工程的水力特性中选择, 可以通过工程 >> 缺省菜单访问 所有属性的计量单位总结在附录 A 属性连接节点 ID X 坐标 Y 坐标描述标签标高基本需水量需水量模式需水量类型 表 6.1 连接节点属性描述标识连接节点的唯一标签 它包含最多 15 个字符的组合 不同节点必须具有不同的 ID 这是一个必须设置数值的属性 地图中连接节点的水平位置, 以地图距离单位衡量 若为空, 连接节点将不显示在管网地图中 地图中连接节点的竖向位置, 以地图距离单位衡量 若为空, 连接节点将不显示在管网地图中 描述了其它重要信息的可选文字串 可选文字串 ( 无空格 ), 将连接节点赋值给一个类, 例如压力分区 高于连接节点的一些通用参考标高, 以米 ( 英尺 ) 计 这是一个必须设置数值的属性 标高仅用于计算连接节点的压力 它不影响任何其它计算量 连接节点用户主要分类中的平均或者常规需水量, 以当前流量单位衡量 负值表示外部水源进入节点 若为空, 需水量假设为零 时间模式的 ID 标签, 用于表示连接节点用户主要分类需水量随时间的变化模式 模式提供了用于基本需水量的乘子, 以确定给定时段的实际需水量 若为空, 使用在水力特性选项 ( 见第 8.1 部分 ) 中赋值的缺省时间模式 对于连接节点定义的用户分类编号 点击省略号按钮 ( 或者点击回车键 ), 出现 44

51 扩散器系数 初始水质源头水质 特殊的需水量编辑器, 可以给基本需水量和时间模式赋予多重类型用户在连接节点 如果仅仅单一需水类型, 则忽略 放置在连接节点的扩散器流量系数 ( 喷嘴 ) 系数表示压力下降 1 米 ( 或者 psi) 下的流量 ( 以当前流量单位计 ) 若为空, 则不存在扩散器 更多细节参见第 3.1 部分对扩散器的描述 模拟开始时节点水质浓度 若为空, 不进行水质分析, 或者浓度为零 任何在该点进入管网的水质 点击省略号按钮 ( 或者点击回车键 ), 显示源头水质编辑器 ( 参见第 6.5 部分 ) 属性水库 ID X 坐标 Y 坐标描述标签总水头水头模式初始水质源头水质 表 6.2 水库属性描述标识水库的唯一标签 它可能包括最多 15 个字符的组合 它不能够与其它任何节点具有相同的 ID 这是一个必须输入数值的属性 地图中水库的水平位置, 以地图距离单位衡量 若为空, 水库将不出现在管网地图中 水库在地图上的竖向位置, 以地图的距离单位衡量 若为空, 管网地图中不显示 可选文字串, 描述水库的其它重要信息 可选文字串 ( 无空格 ), 用于将水库赋以一个类型, 例如一个压力分区 水库水的水力水头 ( 标高 + 压力水头 ), 以米 ( 英尺 ) 计 这是一个必须输入数值的属性 模拟水库水头随时间变化模式的 ID 标签 若为空, 没有供水 如果水库代表了一种联系, 该属性是有用的, 对于另一个系统, 其压力是随时间变化的 水库的水质浓度 若为空, 不进行水质分析, 或者浓度为零 任何在该位置进入管网的水质 点击省略号按钮 ( 或点击回车键 ), 显示源头水质编辑器 ( 参见第 6.5 部分 ) 属性水池 ID X 坐标 Y 坐标描述标签标高初始水位最低水位最高水位直径 表 6.3 水池属性描述标识水池的唯一标签 它可能包含最多 15 个字符的组合 它不能够与任何其它节点的 ID 相同 这是一个必须输入数值的属性 地图中水池的水平位置, 利用地图距离单位衡量 若为空, 水池将不出现在管网地图中 地图中水池的竖向位置, 利用地图距离单位衡量 若为空, 水池将不出现在管网地图中 可选文字串, 描述了水池的其它重要信息 可选文字串 ( 无空格 ), 用于将水池赋以大类, 例如一个压力分区 常用参考面之上池底的标高, 以米 ( 英尺 ) 计 这是一个必须设置数值的属性 模拟开始时高于池底标高的高度, 以米 ( 英尺 ) 计 这是一个必须设置数值的属性 需要维持并高于底部标高的最小水位, 以米 ( 英尺 ) 计 水池不允许降落到该水位之下 这是一个必须设置数值的属性 需要维持并高于池底标高的最大水位, 以米 ( 英尺 ) 计 水池不允许超过该水位 这是一个必须设置数值的属性 水池的直径, 以米 ( 英尺 ) 计 对于圆筒形水池, 这是一个实际直径 对于方形或者矩形水池, 可能是一个当量直径, 等于 倍横断面积的平方根 对于通过曲 45

52 最小容积容积曲线混合模型混合分数反应系数初始水质源头水质 线描述其几何形状的水池, 可能设置为任意数值 这是一个必须输入数值的属性 当水池处于最低水位时, 池中水的容积, 以立方米 ( 立方英尺 ) 计 这是一个可选属性, 其中不提供总容积与水深曲线时, 用于描述非圆筒形水池的底部几何形状 用于描述水池容积与水位曲线的 ID 标签 如果没有数值, 水池假设为圆筒形的 水池内水质混合的类型 选择包括 MIXED( 完全混合 ) 2COMP( 双室混合 ) FIFO( 先进先出柱塞流 ) LIFO( 后进先出柱塞流 ) 更多信息参见第 3.5 部分混合模型的描述 水池总容积的分数, 包含了两室 (2COMP) 混合模型的进水 出水室 如果使用其他类型的混合模型, 可以为空白 水池中药剂反应的主流反应系数 单位为 1/ 日 对于增长反应为正值, 衰减为负值 如果全局主流反应系数在工程反应选项中使用, 则可以为空白 更多信息参见第 3.4 部分对水质反应的描述 模拟开始时的水池水质浓度 如果不进行水质分析, 或者浓度为零, 可以为空白 在该点进入管网的水质 点击省略号按钮 ( 或者单击回车键 ), 显示源头水质编辑器 ( 参见第 6.5 部分 ) 表 6.4 管道属性属性描述管道 ID 标识管道的唯一标签 它可以由最多 15 个字符组合而成 它不能够与任何其它管段的 ID 相同 这是一个必须输入数值的属性 起始节点管道开始的节点 ID 这是一个必须输入数值的属性 终止节点管道终止的节点 ID 这是一个必须输入数值的属性 描述可选文字串, 描述了管道的其它重要信息 标签可选文字串 ( 没有空格 ), 用于将管道赋值给可能根据年代或者材料的大类 长度管道的实际长度, 以米 ( 英尺 ) 计 这是一个必须输入数值的属性 直径管道直径, 以 mm( 英寸 ) 计 这是一个必须输入数值的属性 粗糙系数管道的粗糙系数 对于 Hazen-Williams 粗糙系数, 这是无量纲的 ; 对于 Darcy- Weisbach 粗糙系数, 单位为毫米 (mm); 对于 Chezy-Manning 粗糙系数, 单位为 m -1/3.s 这是一个必须输入数值的属性 损失系数与弯头 配件等相关的无量纲局部水头损失系数 若为空, 则假设为 0 初始状态确定管道最初开启 关闭或者包含有止回阀 如果指定了止回阀, 那么将总是从管道起始节点流向终止节点 主流系数管道的主流反应系数, 单位为 1/ 日 对于增长为正值, 衰减为负值 如果全局主流反应系数在工程反应选项中使用, 则为空白 更多信息参见第 3.4 部分对水质反应的描述 管壁系数管道的管壁反应系数, 单位 1/ 日 对于增长为正值, 衰减为负值 如果工程反应选项中使用了全局管壁反应系数, 则为空白 更多信息参见第 3.4 部分对水质反应的描述 注 : 当在管网地图中添加或者重新定位管道时, 如果自动长度设为开启, 管道长度可以自动计算 为了转换该设置 : 选择工程 >> 缺省, 编辑缺省对话框属性页中的自动长度域 46

53 右键点击状态条上的自动长度部分, 然后点击弹出式菜单 在利用自动长度特征之前, 应确保为管网地图提供了有意义的尺寸 ( 见第 7.2 部分 ) 属性水泵 ID 起始节点终止节点描述标签水泵曲线功率转速比模式初始状态效率曲线能量价格价格模式 表 6.5 水泵属性描述标识水泵的唯一标签 它包含最多 15 位的字符组合 它不能与任何其它管段的 ID 相同 这是一个必须输入数值的属性 水泵吸水侧节点的 ID 这是一个必须输入数值的属性 水泵出水侧节点的 ID 这是一个必须输入数值的属性 可选文本串, 描述了水泵的其它重要信息 可选文本串 ( 没有空格 ), 用于将水泵赋值给可能根据年代 尺寸或者位置设置的大类 水泵曲线的 ID 标签, 用于描述水泵扬程和流量之间的关系 如果水泵为定常能量水泵, 则为空白 水泵的功率, 以千瓦 (kw) 计 无论流量多少, 假设水泵供应相同的能量 如果使用了水泵曲线, 则为空白 当水泵曲线信息不可用时才使用 水泵的相对转速设置 ( 无量纲 ) 例如, 转速比设置为 1.2, 意味着水泵的转速高于额定转速 20% 用于控制水泵运行时间模式的 ID 标签 模式的乘子等价于转速设置 乘子为零, 意味着在相应时段水泵关闭 如果不可用则为空白 模拟时段开始时的水泵状态 ( 开启或者关闭 ) 曲线的 ID 标签, 代表了进泵电缆到水获得能量的效率 ( 以百分比表示 ), 为流量的函数 该信息仅用于计算能耗 如果不可用, 或者具有全局水泵效率相同的能量选项 ( 见第 8.1 部分 ), 则为空白 平均或者额定能量价格, 以货币单位每 kw-hr 计 仅仅为了计算能量消耗费用时使用 如果不可用, 或者如果全局数值用在工程的能量选项 ( 见第 8.1 部分 ), 则为空白 时间模式的 ID 标签, 用于描述能量价格在每日内的变化 模式中的每一个乘子用于水泵能量价格, 为了确定对应时段内的时间价格 如果不可用, 或者如果全局价格模式在工程能量选项 ( 见第 8.1 部分 ) 中指定, 则为空白 属性阀门 ID 起始节点终止节点描述标签直径类型设置 表 6.6 阀门属性描述标识阀门的唯一标签 它包含了不多于 15 个字符的组合 它不能够与任何其它管段的 ID 相同 这是一个必须属性 阀门常规上游或者进流侧的节点 ID (PRV 和 PSV 仅维持单向流量 ) 这是一个必须设置数值的属性 阀门的常规下游或者出流侧的节点 ID 这是一个必须设置数值的属性 可选文字串, 描述了阀门的其它重要信息 可选文字串 ( 没有空格 ), 用于例如根据类型或者位置为阀门分类 阀门口径, 以 mm( 英寸 ) 计 这是一个必须设置数值的属性 阀门类型 (PRV, PSV, PBV, FCV, TCV 或者 GPV) 参见第 6.1 部分对各种类型阀门的描述 这是一个必须输入数值的属性 描述阀门运行设置必须设置的参数 47

54 损失系数固定状态 阀门类型设置参数 PRV 压强 (m 或 psi) PSV 压强 (m 或 psi) PBV 压强 (m 或 psi) FCV 流量 ( 流量单位 ) TCV 损失系数 ( 无量纲 ) GPV 水头损失曲线的 ID 无量纲局部损失系数, 当阀门完全开启时使用 如果为空白, 则假设为 0 模拟开始时的阀门状态 如果设置为开或者关, 那么阀门的控制设置被忽略, 阀门行为分别作为一个开启或者关闭的管段 阀门的固定状态和它的设置, 能够通过利用控制语句, 在整个模拟中发生变化 如果阀门设置固定为 OPEN/ClOSED, 那么能够利用控制再次激活, 将新的数值设置赋给它 表 6.7 地图标签属性属性描述文本标签的文本 X 坐标标签左上角在地图中的水平位置, 以地图单位衡量 这是一个必须设置数值的属性 Y 坐标标签左上角在地图中的竖向位置, 以地图单位衡量 这是一个必须设置数值的属性 相关节点作为与标签相关节点的 ID( 参见以下注解 1) 如果标签无相关节点则为空白 计量类型通过标签计量的对象类型 ( 参见以下注解 2) 选项为无 节点或者管段 计量 ID 被计量的对象 ( 节点或者管段 )ID 字体激发一个字体对话框, 允许选择标签的字体 尺寸和模式 注 : 1. 标签相关的节点属性, 用于将标签对应于地图给定的位置 当地图放大时, 标签将显示到相关节点的相同距离, 正如全范围视图那样 当地图被缩放时, 该特征防止标签游离被描述的对象太远 2. 计量类型和 ID 属性确定了标签是否作为一种计量 计量标签显示了在标签文本之下, 当前视图参数的数值 ( 来自地图浏览器的选择 ) 计量类型和 ID 必须是指一个管网中现有的节点或者管段 否则, 仅仅显示标签文本 6.5 编辑非可视化对象 需要特殊的编辑器定义曲线 时间模式和控制的属性 为了编辑这些对象, 从数据浏览 器或者点击编辑按钮来选择对象 此外, 连接节点的属性编辑器在需水量类的域内包含了一个省略按钮, 当点击时带来特殊的需水量编辑器 类似地, 连接节点 水库和水池的属性编辑器中的源头水质域, 具有一个按钮启动特殊的源头水质编辑器 每一种特殊编辑器描述如下 曲线编辑器曲线编辑器是一个对话框, 如图 6.1 所示 为了使用曲线编辑器, 输入以下数值项 : 48

55 项目曲线 ID 描述曲线类型 X-Y 数据 描述曲线的 ID 标签 ( 最多达 15 个字符 ) 曲线表示什么的选项描述曲线的类型曲线的 X-Y 数据点 在 X-Y 数据表方格之间移动时 ( 或者点击回车键 ), 曲线在预览窗口中重新绘制 对单点和三点水泵曲线, 曲线方程显示在方程框中 点击确定按钮将接受曲线, 点击取消按钮将取消输入 也可以点击导入按钮, 调入原先保存在文件中的曲线数据, 或者点击保存按钮, 保存当前曲线数据到文件 图 6.1 曲线编辑器 模式编辑器模式编辑器 ( 如图 6.2 所示 ) 用于编辑时间模式对象的属性 为了利用模式编辑器, 输入如下事项数值 : 事项模式 ID 描述乘子 描述模式的 ID 标签 ( 最多达 15 个字符 ) 模式表示什么的选择性描述模式每一时间段的乘子 当输入乘子时, 为了提供模式的可视化描述, 预览图被绘制 当输入乘子到达可用时间段的末尾时, 简单点击回车 (Enter) 键, 增加另一个时段 当完成编辑时, 点击确定按钮接受该模式, 或者点击取消按钮取消输入 也可以点击导入按钮调用保存在文件中的模式数据, 或者点击保存按钮将当前模式数据保存到文件 49

56 图 6.2 模式编辑器 控制编辑器控制编辑器, 如图 6.3 所示, 它是一个文本窗口, 为了编辑简单控制和基于规则控制 它具有一个标准文本编辑菜单, 可以在编辑器的任何位置点击右键激活 该菜单包含了撤销 剪切 复制 粘贴 删除和全选命令 图 6.3 控制编辑器 需水量编辑器需水量编辑器如图 6.4 所示, 当节点具有超过一种类型的用水户时, 用于为基本需水量和时间模式赋值 当需水量类型域位于焦点时, 通过点击省略号按钮 ( 或者点击回车键 ), 该编辑器从属性编辑器中激发 编辑器中的表格具有三列, 每一类需水量作为表中新行输入 列中包含了以下信息 : 基本需水量 : 类型的基准或者平均需水量 ( 必需输入项 ) 时间模式 : 允许需水量随时间变化的时间模式 ID 标签 ( 可选的 ) 类型 : 标识需水量类型的文本标签 ( 可选的 ) 50

57 图 6.4 需水量编辑器 表格的初始尺寸为 10 行 如果需要增加行, 可在最后一行选择任何方格, 点击回车 (Enter) 键 注意 : 常规情况下, 位于编辑器第一行的需水量作为是连接节点的主要类型, 出现在属性编辑器的基本需水量域内 源头水质编辑器源头水质编辑器是一个弹出式对话框, 用于描述从特定节点进入管网源头流量的水质 该源头可能表示了主要的处理厂, 一个水井头部或者卫星处理设施, 或者一个不希望的侵入污染源 该对话框如图 6.5 所示, 包含了以下域 : 图 6.5 源头水质编辑器 域源头类型源头水质时间模式 描述选项 : - 浓度 - 质量注入 - 流量步进注入 - 设置点注入源头基准浓度或者平均浓度 ( 或者每分钟的质量流量 )-- 为空白, 则移除源头源头水质随时间变化的时间模式 ID 标签 -- 为空白, 则不可用 51

58 水质源头能够指定为浓度或者注入源头 浓度源头固定了任何进入管网的外部流量浓度, 例如来自水库或者位于连接节点的负需水量流量 质量注入源头将固定的质量流量, 从管网中的其它点进入节点 流量步进注入源头将固定浓度, 从管网中其它节点所有进流的混合结果 设置点注入源头固定了离开节点的任何流量浓度 ( 只要来自节点的所有进流结果浓度低于设置点 ) 最好将浓度类型的源头用于节点, 代表了源头供水或者处理厂 ( 例如水库或者赋以负需水量的节点 ) 注入类型的源头最好用于模拟示踪剂或者附加消毒剂直接注入到管网, 或者模拟污染物的侵入 6.6 复制和粘贴对象 显示在管网地图窗口中的对象属性, 能够被复制和粘贴到相同类的另一个对象 为了将对象的属性复制到 EPANETH 的内部剪贴板 : 1. 在地图中右击对象 2. 从显示的弹出式菜单中选择复制 为了将复制属性粘贴到一个对象 : 1. 右键点击地图中的对象 2. 从显示的弹出式菜单中选择粘贴 6.7 管段变形和逆向 管段可以绘制为包含了任何数量直线段的折线 一旦管段绘制在地图中, 定义这些线段的内部点能够被添加 删除和移动 ( 见图 6.6) 为了编辑管段的内部点 : 1. 在管网中地图选择需要编辑的管段, 在地图工具条中点击 ( 或者在菜单条中 选择编辑 >> 选择顶点, 或者右键点击管段, 从弹出式菜单中顶点 ) 2. 鼠标图标形状将变为箭头, 管段中的现有顶点将被显示, 周围具有小的手柄 为了选择特定的顶点, 在其上点击鼠标 3. 为了在管段上添加新的顶点, 右键点击鼠标, 从弹出式菜单中选择添加顶点 ( 或者在键盘上简单点击插入 (Insert) 键 ) 4. 为了删除现有选择顶点, 右键点击鼠标, 在弹出式菜单中选择删除顶点 ( 或者在键盘上点击删除 (Delete) 键 ) 5. 为了将一个顶点移到另一个位置, 用鼠标左键拖动它, 直到新的位置 6. 在顶点选择模式下, 可以通过点击另一条管段, 转换到该管段的顶点编辑模式 为了离开顶点选择模式, 右键点击地图, 从弹出式菜单中选择退出编辑, 或者在地图工具条中选择任何其它按钮 52

59 图 6.6 曲线管段 管段也可以反向 ( 即它两个端点的相互变换 ), 通过右键点击管段, 从弹出式菜单中选择逆向 当原来添加水泵或阀门时具有错误的方向, 对于它们的重新定向是有用的 6.8 删除对象 为了删除对象 : 1. 在地图或者数据浏览器中选择对象 2. 通过 : 在标准工具条中点击按钮, 在数据浏览器中选择相同的按钮, 在键盘上选择删除 (Delete) 键 注意 : 在它们生效之前, 需要对所有删除进行确认 参见第 4.9 部分对程序偏好对话框中常用偏好页的描述 6.9 移动对象 为了将节点或者标签移动到地图的另一位置 : 1. 选择节点或者标签 2. 利用鼠标左键拖动对象, 直到新的位置 3. 释放鼠标左键 另一种方式是在所选对象的属性编辑器中手工输入新的 X 和 Y 坐标 无论节点怎样移动, 所有连接到它的管段也同时移动 53

60 6.10 选择对象组 为了选择位于管网地图不规则区域内的对象组 : 1. 选择编辑 >> 选择区域或者在地图工具条中点击 2. 通过在每一个多边形的连续顶点点击鼠标左键, 沿着地图中感兴趣的区域绘制多边形边线 3. 点击鼠标右键封闭该多边形, 或者通过点击回车 (Enter) 键 ; 通过点击取消 (Escape) 键取消该选择 为了选择地图视图中当前的所有对象, 选择编辑 >> 全选 ( 在地图当前试图范围之外的对象将不被选择 ) 一旦选中一组对象, 可以编辑它们的通用属性, 或者从管网中删除选择的对象, 通过点 击或者点击删除 (Delete) 键 6.11 编辑对象组 为了编辑对象组的属性 : 1. 利用前面部分描述的方法, 选择包含需要编辑的对象组地图区域 2. 从菜单条中选择编辑 >> 组编辑 3. 定义组编辑对话框中需要编辑的内容 组编辑对话框如图 6.6 所示, 用于修改一组被选择对象的属性 为了利用该对话框 : 1. 选择需要编辑的一类对象 ( 节点或者管段 ) 2. 检查 具有 框, 如果希望添加一个过滤器, 限制编辑所选择的对象, 选择一项属性 关系和数值来定义过滤器 一个例子可能是 具有直径低于 200 mm 3. 选择需要改变的类型 替换 乘以或者加上 4. 选择需要改变的属性 5. 输入应替换 乘以或者加上现有数值的数值 6. 点击确定, 执行组编辑 图 6.7 组编辑对话框 54

61 第 7 章地图操作 EPANETH 显示了需要模拟的管网地图 为了增强系统模拟的可视化, 本章描述怎样操作地图 7.1 选择地图视窗 为在地图中显示, 利用浏览器的地图页 ( 第 4.7 部分 ) 选择节点和管段参数 地图中利用不同颜色, 显示不同范围参数的数值, 并通过地图图例 ( 见以下 ) 来指定 可显示的节点参数包括 : 标高 基本需水量 ( 常规或者平均需水量 ) 初始水质 ( 模拟初始时刻的水质 ) * 实际需水量 ( 当前时间的总需水量 ) * 总水头 ( 标高加上压力水头 ) * 压强 * 水质 可显示的管段参数包括 : 长度 直径 粗糙系数 主流反应系数 管壁反应系数 * 流量 * 流速 * 水头损失 ( 每 1000 米 ( 或者英尺 ) 管道 ) * 摩擦因子 ( 用于 Darcy-Weisbach 水头损失公式 ) *( 管道长度上的平均 ) 反应速率 *( 管道长度上的平均 ) 水质 带有星号的事项为计算量, 其值仅仅在管网成功分析之后可以表示 ( 见第 8 章 管网分析 ) 7.2 设置地图尺寸 地图物理尺寸的设置, 为了使地图坐标能够以适当比例在计算机显示器上显示 为了设置地图尺寸 : 55

62 1. 选择视图 >> 尺寸 2. 在地图尺寸对话框中输入新的尺寸信息 ( 见图 7.1), 或者点击自动尺寸按钮, 根据管网图中当前对象的坐标, 由 EPANETH 计算尺寸 3. 点击确定完成地图尺寸 图 7.1 地图尺寸对话框 地图尺寸对话框中提供的信息如下 : 事项描述左下角坐标地图左下角的 X 和 Y 坐标 右上角坐标地图右上角的 X 和 Y 坐标 长度单位用于计量地图中距离的单位 选择包括英尺 米 度和无 ( 即任意单位 ) 注意 : 如果想利用具有自动管道长度计算的背景地图, 建议新工程创建之后, 立即设置地图尺寸 地图长度单位与管道长度单位不同 后者 ( 米或者英尺 ) 取决于流量表达为公制还是美制 如果必要,EPANETH 将自动转换单位 7.3 利用背景地图 EPANETH 可以在管网地图之下显示背景地图 背景地图可能是街道地图 公共设施地图 地形图 地块开发图, 以及任何其它图形或者绘图 例如, 利用街道地图, 可简化管道添加到管网的过程, 直接在其上数字化管网节点和管段 56

63 背景地图应在 EPANETH 外, 创建的 Windows 增强图元文件或者位图文件 一旦导入, 就可以编辑其特征, 尽管地图窗口被缩放和移动时, 将改变它的比例和范围 通常 Windows 图元文件要优于位图, 因为当重新定位时不会降低分辨率 多数 CAD 和 GIS 程序可将它们的绘图文件和地图文件保存为图元文件 从菜单条中选择视图 >> 背景, 将显示具有下列命令的子菜单 : 调用 ( 将背景地图文件调入到工程 ) 不调用 ( 从工程中取消对背景地图的调用 ) 对齐 ( 将管网与背景对齐 ) 显示 / 隐藏 ( 转换背景显示与否 ) 首次调用时, 背景图像的左上角, 与管网边界矩形重合 相对于管网地图, 背景可重新定位, 通过选择视图 >> 背景 >> 对齐 允许管网在背景图上移动 ( 通过按住左键移动鼠标 ), 直到两者相一致 无论何时工程存储到文件时, 随着工程的其它数据, 背景文件的名字和当前对齐方式将被保存, 最好在调入背景地图时 : 利用元文件, 而不是位图文件 尺寸管网地图, 以便它的边界矩形具有与背景相同的特征比 ( 宽度与高度比 ) 7.4 缩放地图 为了放大地图 : 1. 选择视图 >> 放大或者在地图工具条中点击 2. 为了放大至 100%, 移动鼠标到放大面积的中心, 并点击鼠标左键 3. 为了对放大进行定制, 将鼠标移到放大区域的左上角, 按住鼠标左键, 沿着缩放区域拖出一个矩形框, 然后释放鼠标左键 为了缩小地图 : 1. 选择视图 >> 缩小, 或者在地图工具条上点击 2. 将鼠标移向新的缩放区域中心, 点击鼠标左键 3. 地图将返回到原来的缩放水平 7.5 移动地图 为了在地图窗口中移动地图 : 1. 选择视图 >> 平移, 或者在地图工具条中选择 2. 在地图中任意点按住鼠标左键, 在希望的方向上拖动鼠标 3. 完成移动后释放鼠标键 57

64 为了使用纵览地图 ( 将在第 7.7 部分描述 ): 1. 如果不可见, 通过选择视图 >> 地图纵览, 显示纵览地图 2. 在纵览地图的缩放窗口中定位鼠标 3. 按住鼠标左键, 拖动缩放窗口到新的位置 4. 释放鼠标左键, 主地图将移动到对应于纵览地图缩放窗口的区域 7.6 查找对象 为了在地图中查找已知 ID 标签的节点或者管段 : 1. 选择视图 >> 查找, 或者在标准工具条上单击 2. 在地图查找对话框中, 选择节点或者管段, 输入 ID 标签 3. 点击查找 如果该节点 / 管段存在, 将在地图和浏览器中高亮显示 如果节点 / 管段落在当前地图边界之外, 地图将移至节点 / 管段能够显示的位置 地图查找对话框也将列出连接到查找节点的管段 ID 标签, 或者与查找管段相接的节点 为了查找服务于水质源头的所有节点列表 : 1. 选择视图 >> 查找, 或者在标准工具条中点击 2. 在地图查找对话框中, 选择源头 3. 点击查找 所有水质源头节点的 ID 标签将列在地图查找器中 点击任何 ID 标签, 将在地图中高亮显示节点 7.7 地图图例 具有三种类型的地图图例显示 节点图例和管段图例将颜色对应于显示在地图中当前参数大范围的数值 时间图例显示了模拟时段的时间 为了显示或者隐藏这些图例的检查或者非检查图例, 从视图 >> 图例菜单, 或者在地图上点击鼠标右键, 从弹出式菜单中进行相同的操作 双击鼠标, 也可以隐藏可见的图例 为了将图例移动到另一个位置 : 1. 在图例上点击鼠标左键 2. 按住鼠标左键, 拖动图例到新的位置, 并释放鼠标键 为了编辑节点图例 : 1. 如果是可见的, 选择视图 >> 图例 >> 修改 >> 节点, 或者右键点击图例 2. 利用出现的图例编辑器对话框 ( 见图 7.2), 修改图例的颜色和间距 类似方法可用于编辑管段图例 58

65 图例编辑器 ( 图 7.2) 以不同的颜色设置数值范围, 表示管网地图中的特定参数 它的工作如下 : 在编辑框中以递增方式输入数字数值, 定义颜色表示的范围 并非所有四种框需要数值 为了改变颜色, 在编辑器中点击其色带, 然后从颜色对话框中选择新的颜色 根据当前时段的参数范围分割成等间距, 点击等间距按钮, 设置范围 点击等分位数量按钮设置范围, 根据当前时段存在的数值, 以便具有等价数量的目标在每一个范围 颜色系列按钮用于从已有颜色方案列表中选择 逆向颜色按钮反转当前颜色设置的次序 ( 最低范围的颜色变成最高范围的颜色, 等等 ) 如果需要绘制一个图例框, 检查外框 图 7.2 图例编辑器对话框 7.8 纵览地图 纵览地图允许根据总体系统, 查看当前显示的管网主体地图 该缩放区域通过矩形边界表示, 显示在纵览地图中 当将该矩形拖动到另一个位置, 主体地图的视窗将随后改变 纵览地图可以进行开关转换, 通过选择视图 >> 地图纵览 7.9 地图显示选项 为改变管网地图的外观, 具有几种方式显示地图选项对话框 ( 图 7.3),: 59

66 选择视图 >> 选项, 当地图窗口处于焦点时, 在标准工具条中点击选项按钮 在地图任何空白部位点击右键, 在弹出式菜单中选择选项 图 7.3 地图选项对话框 从对话框的左侧面板中选择, 显示以下类型的单独页 : 节点 ( 控制节点的尺寸, 或使尺寸与数值成比例 ) 管段 ( 控制管段的宽度, 或使宽度与数值成比例 ) 标签 ( 转换地图标签开关 ) 标注 ( 显示或者隐藏节点 / 管段 ID 标签和参数值 ) 符号 ( 转换显示水池 水泵 阀门符号开关 ) 流向箭头 ( 选择流量箭头的可视性和类型 ) 背景 ( 改变地图背景的颜色 ) 节点选项地图选项对话框中的节点页, 控制节点怎样显示在管网地图中 选项描述节点尺寸选择节点直径正比于数值节点尺寸根据参数数值大小而变显示边界沿着每一个节点 ( 推荐淡颜色背景 ) 绘制边界显示连接节点显示连接节点 ( 所有节点将被隐藏, 除非该选项被检查 ) 管段选项地图选项对话框中的管段页, 控制管段怎样显示在地图中 选项描述管段尺寸设置显示在地图中管段的宽度正比于数值管段宽度随着参数值的增加而增加 60

67 标签选项地图选项对话框中的标签页, 控制标签怎样显示在地图中 选项显示地图标签使用透明文本缩放比例 描述显示地图标签 ( 标签将隐藏, 除非该选项被检查 ) 显示具有透明背景的标签 ( 否则使用不透明背景 ) 选择最小的缩放, 标签应被显示 ; 当缩放小于该值时, 标签能够被隐藏, 除非它们是计量标签 标注选项地图选项对话框的标注页, 确定了沿着地图节点和管段提供什么类型的注解 选项描述显示节点 ID 显示节点 ID 标签显示节点数值显示当前需要看到的节点参数值显示管段 ID 显示管段 ID 标签显示管段数值显示当前需要看到的管段参数值使用透明文本显示具有透明背景的文本 ( 否则使用不透明背景 ) 缩放比例选择最小的缩放, 标注将被显示 ; 所有注解将在缩放小于该值时隐藏注意 : 当前观察参数的数值仅对应于特定的节点和管段 符号选项地图选项对话框的符号页, 确定哪些类型的对象将利用地图中特殊符号表示 选项显示水池显示水泵显示阀门显示扩散器显示源头缩放比例 描述显示水池符号显示水泵符号显示阀门符号显示扩散器符号显示水质源头符号选择最小缩放, 这时符号应被显示 ; 缩放小于该值时, 符号将被隐藏 流向箭头选项地图选项对话框中的流向箭头, 控制流向箭头怎样显示在管网地图中 选项描述箭头类型选择箭头需要显示的类型 ( 选择无, 则隐藏箭头 ) 箭头尺寸设置箭头尺寸缩放比例选择最小缩放, 此时箭头应被显示 ; 缩放低于该值时, 箭头将隐藏注意 : 水流方向箭头仅在管网成功分析之后才可显示 ( 参见第 8.2 部分, 执行一次分析 ) 背景选项地图选项对话框的背景页, 提供用于喷涂地图背景使用的颜色选择 61

68 第 8 章管网分析 管网被适当描述后, 就可以对其进行水力和水质特性分析 本章描述怎样在分析中指定使用选项, 怎样执行分析, 以及怎样解决分析中可能出现的问题 8.1 设置分析选项 具有五类选项控制了 EPANETH 对管网的分析 : 水力 水质 反应 时间和能量 为了设置这些选项 : 1. 从数据浏览器中选择选项分类, 或者从菜单条选择工程 >> 选项 2. 从浏览器中选择水力特性 水质 反应 时间或者能量 3. 如果属性编辑器还未出现, 点击浏览器编辑按钮 ( 或者点击回车键 ) 4. 在属性编辑器中进行选项编辑 属性编辑器中编辑选项大类时, 分别通过简单点击 Page Down 或者 Page UP 键, 从一大类移向另一大类 水力特性选项水力特性选项控制了水力计算的执行, 包括如下事项 : 选项流量单位水头损失公式比重相对粘度最大试算次数精度如果不平衡缺省模式需水量乘子 描述表示节点需水量和管段流量的计量单位 选择升或者立方米, 所有其它单位为公制 选择加仑 立方英尺或者英亩 - 英尺, 说明所有其它管网量的单位为美制单位 使用时注意, 改变流量单位, 可能影响到项目中使用的所有其它数据 ( 参见附录 A, 计量单位 ) 计算水头损失使用的公式, 在管道中作为流量的函数 选择为 : Hazen-Williams Darcy-Weisbach Chezy-Manning 因为每一公式利用不同的管道粗糙系数, 变换公式可能需要更新所有管道的粗糙系数 模拟流体密度与 4 时水的密度之比 ( 无量纲 ) 流体运动粘度与 20 时水的粘度比值 (1.0 厘斯或者 0.94 sq ft/day)( 无量纲 ) 求解给定时刻管网水力特性非线性方程组的最大试算次数 建议值为 40 表示非线性方程组求解的收敛准则, 它控制了管网的水力特性 当所有流量变化总和除以所有管段流量总和低于该值时, 试算终止 建议值为 如果在最大试算次数下不能够求解, 采取行动 选择停止, 停止在该点的模拟 ; 或者继续, 使用另外 10 次试算, 不允许管线状态改变, 试图达到收敛 没有指定时间模式的节点, 使用的需水量时间模式 ID 标签 如果没有这样的模式, 那么需水量将在这些点不变 用于所有需水量的全局乘子, 使得整个系统耗水量以固定的量变化, 例如 2.0 为所有需水 62

69 量的二倍,0.5 则减半,1.0 不变 扩散器指数计算通过扩散器装置的流量时, 压力上升的幂 喷嘴的教材数值为 1/2, 这不可用于管道漏水 更多的细节参见第 3.1 部分 状态报告在分析之后, 报告状态信息的数量 选择为 : 否 ( 没有状态报告 ) 是 ( 常规状态报告 -- 列出模拟过程中所有管道状态的变化 ) 所有 ( 完整报告 列出每一次水力分析试算, 每一时段的常规报告加上收敛误差 ) 完整状态报告仅仅用于调试 注意 : 也可以从工程 >> 缺省菜单开始, 使将来所有工程采用保存的水力选项 ( 参见第 5.2 部分 ) 水质选项水质选项控制怎样进行水质分析, 它们包括 : 选项描述参数被模拟水质参数的类型 选择包括 : 无 ( 没有水质分析 ), 化学成分 ( 计算物质浓度 ), 水龄 ( 计算水龄 ), 跟踪 ( 跟踪来自特定节点的流量百分比 ) 化学成分可以输入被模拟物质的实际名称 ( 例如氯 ) 物质单位用于表达浓度的物质单位 选择为 mg/l 或者 μg/l 水龄和跟踪分析中的单位分别设定为小时和百分比 相对扩散性被模拟物质分子扩散与 20 时氯的扩散之比 ( sq ft/day) 如果物质扩散是氯的二倍, 则为 2; 一半则为 0.5, 等等 仅在模拟管壁反应物质转换时使用 忽略质量转化效应时设置为零 跟踪节点流量被跟踪的节点 ID 标签 仅用于流量跟踪分析中 水质公差可以表达的管段水质最小变化 典型设置可能为测试物质的 0.01, 以 mg/l 计 ; 或者水龄和源头跟踪的 0.01 注意 : 水质公差确定了何时主流水体水质实质上与另一部分主流水体相同 对于物质分析, 这可能是测试物质过程的监测限度, 通过合适的安全因子来调整 使用的数值太大, 该精度值可能影响到模拟精度 使用数值太小, 将影响计算效率 该数值设置需要一定的经验 反应选项反应选项设置了水质分析的反应类型, 它们包括 : 选项主流反应级数管壁反应级数全局主流反应系数 描述计算主流区水体反应速率时浓度上升的幂 一级反应为 1, 二级反应为 2, 等等 对于 Michaelis-Menton 动力学利用任何负数 如果没有全局或者指定管道水体反应系数, 那么忽略该选项 当计算水流反应速率时浓度上升的幂 对于一级反应选择一级 (1), 对于常速率反应选择零级 (0) 如果没有全局或者指定管道管壁反应系数, 那么忽略该选项 缺省主流反应速率系数 (K b ), 赋值给全部管道 该全局系数可通过编辑特定管道的属性重新设置 对于增长利用正值, 衰减为负值, 或者没有主流反应发生为 0 单位为上升浓度对应的 (1 n) 次幂除以日期, 其中 n 为主流反应级数 63

70 全局管壁系数 浓度限值 管壁反应相关性 赋值给所有管道的管壁反应速率系数 (K w ) 通过对特定管道编辑该属性 对于增长采用正值, 衰减为负值, 没有管壁反应发生为 0 对于一级反应, 单位为 m/day(si) 或者 ft/day (US), 对于零级反应, 为 mass/aq m/day (SI) 或者 mass/sq ft/day (US) 物质能够增长的最大浓度, 或者衰减的最低值 主流反应速率将正比于当前浓度与该值之差 参见第 3.4 部分对水体反应的详细讨论 如果不可用, 设置为空 将管壁反应系数与管道粗糙系数相对应的因子 详细信息参见第 3.4 部分对管壁反应的讨论 如果不可用, 设置为空 时间选项时间选项设置延时模拟中的各个时间步数值, 列表如下 ( 时间可以输入为小数或者小时 : 分钟形式 ): 选项描述总历时模拟的时间总长度, 以小时计 执行单时段 ( 点 ) 水力分析, 采用 0 水力时间步长系统水力计算的时间间隔 缺省值为 1 小时 水质时间步长水质成分演算的时间间隔 缺省值为 5 分钟 (0:05 小时 ) 模式时间步长所有时间模式中使用的时间间隔 缺省值为 1 小时 模式起始时间模拟开始 ( 例如, 数值 2 意味着模拟从时间模式的第二小时开始 ) 进入所有时间模式的小时 缺省为 0 报告时间步长报告计算结果的时间间隔 缺省为 1 小时 报告起始时间开始报告进入模拟计算结果的时间 缺省为 0 钟表起始时间模拟的开始时间 ( 例如 7:30 am, 10:00 pm) 缺省为 12:00 am( 半夜 ) 统计总结延时模拟结果的统计过程类型 选项为 : 无 ( 每一报告时间步长中报告结果 ) 平均 ( 报告时间平均结果 ) 最小 ( 报告最小数值结果 ) 最大 ( 报告最大数值结果 ) 范围 ( 报告最大和最小结果之间的差异 ) 统计报告起始时间和总历时之间获得的过程, 用于所有节点和管段的计算结果 注意 : 为了执行单时段水力分析 ( 也称作点分析 ), 总历时输入 0 该情况中所有其它时间选项的输入( 具有例外钟表起始时间 ) 将不被使用 水质分析总是需要非零的总历时 能量选项当给定的水泵没有指定能量参数时, 能量分析选项提供了计算水泵能量和成本的缺省数值, 它们包含如下 : 选项水泵效率 (%) 能量价格 /kwh 价格模式需电量 描述缺省水泵效率单位千瓦时的能量价格 货币单位没有明确指定 用于表示能量价格变化的时间模式 ID 标签 不可用则为空白 单位最大千瓦的额外能量费用 64

71 8.2 执行模拟分析 为了执行水力 / 水质分析 : 1. 选择工程 >> 执行分析, 或者在标准工具条上单击 2. 分析过程将显示在运行状态窗口 3. 分析结束后, 点击确定 如果分析执行成功, 图标 将显示在 EPANETH 工作空间底部状态条的运行状况部分 状态报告窗口将显示任何错误或者警告信息 如果成功执行之后编辑管网的属性, 水龙头图标中的水流断开, 说明当前计算结果不再适用于更改后的管网 8.3 疑难解答 执行水力 / 水质分析中遇到问题时,EPANETH 将公布特定的错误和警告消息 ( 信息完全列表参见附录 B) 最常见问题讨论如下 水泵难以提升流量或者扬程当水泵在其特性曲线范围之外运行时,EPANETH 将公布警告消息 与它的虚总扬程相比, 如果水泵需要输送更高的扬程,EPANETH 将关闭水泵 这可能导致部分管网从一些水源断开 管网是断开的如果没有向所有需水节点供水,EPANETH 将认为管网是断开的 如果在具有需水量的连接节点之间没有管线路径, 水库 水池或者连接节点具有负的需水量时可能发生 如果问题通过封闭管段造成,EPANETH 将仍旧进行水力计算 ( 可能具有极大的负压 ), 试图在它的状态报告中确定问题管段 如果没有管段存在, 当进行分析时,EPANETH 将不能够求解水力方程组, 返回到错误 110 消息 在延时模拟情况下, 如果管段随时间改变了状态, 可能产生节点的断开 存在负压当在连接节点遇到负压, 但具有需水量时,EPANETH 将公布警告消息 这常常说明管网的设计或者运行方式具有一些问题 当部分管网仅通过已经被关闭的管段供水, 可能发生负压 在这些情况中, 关于管网不连接的额外警告消息也将公布 系统不平衡在一些时段或在允许的最大试算次数范围内, 当 EPANETH 不能够收敛到水力计算结果, 系统不平衡条件发生 当阀门 水泵或者管线开始转换它们的状态, 从一次尝试到另一次, 随着水力结果搜索的进行, 该状况能够发生 例如, 压力限值控制了水泵的状态, 可能设置得太靠近 ; 或者水泵扬程曲线可能太平缓, 造成持续的关闭和开启 为了消除不平衡条件, 试图增加允许的最大试算次数, 或者放松收敛精度需求 在项目水力选项中, 设置这些参数 如果不平衡条件仍然出现, 那么另一个水力选项, 标签为 65

72 如果不平衡 提供了两种方式来处理 一种是一旦遇到这种状况, 终止整个分析 另一个是对于另外的 10 次试算, 继续搜索水力计算结果, 所有管段状态冻结到它们的当前数值 如果收敛达到, 那么关于系统可能不稳定的警告消息被公布 如果收敛没有达到, 那么 系统不平衡 警告消息被公布 在这两种情况中, 分析将继续到下一时间段 如果在给定时段内的分析具有系统不平衡, 那么用户应意识到该时段产生的水力结果是不准确的 取决于环境, 例如流进或者流出蓄水池的误差, 可能在所有将来的时段影响到结果精度 难以求解水力方程组如果方程组模拟流量和能量平衡, 在管网中不能够求解, 错误 110 被公布 当部分系统需要水, 但是没有物理管段连接到任何水源, 这可能发生 在这样情况中,EPANETH 也将公布关于节点不连接的警告消息 如果不现实的数字用于特定管网属性, 方程组也可能无解 66

73 第 9 章显示结果 本章描述分析结果和基本管网输入数据的不同显示方式, 包括地图视图 图形 表格和特殊报表 9.1 地图中显示结果 具有几种方式直接将数据库的数值和模拟结果, 显示在管网地图中 : 对于地图浏览器的当前设置 ( 参见第 4.6 部分 ), 根据地图图例中设置的颜色, 地图中的节点和管段将具有颜色显示 ( 参见第 7.6 部分 ) 当在浏览器中选择了新的时段, 地图的颜色设置也将更新 当选择了交叉地图标签的程序偏好 ( 参见第 4.9 部分 ), 在任何节点或者管段上移动鼠标将显示它的 ID 标签, 对于在提示方式框中的节点或者管段, 显示当前参数的数值 通过在地图选项对话框的标注页中选择适当的选项, 靠近所有节点和 / 或管段 ( 参见第 7.8 部分 ), 能够显示 ID 标签和参数值 满足特定准则的节点或者管段, 可以通过提交地图询问来辨别 ( 见以下 ) 通过时间向前或者向后, 利用地图浏览器中的动画按钮, 可以动画显示管网地图的结果 动画仅用于节点或者管段显示参数是一个计算数值时 ( 例如管段流量能够被动画, 但是直径不能 ) 地图能够被打印 复制到 Windows 剪贴板, 并可保存为 DXF 文件或者 Windows 元文件 提交地图查询地图查询标示了管网地图中满足特定准则的节点或者管段 ( 例如压力低于 20 psi 的节点, 流速高于 2 ft/sec 的管段, 等等 ), 示例参见图 9.1 为了提交地图查询 : 图 9.1 地图查询的结果 67

74 1. 为了查询地图, 从地图浏览器中选择一个时段 2. 选择视图 >> 查询, 或者在地图工具条中点击 3. 在查询对话框中填入以下信息 : 选择搜索节点还是管段 选择需要比较的参数 选择高于, 低于, 或者等于 输入一个比较数值 4. 点击提交按钮 满足准则的对象将在地图中高亮显示 5. 当在浏览器中选择新的时段, 查询结果将自动更新 6. 利用对话框可以提交另一个查询, 或者点击右上角的按钮将其关闭 在查询框关闭之后, 地图将返回到它的原始显示 9.2 图形结果显示 能够利用几种不同类型的图形来显示分析结果和一些设计参数 图形可以被打印, 复制到 Windows 剪贴板, 保存为一个数据文件或者 Windows 元文件 以下类型的图形可用于显示选择的参数值 ( 各种图形显示示例参见图 9.2): 图形类型 描述 适用条件 时间序列图剖面线图等值线图频率图系统流量图 数值 时间图数值 距离图地图区域内数值落在特定间隔之内等于或者低于该数值的部分对象图总系统产水和耗水随时间的变化 各时段下的特定节点或者管段特定时刻的节点特定时刻的所有节点特定时刻的所有节点或者管段所有节点在所有时段的需水量 注意 : 仅当一个节点或者管段以时间序列图绘制时, 图形也将显示驻留在已经注册到该工程任何测试数据 的校验文件中 ( 参见第 5.3 部分 ) 为了创建图形 : 1. 选择报告 >> 图形, 或者在标准工具条中点击 2. 在图形选择对话框中设置选项 3. 点击确定, 创建图形 图形选择对话框, 如图 9.3 所示, 用于选择一类图形及其显示的内容 可用在对话框中的选项包括 : 事项图形类型参数时段对象类型绘制项 描述选择一种图形类型选择图形参数选择图形时段 ( 不用于时间序列图 ) 选择节点或者管段 ( 仅仅节点可绘制为剖面线图和等值线图 ) 选择需要再图形中绘制哪些节点或管段参数 ( 仅用于时间序列图和剖面线图 ) 68

75 图 9.2 不同类型图形的例子 69

76 图 9.3 图形选择对话框 时间序列图和剖面线图需要选择一个或者多个对象 为了从图形选择对话框中选择事项 : 1. 从管网地图或者数据浏览器中选择对象 ( 节点或者管段 ) ( 该过程中图形选择对话框保持可视 ) 2. 为了添加被选择事项 ( 节点或管段 ) 到列表, 在地图选择对话框中点击添加按钮 在第 2 步, 从数据浏览器也可以拖动对象标签到框图的标题条, 或者到图形列表框中 图形选择对话框中的其它按钮使用如下 : 按钮调用 ( 仅用于剖面线图 ) 保存 ( 仅用于剖面线图 ) 删除上移下移 目的调用原来保存的节点列表将当前节点列表保存到文件从列表中删除选择的事项将选择的事项在列表中上移一个位置将选择的事项在列表中下移一个位置 为了定制图形的外观 : 1. 使图形处于活动窗口 ( 点击它的标题条 ) 2. 选择报告 >> 选项, 或者在标准工具条中点击, 或者在图形上点击右键 3. 对于时间序列图 剖面线图 频率图或者系统流量图, 利用图形选项对话框 ( 图 9.4) 来定制图形外观 4. 对于等值线图, 利用等值线选项对话框定制图形 注意 : 时间序列图 剖面线图 或者频率图, 可以通过按住 Ctrl 键进行缩放 绘制缩放矩形时应按住鼠标左键 从左向右绘制为放大, 从右向左绘制为缩小 通过按住 Ctrl 70

77 键和鼠标右键, 在图形上移动鼠标, 也可以向任意方向移动图形 图形选项对话框 ( 图 9.4) 用于定制 X-Y 图形的外观 为了利用对话框 : 1. 五个标签页分别为 : 一般选项 水平轴 竖向轴 图例 系列 2. 对于所有新的图形, 如果希望利用当前的设置作为缺省设置, 检查缺省框 3. 选择确定, 接受所作选择 图形选项对话框中每一页具体事项如下 一般选项页 选项面板颜色背景颜色 3D 视图 3D 效果百分比主标题字体 描述绘图周围的面板颜色绘图区域的颜色如果图形以 3D 绘制, 检查绘制 3D 效果的程度图形主标题的文本用于改变主标题的字体 图 9.4 图形选项对话框 71

78 水平轴和竖向轴页 选项最小值最大值增量自动比例网格线轴标题字体 描述设置轴上最小值 ( 缺省为圆括号中所示的最小数据值 ) 可为空白 设置轴上最大值 ( 缺省为圆括号中所示的最大数据值 ) 可为空白 设置轴标签之间的增量 可为空白 如果检查, 那么忽略最小值 最大值和增量设置 如果检查, 绘制网格线 轴标题文本 点击, 改变轴标题的字体 图例页 选项位置颜色符号宽度边框可见性 描述选择放置图例的位置 选择用于图例背景的颜色 选择用于绘制图例符号部分的宽度 检查, 图例将设置边框 检查, 使图例可见 系列页图形选项对话框中的系列页 ( 图 9.4) 控制数据序列 ( 或者曲线 ) 在图形中的显示 为了使用该页 : 从系列组合框中选择数据系列 编辑图例中标识该系列的标题 为了修改图例的字体, 点击字体按钮 ( 其它图例属性在对话框的图例页选择 ) 选择希望修改的数据系列属性 选择为 : 直线 标志 模式 标签 ( 并非所有属性可用于各种类型的图形 ) 修改数据系列属性, 包括以下事项 : 类型 选项 描述 直线 样式 选择直线样式 颜色 选择直线颜色 尺寸 选择直线宽度 ( 仅用于实线样式 ) 可见 确定直线是否可见 标志 样式颜色尺寸 选择标志样式 选择标志颜色 选择标志尺寸 72

79 可见 确定标志是否可见 模式 样式颜色分层 选择模式样式 选择模式颜色 EPANETH 不使用该选项 标签 样式颜色透明显示箭头可见性 选择显示在标签中的信息类型 选择标签背景的颜色 确定图形是否透过标签显示确定箭头是否显示在饼状图中 确定标签是否可见 等值线选项对话框 ( 图 9.5) 用于定制等值线图形的外观 每一选项的描述如下 : 图 9.5 等值线图形选项对话框 分类 选项 描述 图例 显示图例 转换图例显示与否 修改图例 改变颜色和等值线的间隔 管网背景 前景背景线尺寸 显示在图形上的管网图像颜色用于等值线图形的背景颜色用于显示管网的直线宽度 样式 填充等值线线性等值性 利用颜色填充区域绘制等值线利用带颜色直线绘制等值线 等值线 宽度每水平上的直线数 用于等值线间隔的直线宽度单位主要等值线水平, 子等值线的数量 缺省 保存等值线图形选项作为缺省设置 73

80 9.3 表格结果显示 EPANETH 允许以表格形式显示所选工程数据和分析结果 : 管网表 : 可列出指定时段所有节点或者管段的属性和结果 时间序列表 : 可列出所有时段特定节点或者管段的属性和结果 表格可以打印 复制到 Windows 剪贴板, 或者保存到文件 一个示例表格见图 9.6 为了创建表格 : 1. 选择报告 >> 表格或者在标准工具条中点击 2. 利用显示的表格选项对话框选择 : 表格类型 表格中显示的参数列 数据过滤器 图 9.6 管网节点表格示例 表格选项对话框具有三个标签页, 见图 9.7 当一个表格首次被创建时, 所有三页均可以使用 在表格创建之后, 仅仅显示列和过滤器 在每一页中的可用选项如下 : 表 9.7 表格选择对话框 74

81 类型页表格选项对话框的类型页, 用于选择需要创建的表格类型 选项为 : 指定时段的所有管网节点 ; 指定时段的所有管网管段 ; 所有时段的特定节点 ; 所有时段的特定管段 列页表格选项对话框的列页 ( 图 9.8) 选择显示在表格列中的参数 若希望将参数包含在表格中, 检查靠近每一参数名字的检查框 ; 如果参数项已被选择, 框中点击即可取消 ( 键盘中的箭头键 Up( ) 和 Down( ), 可用于在参数名称之间移动, 空格键用于选择 / 取消选择 ) 为了利用特定参数值, 对管网类型表格内的数值排序, 可在对话框的底部检查排序通过框 ( 作为表格中的列, 不必选择筛选参数 ) 时间序列表格不能被筛选 图 9.8 表格选项对话框中的列页 过滤器页表格选项对话框的过滤器页 ( 图 9.9) 用于定义显示在表格中选择项的状态 为使用过滤表格的内容 : 利用页顶部的控制项创建一种条件 ( 例如压力低于 20) 点击添加按钮, 在列表中添加条件 利用删除按钮, 从列表中删除选择的条件 用于过滤表格的多重条件通过 AND 连接 如果表格已经被过滤, 一个重新可变尺寸面板将显示在底部, 说明多少事项满足了过滤器的状态 一旦表格被创建, 就可以添加 / 删除列, 进行数据筛选或过滤 : 选择报告 >> 选项或者在标准工具条中点击, 或者在表格中点击右键 利用表格选择对话框中的列和过滤器页, 修改表格 75

82 图 9.9 表格选项对话框中的过滤器页 9.4 显示特殊报表 EPANETH 可以产生一些处理图形和表格的特殊报表 这些包括 : 状态报表 能量报表 校验报表 反应报表 完整报表 所有这些报表能够被打印 复制到文件, 或者复制到 Windows 剪贴板 ( 完整报表仅可以保存到文件 ) 图 9.10 状态报表的一部分 76

83 状态报表分析过程中,EPANETH 向状态报表写入产生的所有错误和警告消息 ( 见图 9.10) 如果在工程水力选项中的状态报告选项被设置为是或者所有, 管网对象变化状态的额外信息也写在该报表中 为了查看最新分析运行后的状态报表, 从主菜单中选择报告 >> 状态 能量报表为了显示关于每一台水泵消耗的能量, 以及在模拟历时中能量成本的统计,EPANETH 能够产生一个能量报表 ( 见图 9.11) 在主菜单中选择报告 >> 能量, 产生一个能量报表 报表具有两个标签页 一个以表格方式显示水泵耗用能量情况 第二个利用柱状图比较水泵之间的耗能情况 图 9.11 能量报表示例 校验报表校验报表可以看出 EPANETH 模拟结果与被模拟系统测试结果的匹配程度 为了创建校验报表 : 1. 首先确保校验数据已经在工程中注册 ( 见第 5.3 部分 ) 2. 从主菜单中选择报告 >> 校验 3. 在显示的校验报表选项对话框中 ( 见图 9.12): 选择需要校验的参数 选择用在报表中的测试点 4. 点击确定, 创建报表 图 9.12 校验报表选项对话框 77

84 在创建报表之后, 校验报表选项对话框能够重新出现, 当报表是 EPANETH 工作空间的当 前活动窗口时通过报告 >> 选项, 或者通过在标准工具条中点击, 以设置报表选项 一个校验报表样本见图 9.13 它包含了三个标签页 : 统计 数据相关性分析图形和均值比较 图 9.13 校验报表示例 统计页校验报表的统计页列出了在每一测试位置的模拟和观察数据之间, 以及对于管网作为整体的各种错误统计 如果一个位置的测试值在一个时间提取, 在模拟报表时间间隔之间, 那么当时的模拟数值可以通过在间隔终端之间模拟数值的内插来查找 每一测试位置列出的统计量为 : 观察值数量 ; 观察值的平均数 ; 模拟值的平均数 ; 每一观察值和模拟值之间的平均绝对误差 ; 平方根误差 ( 观察与模拟数值误差平方和均值的平方根 ) 也列出管网作为整体时的均值相关性 ( 在每一位置的平均观察数值和平均模拟数值之间的相关系数 ) 数据相关性分析图页校验报表的数据相关性分析图页, 显示每一位置每一次测试值和模拟值的离散图 图形中每一位置赋以不同的颜色 点离图形中的 45 度线越近, 观察值和模拟值的匹配性越好 均值比较页校验报表的均值比较页提供了一个柱状图, 比较了每一位置每一校验参数的观察平均值和模拟平均值的比较 78

85 反应报表当模拟水质成分的反应变化时使用反应报表, 图形化描述了发生在整个管网以下位置的平均反应速率 : 主流水体 ; 管壁处 ; 蓄水池内 饼状图说明总体反应速率在每一位置发生的百分比 图例说明了平均速率, 以质量单位每小时计 图形的标注说明反应剂进入系统的速率 反应报表中的信息能够一眼说明, 什么样的机制导致了物质在管网中的增长或者衰减 例如, 如果观察到多数氯衰减, 发生在蓄水池中而不是在管壁, 那么可能推断管道清洗和替换的纠正策略将对改善余氯影响较小 为了修改饼状图的外观, 图形选项对话框能够被激发, 通过选择报告 >> 选项或者通过在 标准工具条中点击, 或者通过在图形的任何位置点击右键 完整报表 当显示在状态条的运行状态部分时, 通过从报告菜单中选择全部, 对于所有节点 管段和时段计算结果的报表可能存储进文件 该报表可以在 EPANETH 之外, 利用任何文本编辑器或者文本处理器显示或者打印, 其中包括以下信息 : 项目标题和注脚 ; 列出了每一管段的两端节点 长度和直径的表格 ; 列出了每一水泵耗能统计表格 ; 每一时段, 列出了每一节点 ( 需水量 水头 压力和水质 ) 和每一管段 ( 流量 流速 水头损失和状态 ) 计算数值的表格 对于小型到中型管网 ( 对大型管网在许多时段, 完整报表文件可能要消耗大量的字节和磁盘空间 ), 该特征主要用于记录管网分析的最终结果 在本章描述的其它报告工具可在更具有选择性的基础上显示计算结果 79

86 第 10 章打印和复制 本章描述怎样将 EPANETH 工作空间中当前活动窗口的内容打印 复制到 Windows 剪贴板或者文件, 其中包括管网地图 图形 表格 报表或者在浏览器中选择的对象属性 10.1 选择打印机 为了从安装的 Windows 打印机中选择打印机并设置其属性 : 1. 从主菜单中选择文件 >> 页面设置 2. 在显示的页面设置对话框中点击打印机按钮 ( 见图 10.1) 3. 从显示的下一个对话框的组合框中, 选择一台打印机 4. 点击属性按钮, 选择打印机的属性 ( 这随打印机而异 ) 5. 在每一对话框中点击确定, 接受所作选择 图 10.1 页面设置对话框 10.2 设置页面格式 为了格式化打印页面 : 1. 在主菜单中选择文件 >> 页面设置 2. 利用显示的页面设置对话框边界页 ( 图 10.1): 选择一台打印机 选择纸张方向 ( 横向或者纵向 ) 设置左 右 上 下边界 80

87 3. 利用对话框的标题 / 注脚页 : 将显示在每一页的标题文本 ; 说明是否打印标题 ; 提供显示在每一页的注脚文本 ; 表明是否打印注脚 ; 设置页码放置位置 4. 点击确定, 接受所作选择 10.3 打印预览 从主菜单中选择文件 >> 打印预览, 将显示预览窗口, 说明每一页显示的打印对象 10.4 打印当前视窗 为了打印 EPANETH 工作空间中当前显示的视窗, 从主菜单中选择文件 >> 打印, 或者在 标准工具条中点击 以下视图可以被打印 : 数据浏览器 ( 当前被选对象的属性 ); 管网地图 ( 在当前缩放水平 ); 图形 ( 时间序列图 剖面线图 等值线图 频率图和系统流量图 ); 表格 ( 管网和时间序列表 ); 状态 能量 校验和反应报表 10.5 复制到剪贴板或者文件 EPANETH 能够将当前视窗中的文本和图形复制到 Windows 剪贴板和文件 视窗复制包括管网地图 图形 表格和报表 为了将当前视窗复制到剪贴板和文件 : 1. 从主菜单中选择编辑 >> 复制到, 或者点击 2. 从显示的复制对话框中选择选项 ( 见图 10.2), 点击确定按钮 3. 如果选择复制到文件, 在另存为对话框显示时, 输入文件的名称, 并点击保存 为了定义希望数据复制的位置, 按以下使用复制对话框 : 1. 对于要复制的材料 ( 剪贴板或者文件 ), 选择目标 2. 选择复制的格式 : 位图 ( 仅针对图形 ) 图元文件 ( 仅针对图形 ) 数据 ( 文本 选择的部分表格, 或者用于构建图形的数据 ) 3. 点击确定按钮, 接受选择 ; 或者点击取消按钮, 取消复制请求 81

88 图 10.2 复制对话框 82

89 第 11 章导入和导出 本章引入了工程方案的概念, 描述了 EPANETH 导入和导出数据, 例如管网地图和整个工程数据库 11.1 工程方案 当进行管网分析时, 工程方案包含了刻画当前状况的数据子集 一个方案能够包含以下一个或者多个数据类型 : 所有节点的需水量 ( 对于所有类型的需水量, 或基线需水量加上时间模式 ); 所有节点的初始水质 ; 所有管道的直径 ; 所有管道的粗糙系数 ; 所有管道的反应系数 ( 主流水体和管壁 ); 简单和基于规则控制 EPANETH 能够编辑方案, 根据以上列出的一些或者所有数据类型, 将方案保存到文件, 以便以后可以阅读模式返回 设计和运行可选方案能够提供系统有效的分析 它们可用于检验不同负荷条件的影响, 寻找优化的参数估计, 以及评价运行策略的变化 方案文件被保存为 ASCII 文件, 可以在 EPANETH 之外利用文本编辑器和电子表格程序创建或者修改 11.2 导出方案 为了将工程方案导出到文本文件 : 1. 从主菜单中选择文件 >> 导出 >> 方案 2. 在显示的导出数据对话框中 ( 见图 11.1), 选择希望保存的数据类型 3. 输入模型的选择性描述, 保存在备注域中 4. 选择确定按钮, 接受选择 5. 如果随后显示保存对话框, 选择方案文件的文件夹和名称 方案文件缺省扩展名为.SCN 6. 点击保存按钮, 完成导出 如下一部分描述的那样, 导出方案能够在以后导入到工程 11.3 导入方案 为了从文件导入工程方案 : 1. 从主菜单选择文件 >> 导入 >> 方案 83

90 2. 利用显示的打开文件对话框, 选择需要导入的方案文件 为了定位期望的文件, 当它们被选择时, 对话框的内容面板将显示文件的前几行 3. 点击打开按钮, 接受选择 包含在方案文件中的数据, 将替换当前工程中任何已存在相同类型的数据 图 11.1 导出数据对话框 11.4 导入部分管网 EPANETH 能够以文本格式导入管网的几何描述 该描述简单地包含了节点 ID 标签和地图坐标, 管段 ID 标签及其两端节点 这简化了利用其它程序数字化管网几何尺寸的过程, 例如 CAD 和 GIS 软件包, 便于将这些数据转换到 EPANETH 部分管网文本文件的格式如下, 其中尖括号 (<>) 之间的文本描述了文件中显示的信息类型 : [TITLE] < 文件的选择性描述 > [JUNCTION] < 每一节点的 ID 标签 > [PIPES] < 每一管道的 ID 标签, 其后是其每一端点 ID 标签 > [COORDINATES] < 连接节点 ID 及其 X Y 坐标 > [VERTICES] < 管道 ID 及其中间顶点的 X Y 坐标 > 注意, 仅仅表示了连接节点和管段 其它管网元素, 例如水库和水泵, 可导入为连接节 84

91 点或者管道, 随后被转换或者简单加入 用户负责转换任何从 CAD 或者 GIS 软件包产生的数据, 成为具有以上格式的文本文件 除了该部分表达, 管网的完整性能可以放在一个文件内, 格式描述见附录 C 在这种情况中, 文件也包含了节点和管段的属性信息, 例如标高 需水量 直径 粗糙系数等 11.5 导入管网地图 为了导入存储在文本文件中的管网地图坐标 : 1. 从主菜单中选择文件 >> 导入 >> 地图 2. 在显示的打开文件对话框中, 选择包含地图信息的文件 3. 点击打开按钮, 将利用文件中描述的情况代替当前管网地图 11.6 导出管网地图 利用 Autodesk 的 DXF( 图形转换格式 ) 格式 the Windows 增强图元文件 (EMF) 格式, 或者 EPANETH 拥有的 ASCII 文本 ( 地图 ) 格式, 可将管网地图的当前视图能够保存到文件 DXF 格式是许多计算机辅助设计 (CAD) 程序可读的 为了重设比例和编辑, 元文件能够插入到文字处理文档, 以及调入到绘图程序 这两种格式是基于矢量的, 当它们在不同尺寸下显示时, 不会丢失分辨率 为了以全尺寸导出管网地图到 DXF 图元文件或者文本文件 : 1. 从主菜单中选择文件 >> 导出 >> 地图 2. 在显示的地图导出对话框中 ( 见图 11.2), 选择期望地图保存的格式 3. 如果选择了 DXF 格式, 需要选择连接节点怎样在 DXF 文件中表示 它们能够绘制为空心圆, 实心圆, 或者实心方形 为了绘制一个实心圆形, 并非所有 DXF 阅读器能够识别 DXF 文件中的命令 4. 在选择格式之后, 点击确定, 在显示的另存为对话框中输入文件名称 图 11.2 地图导出对话框 85