1.6 城市给水管网的规划
给水管网的作用是将水从净水厂或取水构筑物输送到用户。它是给水系统的重要组成部分并与其他构筑物(如泵站、水池或水塔等)有着密切的联系。城市给水管网是由大大小小的给水管道组成的，遍布整个城市的地下。根据给水管网在整个给水系统中的作用，可将它分为输水管和配水管网两部分。
1.6.1 给水管网布置的原则
给水管网布置应遵循以下原则。
(1)应符合城市总体规划的要求，并考虑供水的分期发展，留有充分的余地。
(2)管网应布置在整个给水区域内，在技术上要使用户有足够的水量和水压。
(3)无论在正常工作或在局部管网发生故障时，应保证不中断供水。
(4)在经济上要使给水管道修建费最少，定线时应选用短捷的线路并要使施工方便。
给水管网一般由输水管(由水源到水厂及由水厂到配水管的管道，一般不装接用户水管)和配水管(把水送至各用户的管道)组成。输水管不宜少于两条。配水管网又分为干管和支管，前者主要向市区输水，而后者主要将水分配到用户。
1.6.2 输水管渠的布置
从水源到水厂或从水厂到配水管网的管线，因沿线一般不接用户管，主要起转输水量的作用，所以叫做输水管。有时，从配水管网接到个别大用水户去的管线，因沿线一般也不接用水管，所以，此管线也叫做输水管。
对输水管线选择与布置的要求如下。
(1)应能保证供水不间断，尽量做到线路最短，土石方工程量最小，工程造价低，施工维护方便，少占或不占农田。
(2)管线走向，有条件时最好沿现有道路或规划道路敷设。
(3)输水管应尽量避免穿越河谷、重要铁路、沼泽、工程地质不良的地段，以及洪水淹没的地区。
(4)选择线路时，应充分利用地形，优先考虑重力流输水或部分重力流输水。
(5)输水管线的条数(即单线或双线)，应根据给水系统的重要性、输水量大小、分期建设的安排等因素，全面考虑确定。当允许间断供水或水源不只一个时，一般可以设一条输水管线;当不允许间断供水时，一般应设两条，或者设一条输水管，同时修建有相当容量的安全贮水池，以备输水管线发生故障时供水。
给水系统中，输水管的费用占很大比例，尤其是长距离输送大量水时，为此，输水管的根数、输水方式和构筑物形式对输水管的费用影响很大，选择时应慎重考虑并有充分的技术经济依据。
输水管的基本任务是保证不间断输水，多数用户特别是重要的工业企业不允许断水，甚至不允许减少水量。因此，平行敷设的输水管应不少于两根，或敷设一根输水管同时建造相当容量的蓄水池，以备输水管发生故障时不致中断供水。当输水量小、输水距离长、地形复杂、交通不便时，应首先考虑单管输水另加水池的方案。只有在允许中断供水的情况下，才可敷设一根输水管。
若采用两根输水管时，尽可能用相同的管径和管材，以便施工和维修，并在适当位置设置连接管，将输水管分成多段。当管线损坏时，只需关闭损坏的一段而不是将整根输水管线关闭，从而可使供水量不致降低得过多。输水管分段数可根据事故流量计算确定。
输水方式可归纳成水泵加压输水和重力输水两类。输水方式的选择，往往受到当地自然条件，特别是天然水源条件的制约。图1－24为重力管和压力管相结合输水。
1.6.3 配水管网的布置形式
给水管网的布置形式，根据城市规划、用户分布及对用水要求等，可分为树枝状管网和环状管网。也可根据不同情况混合布置。
图1－24 重力管和压力管相结合输水
1、3—泵站;2、4—高位水池
1．树枝状管网
干管与支管的布置有如树干与树枝的关系。其主要优点是管材省、投资少、构造简单;缺点是供水可靠性较差，一处损坏则下游各段全部断水，同时各支管末端易造成“死水”，会恶化水质。
这种管网布置形式适用于地形狭长、用水量不大、用户分散的地区，或在建设初期先用树枝状管网，再按发展规划形成环状。
一般情况下，居住区详细规划是不单独选择水源的，而是由邻近道路下面的城市给水管道供水，街坊只考虑其最经济的入口。街坊内部的管网布置，通常根据建筑群的布置组成树枝状，如图1－25所示。
图1－25 树枝状管网布置
(a)小城镇树枝状管网;(b)街坊树枝状管网
2．环状管网
环状管网指供水干管间都用联络管互相连通起来，形成许多闭合的环，如图2－26(a)所示。这样，每条管都可以由两个方向来水，因此供水安全可靠。一般在大中城市给水系统或供水要求较高、不能停水的管网均应用环状管网。环状管网还可降低管网中的水头损失，节省动力，管径可稍小。另外，环状管网还能减轻管内水锤的威胁，有利管网的安全。总之，环状的管线较长，投资较大，但供水安全可靠。
图1－26(b)所示为街坊规划中的环状管网。在实际工作中为了发挥给水管网的输配能力，达到既工作安全可靠，又经济适用，常采用树枝状与环状相结合的管网。如在主要供水区采用环状，在边远区或要求不高而距离水源又较远的地点，可采用树枝状管网，这样比较经济合理。
图1－26 环状管网布置
(a)城市环状管网;(b)街坊环状配水管网
1—水厂;2—水塔
1.6.4 配水管网的布置要求
在给水管网中，由于各管线所起的作用不同，其管径也不相等。城市给水管网按管线作用的不同可分为干管、配水管和接户管等。
干管的主要作用是输水至城市各用水地区，直径一般在100mm以上，在大城市为200mm以上。城市给水管网的布置和计算，通常只限于干管。
配水管是把干管输送来的水量送到接户管和消火栓的管道，它敷设在每条道路下。配水管的管径由消防流量来决定，一般不予计算。为了满足安装消火栓所要求的管径，不致在消防时水压下降过大。通常配水管管径不小于100mm，中等城市为100～150mm，大城市采用150～200mm。
接户管又称进水管，是连接配水管与用户的管。
干管的布置通常按下列原则进行。
(1)干管布置的主要方向应按供水主要流向延伸，而供水流向取决于最大用水户或水塔等调节构筑物的位置。
(2)通常为了保证供水可靠，按照主要流向布置几条平行的干管，其间用连通管连接，这些管线以最短的距离到达用水量大的主要用户。干管间距视供水区的大小和供水情况而不同，一般为500～800m。
(3)一般按规划道路布置，尽量避免在重要道路下敷设。管线在道路下的平面位置和高程，应符合管网综合设计的要求。
(4)应尽可能布置在高地，以保证用户附近配水管中有足够的压力。
(5)干管的布置应考虑发展和分期建设的要求，留有余地。
按以上原则，干管通常由一系列临街的环网组成，并且较均匀地分布在城市整个供水区域。
1.6.5 给水管网水力计算
新建和扩建城市给水管网的水力计算是按最高时用水量计算，求出所有管段的管径、水头损失、水泵扬程和水塔高度(当设置水塔时)，并在此管径基础上，按其他用水情况，如消防时、事故时、对置水塔系统在最高转输时，对各管段的流量和水头损失进行校核。
1．水力计算步骤
水力计算步骤如下。
(1)在平面图上进行干管布置，即定线。
(2)按照输水路线最短的原则，定出各管段的水流方向。
(3)定出干管的总计算长度(或供水总面积)及各管段的计算长度(或供水面积)。
(4)求沿线流量和节点流量。
(5)对整个管网进行流量分配，根据节点流量平衡及供水的安全可靠性和经济合理性的要求，求管段计算流量。
(6)根据经济流速，确定各管段的管径和水头损失(压降)。
(7)若环状管网初步流量分配不当，为消除闭合差，须进行管网平差计算，将原有流量分配逐一修正。
(8)根据各管段的水头损失和各点地形标高，确定水塔高度和水泵扬程。
(9)考虑其他用水情况，对给水管网进行校核，如不能满足要求，可以对水泵的选择和管段的管径加以调整。
2．沿线流量和节点流量
1)用水量的分配
给水管网最高日最大时用水流量Qh是一个总流量，为进行给水管网的设计计算，必须将这一流量分配到系统中去，即要将该流量分配到管网中的每条管段和各个节点上去。分配原则如下。
(1)将用户分为两类:一类称为集中用水户，另一类称为分散用水户。所谓集中用水户是从管网中一个点取得用水，且用水流量较大的用户，其用水流量称为集中流量，如工业企业、事业单位、大型公共建筑等用水均可以作为集中流量;分散用水户则是从管段沿线取得用水且流量较小的用户，其用水流量称为沿线流量，如居民生活用水、浇路或绿化用水等。集中流量的取水点一般就是管网的节点，即集中流量的地方必须作为节点;沿线流量则是从管网的沿线供应。
(2)集中流量一般根据集中用水户在最高日的用水量及其时变化系数计算，应逐项计算，即
式中 qni————各集中用水户的集中流量，L/s;
Qdi————各集中用水户最高日用水量，m3/d;
Khi————时变化系数。
(3)城市用水情况比较复杂，管网沿线既有工厂、机关、旅馆等大量用水单位，也有用水点多但用水量较少的居民用水。因此在城市给水管网的干管和分配管上接出许多用户，沿管线配水。沿线流量是指供给这些管段两侧用户所需流量，图1－27所示为干管沿线配水情况。
沿线流量一般按管段配水长度分配计算，或按配水管段的供水面积分配计算，即
图1－27 干管沿线配水情况
或
式中 qmi————各管段沿线流量，L/s;
lmi————各管段沿线配水长度，m;
ql————按管段配水长度分配沿线流量的比流量，ql=
，L/(s·m2);
Ai————各管段供水面积，m2;
qA————按管段供水面积分配沿线流量的比流量，qA=
，L/(s·m2)。
按管段配水长度分配计算时，两侧无用水的管段，配水长度为零;单侧用水管段的配水长度取其实际长度的50%;部分管长配水的管段按实际比例确定配水长度;当管段两侧全部配水时管段的配水长度等于其实际长度。
按配水管段的供水面积分配计算时，应合理确定管段供水面积，见图1－28。当管段供水区域内用水密度较大时，其供水面积值可以适当调大;反之，当管段供水区域内用水密度较小时，其供水面积值可以适当调小。
图1－28 按供水面积法求比流量示意
(4)核算流量平衡，即
Qh=∑qni+∑qmi (L/s) (1－23)
如果有较大误差，则应检查计算过程中的错误。如果误差较小，可能是计算精度误差，可以直接调整某些集中流量和沿线流量项，使流量达到平衡。
2)节点设计流量计算
节点流量计算图如图1－29所示。
给水管网水力计算的主要任务是确定给水管网和输水管渠的管径和渠道规格，必须首先确定它们的设计流量，设计流量则要根据最高日用水量进行计算。为了便于分析计算，假设所有流量只允许从节点处流出或流入，管段沿线不允许有流量进出。
集中流量可以直接加到所处节点上。沿线流量可以按水力等效原则，将其转移到管段两端的节点上，即将沿线流量一分为二，分别加到两端节点上。供水泵站或水塔的供水流量也应从节点进入管网系统，其方向与用水流量方向不同，应作为负流量。节点设计流量是最高时用水集中流量、沿线流量(转移后)和供水设计流量之和。假定流出节点为正向，则用下式计算:
式中 Qj————节点j的设计流量，L/s;
qmj————位于节点j的最高时集中流量，L/s;
qsj————位于节点j的(泵站或水塔)供水设计流量，L/s;
qmi————管段l的最高时沿线流量，L/s;
Sj————节点j的关联集，即与节点j关联的所有管段编号的集合;
N————管网图的节点总数。
如图1－29所示管网，给水区的范围如虚线所示，比流量为qs，确定各节点的流量如下:
图1－29 节点流量计算
因管段8—9为单侧供水，求节点流量时，也可将管段配水长度按一半计算。
在计算节点设计流量后，因为供水设计流量等于用水设计流量，且两流量均只能从节点进出，故应验证流量平衡，即
3．管段计算流量
任一管段的流量计算实际上包括该管段两侧的沿线流量和通过该管段输送到以后管段的转输流量。为了初步确定管段计算流量，必须按最大时用水量进行分配，得出各管段流量后，才能据此流量确定管径和进行水力计算，所以流量分配在管网计算中是一个重要环节。
根据节点流量连续性方程进行管网的流量分配，确定各管段设计流量，分配到各管段的流量已经包括了沿线流量和转输流量。
1)树状管网管段流量分配计算
在节点设计流量全部确定后，树状管网管段设计流量可以利用节点流量连续性方程组解出，也可以采用逆树推法(又称摘树叶法)计算。从水源(二级泵站、高地水池等)供水到各节点只有一个流向，如果任一管段发生事故时，该管段以后的地区就会断水，因此任一管段的流量等于该管段以后(顺水流方向)所有节点流量的总和，例如图1－30中管段3—4的流量为
q3—4=q4+q5+q8+q9+ q10
管段4—8的流量为
q4—8=q8+q9+q10
图1－30 树状网流量分配
树状管网管段设计流量分配比较简单，各管段的流量易于确定，并且每一管段只有唯一的流量值。
2)环状管网管段流量分配计算
环状管网的管段流量分配比较复杂。因为一个节点上连接几条管段，节点流量包括该节点流量和流向以及流出该节点的管段流量，故各管段的流量与以后各节点流量没有直接的联系，且每一管段不可能得到唯一的流量值。分配流量时，必须保持每一节点的水流连续性，即流向任一节点的流量必须等于流出该节点的流量，以满足节点流量平衡的条件。假定流出节点的管段流量为正，流向节点的流量为负，可表示为
式中 qi————节点i的节点流量，L/s;
qij————从节点i到节点j的管段流量，L/s。
以图1－31的节点5为例，流出节点的流量为q5、q5—6、q5—8，流向节点的流量为q2—5、q4—5，因此根据上式得
图1－31 环状网流量分配
q5+q5—6+q5—8－q2—5－q4—5=0
同理，节点1为
－Q+q1+q1—2+q1—4=0
或
Q－q1=q1—2+q1—4
由上例可知，环状网可以有许多不同的流量分配方案，但在确定管段计算流量时，应同时考虑可靠性和经济性。
环状管网流量分配的步骤如下。
(1)水流应循最短的路径流向用户。
(2)几条主要的平行干管应尽可能均匀地分配流量，以便当其中一条主要干管发生事故时，仍能供应有关用户一定的流量。
(3)和干管垂直的连接管中可分配较少的流量。
多水源的管网，应由每一水源的供水量定出其大致供水范围，初步确定各水源的供水分界线。从各水源开始，循供水主流方向按每一节点符合节点流量平衡的条件以及安全和经济供水考虑，进行流量分配。位于分界线上各节点的流量，往往由几个水源同时供给。各水源供水范围内的全部节点流量加上分界线上由该水源供水的节点流量之和，应等于该水源的供水量。
4．管径和水头损失计算
1)水流阻力和水头损失
水头是指单位质量的液体所具有的机械能，一般用h或H表示，常用单位为mH2O，简写为m。水流中单位质量克服流动阻力所消耗的机械能称为水头损失。
实际流体存在黏性，在流动中，流体受固定边界的影响(包括摩擦与限制作用)，导致断面流速分布不均匀，相邻流层间产生切应力。流体克服流动阻力所消耗的机械能，称为水头损失。
当流体受固定边界限制做均匀流动时，流动阻力中只有沿程不变的切应力，称为沿程阻力。由沿程阻力引起的水头损失称为沿程水头损失。一般在渐变流中，沿程阻力占主要部分，它的大小随长度的增加而增加。
当流体的固定边界发生突然变化，引起流速分布或方向发生变化，从而集中发生在较短范围的阻力称为局部阻力。由局部阻力引起的水头损失称为局部水头损失。一般在急变流中，局部阻力占主要部分，例如管道上的三通、弯头、突然扩大或缩小以及阀门等地方，它的大小与长度无关。
在给水管网中，由于管道较长，沿程水头损失一般远大于局部水头损失，所以在计算时一般忽略局部水头损失。
2)管径计算
由水力学公式知，流量、流速和过水断面之间的关系是
式中 Q————流量，m3/s;
v————流速，m/s;
A————过水断面积，m2。又知，给水管网中管道的过水断面均为圆形，则
式中 D————管段的直径，即管径，m。
将式(1－28)代入式(1－27)得
由上式可知，管径不仅与通过的流量有关，而且还与设计流速有关。因此在管网计算中，设计流速的控制是一个先决条件。为了防止管网因水锤现象出现事故，最大设计流速不应超过2.5～3.0m/s;在输送浑浊的原水时，为了避免水中悬浮物质在水管内沉积，最低设计流速通常不得小于0.6m/s。可见，技术上允许的设计流速幅度是较大的。因此，需在上述流速范围内，根据当地的经济条件，考虑管网的造价和经营费用等，来选定合适的设计流速。
由式(1－29)可知，设计流量已定时，管径和设计流速的平方根成反比。设计流量相同时，如果设计流速取得小些，管径相应增大，此时管网造价增加，但管段中的水头损失却相应减小，因此水泵所需扬程可以降低，经常的输水电费可以节约。相反，如果设计流速取得大些，管径虽然减小，管网造价有所下降，但因水头损失增大，经常的电费势必增加。
经济流速是指在一定年限T年(称为投资偿还期)内管网造价和管理费用之和为最小的流速，以此来确定的管径称为经济管径。
经济流速和经济管径与当地的管材价格、管线施工费用、电价等有关，所以不能直接套用其他城市的数据。另一方面，管网中各管段的经济流速也不一样，需随管网布置情况、该管段在管网中的位置、该管段流量和管网总流量的比例等决定。用我国现行经济指标的平均情况计算，可得输水管的经济流速，如表1－19。
表1－19 输水管经济流速 m/s
由于实际管网的复杂性，加之情况在不断变化，例如用水量在不断增长，管网逐步扩展，许多经济指标如管材价格、电费等也随时变化，要计算管网造价和年管理费用相当复杂，且有一定的难度。在条件不具备时，设计中也可采用由各地统计资料计算出的平均经济流速来确定管径，得出的是近似经济管径，见表1－20。
表1－20 平均经济流速
在规划设计中，为了简化计算和符合管径标准化的要求，可根据优化计算所得管径，参照表1－21选用标准管径。有时也可根据人口数和用水定额，直接从表1－22中求得所需的管径。
表1－21 标准管径选用界限
表1－22 给水管道管径估算
注:1．流速控制为:当d≥400mm时，v≥1.0m/s;当d≤350mm时，v≤1.0m/s。
2．本表根据用水人口数及用水量标准查得管径;也可根据已知的管径、用水量标准查得该管可供使用的人数。
3)沿程水头损失计算
将沿程水头损失计算公式写成指数形式，有利于进行各种给水管网的理论分析，也便于计算机程序设计。沿程水头损失计算公式的指数形式为
或
或
式中 q————管段设计流量，m3/s;
d————管径，m;
a————比阻，即单位管长的摩擦系数，a=;
;
sf————摩擦系数，sf=al=
;
k、n、m————参数，见表1－23。
表1－23 沿程水头损失指数公式参数
巴甫洛夫斯基公式适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为管道的当量粗糙度(e)在0.5～4.0mm之间;海曾-威廉公式则适用于较光滑的管道，特别是当e≤0.25mm时，该公式较其他公式有较高的计算精度;舍维列夫公式在1.0mm≤e≤1.5mm范围时，能给出令人满意的结果，对通常条件下的旧金属管道，具有较好的实用效果，但对于管壁光滑或特别粗糙的管道是不适用的。
正确选用沿程水头损失计算公式，具有重要经济价值和工程意义。不同的计算公式所产生的计算结果具有较大的差别。如果公式选用不当，可能导致设计者选用不合理的管径和水泵扬程等，造成不应有的经济损失，甚至降低工程效益。
局部水头损失公式也可以写成指数形式:
式中 sm————局部阻力系数。
沿程水头损失与局部水头损失之和为
式中 sg————管道阻力系数，sg=sf+sm。
5．环状管网平差计算
不同于树状网，已知环状网的节点流量，利用节点流量平衡关系并不能直接求出每一管段的计算流量。环状网还需借助另一个水力学要素————水头损失作为约束条件，建立方程组求解。即
上式中以顺时针方向产生的水头损失为正，逆时针方向产生的水头损失为负，水头损失的代数和Σh称为该环的闭合差。这种消除水头损失闭合差所进行的流量调整计算，称为管网平差。
对于任何数目的环网，都存在着下列的一般关系:
管段数P=节点数m－1+环数n (1－36)
式中节点数m－1表示连续方程(ΣQ=0)数，环数n表示环方程(Σh=0，又称为能量方程)数。运用连续方程和能量方程求解管网各管段的未知流量，称为解管段方程法。
对于大中城市的给水管网、管段数多达百余条甚至数百条，这样的计算工作量往往很大，需用计算机程序才能快速求解这些方程。实际上在环网计算中常用一种简化的渐近试算法来求得各管段的设计流量，此法称为解环方程法，也是一般所称的管网平差法。
1)管网的平差计算
管网计算时，先假定各管段的流量分配，并使满足流量连续方程ΣQ=0，可是初步分配的流量不可能同时满足n环的能量方程Σh=0的条件，为此，管段流量必须校正，使之在环内Σh渐近于零或等于零。但管段中增减校正流量不应破坏流量的平衡条件。
用解环方程法进行管网平差计算的步骤如下。
(1)按最短路线输水的原则，对每一个管段先假定它的流向，并估计一个流量，但要求每一个节点的流量都要满足ΣQ=0这个平衡条件。
(2)根据第一步所给的流量定出每段管道的管径。
(3)由每条管道的管径、长度和流量，计算每段管长的水头损失h。
(4)按水流方向定正负号，计算每一个环的闭合差Σh。
(5)当某个环的闭合差Σh不等于零时，即满足不了水头损失平衡的条件，说明原来假定的管段流量有误差，必须进行修正。这种修正是根据Σh的大小和正负号对各管段定出流量修正值，它就起了平差的作用。另外，对于Σh=0的环的流量不必进行修正(但当受邻环公共边影响时，也需随之修正)。
(6)重新计算出每条管段修正后的流量。
(7)重新计算第(4)步到第(6)步。当每个环的闭合差∣Σh∣＜0. 5m时，就可以停止计算。
2)管网平差的流量修正
美国自1936年起用哈代-克罗斯算法计算环网平差流量修正值，一直沿用，流传甚广。这种方法计算简易，不须解线性方程，便于人工计算。哈代-克罗斯算法解环方程组的步骤如下。
(1)绘制管网平差计算图，标出各计算管段的长度和各节点的地面标高。
(2)计算比流量、管段流量和节点总流量。
(3)根据城镇供水情况，拟定环状网各管段的水流方向，按每一节点满足Qi+qij=0的条件，并考虑供水可靠性要求分配流量，得出分配的管段流量qij(
。
(4)根据经济流速或查界限流量表选用各管段的管径。
(5)计算各管段水头损失hij。
(6)假定各环内水流顺时针方向管段中的水头损失为正，逆时针方向管段水头损失为负，计算该环内各管段的水头损失代数和∑hij，如∑hij≠0，其差值为第一次闭合差Δh(1)。
如果Δh(1)＞0，说明顺时针方向各管段中初步分配的流量多了些;反之，如Δh(1)＜0，说明逆时针方向管段中的流量多些。
(7)计算各环内各管段的Sijqij，其总和∑Sijqij按下式求出校正流量:
如闭合差为正，校正流量为负，反之则校正流量为正。
(8)设校正流量符号以顺时针方向为正，逆时针方向为负，凡流向与校正流量方向相同的管段，加上校正流量，否则减去校正流量。据此得第一次校正的管段流量
式中 Δqs————本环的校正流量;
Δqn————邻环的校正流量。
(9)按此流量再行计算，如闭合差尚未达到允许的精度，再从第二步起按每次调整后的流量反复计算，直到每环的闭合差达到要求为止。手工计算，每环闭合差要求小于0.5m，大环闭合差小于1.0m，如图1－32所示。
图1－32 某环状管网平差计算
由于哈代-克罗斯算法忽视了相邻环之间的影响，而收敛速度较慢。之后的改进方法主要体现在改进各环同时平差为每次只平差一个环;优先平差闭合差较大的环;改环平差为回路(大环)平差。在管网平差过程中，任一环的校正流量都会对相邻环产生影响。一般说来，闭合差越大校正流量越大，对邻环的影响也就越大。对闭合差方向相同的邻环会加大其闭合差，对闭合差方向相反的相邻环则会缩小闭合差。最大闭合差校正法就是在每次平差时选择闭合差最大的环进行平差。最大闭合差不一定是基环的闭合差。
6．泵站扬程与水塔高度设计
1)设计工况下水力分析的前提条件
给水管网中有两类基本水力要素:流量与水头，包括管段流量、管段压降、节点流量、节点水头等。它们之间的关系反映了给水管网的水力特性。水力分析的数学含义是解恒定流方程，工程意义是已知给水管网部分水力参数，求其余水力参数。给水管网的设计工况即最高日最高时用水工况。在此工况下，管段流量和节点水头最大，由此确定泵站扬程和水塔高度通常是最安全的。但在泵站扬程和水塔高度未确定前，对管网作水力分析时，需要考虑两个前提条件。
(1)泵站所在的管段暂时删除。参与水力分析的管段，水力特性必须已知。根据管网模型理论的假设，泵站位于管段上，在泵站设计之前，泵站的水力特性是未知的，泵站水力特性是其所在管段水力特性的一部分，所以其管段的水力特性也是未知的。为了进行水力分析，必须暂时将该管段从管网中删除，与之相关的管段能量方程也暂时不考虑。但是，此管段的流量(也就是泵站的设计流量)已经确定，必须将该流量合并到与之相关联的节点中，以保持管网的水力等效。
以图1－33某给水管网模型为例，图中节点(7)为水厂清水池，管段［1］上设有泵站。经过假设处理，将管段［1］从管网中删除，其管段流量合并到节点(7)和(1)，如图1－34所示。
(2)假设控制点。管网水力分析的前提是管网中必须有一个定压节点，才能保证恒定流方程组可解。但对于设计工况水力分析而言，由于泵站所在管段的暂时删除，使清水池所在的节点与管网分离，加之水塔的高度还未确定，所以管网中没有一个已知节点水头的节点，即没有一个定压节点。
图1－33 某给水管网模型
图1－34 给水管网中泵站所在管段暂时删除
为解决管网中无定压节点的问题，必须引入管网供水压力条件，即在水力分析前随意假定一个节点为控制点，令其节点水头等于服务水头，则该节点成为定压节点。待水力分析完成后，再通过节点自由水压比较，找出用水压力最难满足的节点————真正的控制点，并根据控制的服务水头调整所有节点水头。
所谓控制点，即给水管网用水压力最难满足的节点。一般离泵站最远，地势最高的节点为控制点。节点服务水头即节点地面高程与节点处用户的最低供水压力之和。对于城镇给水管网，最低供水压力指标的估算方法是:一层建筑用户为10m;二层建筑用户为12m;之后每增加一层，用水压力增加4m，如表1－24所示。如有消防的需要，最低供水压力可以适当提高。对于工业给水管网或其他给水管网，参照相关标准确定最低供水压力。
表1－24 城镇居民生活用水压力标准
2)泵站扬程设计
完成设计工况水力分析后，泵站扬程可以根据所在管段的水力特性确定。设泵站位于管道i，该管段起端节点水头为HFi，终端节点水头为HTi，该管段管道沿程水头损失为hfi，管道局部水头损失为hmi，则泵站扬程由两部分组成，一部分用于提升水头，即HTi－HFi，另一部分用于克服管道水头损失，即hfi+hmi。泵站扬程计算公式为
式中 HFi————泵站所在管段起端节点水头;
HTi————泵站所在管段终端节点水头;
hfi————沿程水头损失;
hmi————局部水头损失。
若将沿程水头损失计算公式代入上式，局部损失可忽略不计，则上式也可写为
3)水塔高度设计
在完成设计工况水力分析后，水塔高度也随之确定了。设水塔所在节点水头为Hj，地面高程为Zj，则水塔高度
式中HTj为水塔水柜的最低水位离地面的高度。在考虑水塔转输(进水)条件时，水塔高度还应加上水柜设计有效水深。
7．管网设计校核
给水管网按最高日最高时用水流量进行设计，管道管径、水泵扬程和水塔高度等一般都能满足供水的要求，但有一些特殊的情况，如管网出现事故造成部分管段损坏，管网提供消防灭火流量，管网向水塔转输流量等情况，就不一定能保证供水。因此，必须对管网在相应工况下进行水力分析，校核管网在这些工况条件下能否满足供水流量和水压要求。
校核指标包括供水流量和压力要求两个方面。校核方法有两种:一是水头校核法，即假定供水流量要求可以满足，通过水力分析求出供水压力，校核其是否可以满足要求;二是流量校核法，即假定供水压力要求可以满足，通过水力分析求出供水流量，校核其是否可以满足要求。由于流量和压力的关联关系，只要其中一个不能满足要求，实际上两者都不能满足要求。通过校核，有时需要修改管网中个别管段的管径，也有可能另选合适的水泵或改变水塔的高度等。
1)消防工况校核
消防工况校核时，给水管网设计流量按最高时流量加上消防流量计算。节点服务水头只要求满足火灾处节点的灭火服务水头，即10m的自由水压(按低压消防考虑)，不必满足正常用水的服务水头。
根据城镇和各类建筑的规模，确定同一时间发生的火灾次数以及一次灭火用水量。当只考虑一处火灾时，消防流量一般加在控制点上;当考虑两处或两处以上同时火灾时，另外几处分别放在离供水泵站较远、靠近大用户、居民密集区或重要的工业企业附近的节点上。管网中未发生火灾的节点，其节点流量与最高时设计工况相同。
消防工况校核一般采用水头校核法。经过校核，若按最高时设计工况确定的水泵扬程不能满足消防需要时，须放大个别管段的管径，减小管网水头损失;若二者相差较大(多见于中小型管网)，应增设专用消防泵供消防时使用。
2)水塔转输工况校核
在用水高峰时，由泵站和水塔同时向管网供水，但一天中大部分时间泵站供水量大于用水量，多余的水经过管网送入水塔内贮存，这种工况称为水塔转输工况，水塔进水流量最大的情况称为最大转输工况。
水塔转输工况校核通常只是对设置对置水塔或靠近供水末端的网中水塔的给水管网，进行最大转输工况校核。最大转输工况时各节点流量可按下式计算:
转输工况校核一般采用流量校核法，将水塔所在节点作为定压节点。若转输工况校核不满足要求时，应适当加大从泵站到水塔最短供水路线上管段的管径。
3)事故工况校核
城市给水管网在事故工况下，设计流量必须保证70%以上的用水量，工业企业给水管网也应按有关规定确定事故时的供水比例。事故工况校核采用下面公式:
事故工况各节点流量=事故工况供水比例×最高时工况各节点流量一般按最不利事故工况进行校核，即考虑靠近供水泵站的主干管在最高时损坏的情况。节点压力仍按设计工况时的服务水头要求计算，当事故抢修时间短，且断水造成损失小时，节点压力要求可以适当降低。
事故工况校核一般采用水头校核法，即先从管网中删除事故管段，调低节点流量，通过水力分析，求出各节点水头，将它们与节点服务水头比较，全部高于服务水头为满足要求。经过核算，若不能满足要求，可以增加平行主干管数量或埋设双管。也可从技术上采取措施，如加强当地给水管理部门的检修力量，缩短损坏管道的修复时间;重要的和不允许断水的用户，采取贮备用水的保障措施等。
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