城市水工程概論

城市水工程概論摘要：本文論述了城市水工程學科的沿革、內涵與未來，分析了當前我國面臨的水資源短缺和水污染問題。關鍵字：城市水工程水工業(yè)水資源水處理Abstract:Thispaperhasdescribedtheevolution,intensionandfutureofmunicipalwaterengineeringandhasanalyzedtheshortageofwaterresourceandwaterpollutionwhichourcountryfacesatpresent.Iwillcombinepracticewiththetheoryinthediscipline,giveplaytomyownability,andmakeacontributiontothedevelopmentofmunicipalwaterengineering.Keywords:municipalwaterengineering,waterindustry,waterresource,watertreatment1.城市水工程學科的沿革1.1水工程學科水的社會循環(huán)水是生命之源，與人類生活和社會發(fā)展息息相關。人們生活用水、工業(yè)用水和農業(yè)用水，都對用水的水質和水量有相應的要求。人們?yōu)榱松詈蜕a的需要，由天然水體取水，經適當處理候，供人們生活和生產使用，然后排回天然水體，這個人為的循環(huán)過程就是水的社會循環(huán)。什么是水工程改革開放以來，我國已由社會主義計劃經濟體制向社會主義市場經濟體制轉變。在社會主義市場經濟體制下，水作為一種特殊商品正在進入市場，以采集、生產、加工商品水為主的新型產業(yè)“水工業(yè)”應運而生。水工業(yè)是以水的社會循環(huán)為服務對象，為實現水的社會循環(huán)提供所需的工程建設、技術裝備、運營管理和技術服務。它與服務于水的自然循環(huán)及其調控的“水利工程”，構成了水工程的兩個方面。城市水工程學科“城市水工程”學科是以水的社會循環(huán)為研究對象，以水的水質為中心，研究其水質和水量的運動變化規(guī)律，以及相關的工程技術問題，在社會主義市場經濟條件下，以實現水的良好社會循環(huán)和水資源的可持續(xù)利用為目標的工程技術學科。1.2城市水工程學科的沿革“城市水工程”學科是由近50年前成立的“給水排水工程”擴展而來。作為21世紀的朝陽產業(yè)，水工業(yè)的發(fā)展使得水工程的研究對象發(fā)生了變化?！八纳鐣h(huán)”已取代“城市基礎設施”而成為城市水工程的主要研究對象，而且學科的主要矛盾也從“水量”轉變?yōu)椤八|”，學科的性質已發(fā)生了質的變化?！敖o水排水工程”學科已不能滿足現代水工程的需要。所以，“城市水工程”學科的出現是歷史發(fā)展的必然。每一種產業(yè)都需要有相應學科和專業(yè)的支持才能得到發(fā)展?！俺鞘兴こ獭奔礊樗I(yè)的主于學科，它以水的社會循環(huán)為研究對象，在水量和水質兩個方面以水質為中心，加強化學和生物學基礎，保持工程傳統，向水資源、市政水工程、建筑水工程、工業(yè)水工程、農業(yè)水工程、節(jié)水產業(yè)等方向全面拓寬，以適應市場經濟和滿足水工業(yè)發(fā)展的需求。2.城市水工程學科的內涵2.1“城市水工程學科”是水工業(yè)的主干學科任何工業(yè)都是一個綜合體系，都需要多種學科的支持，特別是主干學科的支持?！俺鞘兴こ獭睂W科就是支持水工業(yè)的主干學科。水工業(yè)主要以城市水工程學科的科學理論為指導，城市水工程學科以水工業(yè)發(fā)展中提出的問題特別是前沿課題為研究對象，以科技進步帶動水工業(yè)發(fā)展和進步。“科技是第一生產力”。所以，城市水工程學科對于水工業(yè)的發(fā)展將起極其重要的作用。2.2水資源的利用與保護全球水資源聞魚（掀1慕）地球水量儲航存凈在陸地有預限的水體中并舌不全是淡水。矛據統計，陸地道上的淡水量僅趨為劫0.3偽5清億刷，占陸地水儲漁量鄰的您7翁3瘡％。其中校的蓋0.2照4籍億（占淡水儲喂量效的矩69.競6霸％）分布于冰核川、多年積雪接、兩極和多年困凍土中，在現誦有的經濟技術衡條件下很難被慢人類所利用。信人類可利用的拜淡水只孫是辣0.雙1免億紛，占淡水總量蠟的逐30.陡4蹤％，主要分布吩在扯600m候深度以內的含絕水層、湖泊、摟河流、土壤中釋。鏡揚（遵2用）全球水資源決面臨的問題電根據地球株水儲量和分布尚，人類可利用桑的淡水資源僅置為替0.悼1牙億啦，只是地球上柳水的很小一部他分。此外，有顏限的水資源也粥很難再分配，臨巴西、俄羅斯塘、中國、加拿罵大、印度尼西頂亞、美國、印策度陽等占9漁各國家已經占貌去了這些水資址源經的密6領0闖％。從未來的悠發(fā)展趨勢看，娃由于社會對偉水的需求不斷乘增加，而自然盒界所能提供的磨可利用的水資絞源又有一定限湯度，突出的供灰需矛盾使水資島源成為國民經褲濟發(fā)展的重要距制約。刃掙中國水資源狀問況逢我國地域絞遼闊，人口眾隔多，是一個發(fā)腦展中的大國。申雖然我國的水北資源總量嫂達誕278額8聞，僅次于巴西草、俄羅斯、加年拿大、美國、狼印度尼西亞。丸從表面上看，做我國淡水資源償比較豐富，但序由于我國人口晴基數很大，人親均占有水資源韻量僅敬為月230護0全，僅相當于世遵界人均占有量艘的賺1/駕4竭，排在世界奶的址12古1娃位。希我國水資別源面臨的主要作問題有如下幾齊個方面：選樸仍●房水資源開發(fā)過濟度，生態(tài)破壞渠嚴重偉霜蹈●輛城市供水集中毯，供需矛盾尖恰銳股駝牽●嶺地下水過量開陸采，環(huán)境地質驕問題突出框餅當●菊水資源污染嚴倡重，水環(huán)境日鬧益惡化房宵者●板水資源開發(fā)利辭用缺乏統籌規(guī)隙劃和有效管理摘我國已處窄于嚴重的缺水俊邊緣，隨著我慰國經濟的發(fā)展遲、人口的增加羊和人民生活水津平的提高，用前水量會越來越含大，水資源短漿缺問題會越來曉越嚴重。駝妥水資源的開發(fā)梨利用塔人類對水止資源的開發(fā)利躲用的認識經歷肯了一個漫長的脹歷史時期。在判古代社會努力吸適應水環(huán)境變折化，力圖達到竹趨利避害、增呀利減害的目的陣；在近代社會游為了興利除害豐，追求對水資鴨源進行多目標撿開發(fā)；在現代餓社會，對水資蓄源的利用進入輝了密切協調社陰會與自然關系匆的階段，更加哈注意社會、經撥濟效益和生態(tài)音平衡，以期獲顆得最大的綜合榆效益。殘我國年用仰水總量高居世滴界第二，而人醋均用水量不足準世界人均用水欺量銳的孝1/耗3割。與世界先進乞國家相比，工巖業(yè)和城市生活管用水所占的比偷例較低，農業(yè)叮用水占的比例跪過大。隨著工辨業(yè)化、城市化躍的發(fā)展及用水蓋結構的調整，簽工業(yè)和城市生面活用水的比例血將會進一步提產高。愁當前我國龜在水資源的開對發(fā)利用過程中寨，一方面是由鴿于水資源緊缺桌且又受到嚴重籮污染，另一方寺面又缺乏科學縫的管理，導致康在水資源的開遮發(fā)利用中出現忌水資源短缺、絞生態(tài)環(huán)境惡化鑰、水資源污染切嚴重貿、兇“鞠水質珠型檢”盆缺水嚴重、水每資源浪費巨大摟等嚴重問題。征團水資源的保護菊針對水資聾源開發(fā)利用過女程中存在的問善題，必須采取電有效措施，加崗強對水資源的挽保護，實現水莫資源的良性循打環(huán)和可持續(xù)利校用。微水資源保應護，應該通過幣行政的、法律李的、經濟的手燦段，合理開發(fā)庸、管理和利用泄水資源，保護棒水資源的質、熔量供應，防止皆水污染、水源酸枯竭、水流阻糖塞和水土流失抹，以滿足社會鳴實現經濟可持偵續(xù)發(fā)展對水資侵源的需求。在叔水量方面，尤扭其要全面規(guī)劃址、統籌兼顧、昆綜合利用、講崖求效益、發(fā)揮流水資源的多種溜功能。同時，峽也要顧及環(huán)境狼保護要求和改濃善生態(tài)環(huán)境的拼需要。在水質照方面，必須減廉少和消除有害麥物資進入水環(huán)中境，防治污染解和其他公害，憐維持水質良好丸狀態(tài)，實現水村資源的合理利翁用。碧群湖2.2問蔽城市給水系統億欣城市給水現狀闊隨著經濟郊建設的大規(guī)模慘開展，我國城備市給水工程建金設也得到了飛絨速發(fā)展。在我抖國現有畫的籍66鋪9奪個城市中，建硬設系統內已有雕水之廠愈203地2秋個蓄(館全社會防為臨400舅0屑個魯)幕，綜合供水能鋪力懶為養(yǎng)10617×承104恭/d惕(斃全社會供水能辱力饒為綿19994.原46×104雅/d歇)秀，供水普及率蔥達座到泡94.9墳9擾％，人均用水腥量為打208.02縫L趴/材d姻。但是我國的液城市缺水現象遷還是很嚴重的引。邪200勇0辱年的資料指出糟，在全宣國役66病9構個城市中墓，慚40搶0已個城市常年供木水不足，其中搏有簽11矩0寺個城市嚴重缺理水，日缺水量殲達尸160裂0構萬木。在我國經濟昨比較發(fā)達、人宵口比較集中的敗地區(qū)，特別是擴水資源短缺地赴區(qū)（如海河及坦黃河下游平原爸、山東半島、旬遼河平原及遼景東半島、淮北越平原等）的城倦市水的供需矛擋盾尤為突出。廢例如，北京市崗每年缺銅水臨11.奶4龜億匪，天津市缺蹄水經26.梳2鄙億釘。由于供水不字足，城市工業(yè)軟每年的經濟損量失透達臉230突0蜻億元。同時給理城市居民生活惡造成許多困難暴和不便，成為裕城市社會中的輔一種隱憂。厘屋城市給水系統僅的任務和組成晨給水系統襪是保證城市居所民生活用水、郊工業(yè)生產用水公和市政消防用掛水的設施，是賽由一系列構筑枝物和輸配水管宣網組成的。給正水系統的任務弄是從水源取水汁，按照用戶對復水質得要求進蛇行處理，然后過將水送到供水舟區(qū)，并向用戶法配水。賭給水系統洋通常包括下列情工程設施：屆張兄●晉取水構筑撐物樹島右輕●刷輸水管道●泵站妥煙陜●丑水處理構筑物產爆坡●南調節(jié)構筑物世獲照●疤配水管網棚鬧朗●皂附屬構筑物樹才梁胞圖葉1梢－另1丸表示以地表水鞠為水源的給水狡工程系統。給水管道系統余警粒域（丙1河）給水管道系父統的規(guī)劃和布樣置窄給水管道蒼系統是給水系閥統的一部分，剝它承擔的任務六就是水的提升凳、水的輸送和辜分配及水量調殖節(jié)，起到保障餃用戶用水的作言用。顫根據城市徹總體規(guī)劃、水慎源狀況、城市釀地形、供水范凝圍及用戶對水荷質、水量和水繁壓的要求不同藥，給水管道系項統總體布局也境有所不同，概跡括地分為統一教供水系統、分酷質供水系統、掉分區(qū)供水系統兔和區(qū)域供水系護統四種。諒作為給水葡管道系統的主秧要部分，配水叛管網的基本布隙置形式有兩種填，樹狀網和環(huán)雜狀網。布置配宜水管網要求管稻線遍布整個用仆水區(qū)，供水安湊全可靠，力求壤以最短距離向催用戶供水（特朋別時大用戶）嚷，按城市規(guī)劃卡要求保留管網竄發(fā)展余地，管尋道一般按規(guī)劃某道路敷設，但斯盡量避免敷設槽在高級路面下剪。君輸水管就探是從水源道水小廠及從水廠二汪級泵站道配水盯管網的管線。件輸水管渠選線愈及布置要求如呢下：紡聰餅●鼠應能保證不間柴斷供水；掏武爸●皆盡量使輸水管辜線最短，以降慚低造價和輸水售費用；配厲折●浩輸水管線盡量欣避免穿越河谷丙、鐵路等障礙耳物以及沼澤、沿滑坡扽地質不捎良地區(qū)，并盡便量不占或少占廢良田。有條件產時，最好沿現施有道路或規(guī)劃跌道路敷設管道潔；付紙古●嬌充分利用地形霉，優(yōu)先考慮重沒力流或部分重舅力流輸水。菠由于城市方附近的水源水霜量不足或水源跨受到污染，有緩的城市往往通阻過長距離輸水艘工程引水以滿治足城市用水要勝求。到目前為赴止，我國已建偵成園“闊引灤入彎京適”榆，西“連青島引湊黃想”脈和上姜海?！按颤S浦江上游引春水雅”屬等長距離輸水糖工程?，F在，知我國耕的軌“瓜南水北靈調尖”爬工程正在建設厲當中。工程對刷緩解北方地區(qū)桶水資源嚴重短烤缺局面，促進瓜經濟、社會和折生態(tài)的協調發(fā)永展具有重要意完義。議紗瘋木（端2圾）給水管道系具統設計與運行更管理己影計票給水管道系統售設計主要內容火有以下六部分責：管道系統布酬置和定線；設惡計流量計算；給求出管道直徑班；計算管道中油水頭損失；求帖出二級泵站揚味程及水塔高度蚊（當設置水塔越時）；水量調遭節(jié)構筑物（清切水池、水塔或漿水庫）容積計款算。政翠氧稅給水管道系統獸運行管理的要美求是：水量足刺夠；水壓平均乘；水質保證；刊供水安全；運沾行經濟。要達羊到這樣的要求廁，必須加強管它道系統的日常妖技術管理并進鐵行優(yōu)化調度，勝主要內容有：卵撿漏；管道腐渣蝕和結垢的防式治與清除；管證網水質的改善給；管網水壓和嫩流量測定；管覺網調度。弊羨哄2.3承綱城市排水系統醫(yī)爐城市排水系統遲的任務和組成皇城市排水黨系統一般由廢淚水收集設施，當排水管網，水青量調節(jié)池，泵旨站，污水處理爬廠，廢水輸水拴管和排放口等別構成人們在生柳活和生產過程凈中使用大量的折水。水在使用樹過程中受到污閃染成為污水或逮廢水，需進行嫂處理和排放。披城市內大氣降端水（包括雨水跑和冰雪融水）蓋也需及時排除石。排水系統就脾是將城市污水振、廢水和降水災按要求進行收泰集、處理和排劈放的工程。灰城市排水甘系統一般由廢買水收集設施，麥排水管網，水具量調節(jié)池，泵下站，污水處理益廠，廢水輸水輸管和排放口等吼構成。瑞對城市污喪水、廢水和雨池水的匯集排除維方式，稱為排哪水體制。排水銳體制分合流制脖和分流制，哭圖津1堅－愧2腹所示即為分流朝制排水系統。滅形排水管道系統則齡禽擁排水管道系統薄分布于排水區(qū)舅域內，其功能建是將收集到的潤污水、廢水、示和雨水等輸送木到處理地點或鵲排放口，以便調集中處理或排委放。酸排水管道碗系統在平面上大的布置均呈樹固狀網形式。管嘩道系統布置和丈定線的原則是亦：盡可能在管非線短、管道埋控設深度淺的情戀況下，使最大埋區(qū)域的污水或容雨水能自流排券除。為此，應價對城市地形、波豎向規(guī)劃、地粉質條件、河流宵情況及污水廠膽位置等進行綜挖合分析，而后葛根據排水體制嫁提出管道系統及布置方案。排倍水管道系統的勝布置是多種多型樣的，進行管拘道系統布置時止，提出幾個方除案進行比較，資以決定經濟、蹄合理的布置方裹案。宋城市排水泛系統采用分流詞制時，污水管獲道系統僅擔負戒著城市污水的建收集和輸送任價務。污水管道驕系統的設計內堅容主要是：管續(xù)道系統的平面因布置；計算設傾計流量；管道串直徑和坡度計飄算；管道埋深涌設計；附屬構驚筑物設計。雨匪水管道系統及揪時地匯集并排前除暴雨形成的妨地面徑流，防席止城市居住區(qū)扣與工業(yè)企業(yè)受獨淹，以保障城蛾市人民的生命逝安全和生活生毫產的正常秩序籠。盾歸褲2.3歷偵水工藝與工程許瓜水質、水質指謊標和水質標準歲膠（鄙1介）水質疑水質，就放是水及其所含友雜質共同表現辭出來的物理的大、化學的和生觸物學的綜合特跨性。某一水質搞特性，可通過散水質指標來表美達。替曬（莖2股）水質指標啟常用的水蛋質指標有以下忍幾種：畝懸浮物低（曾S志S荷）：沙礫、懸蹲浮固體、漂浮養(yǎng)物。站生化需氧挑量解（估BO怪D熱）：在有氧條抹件下，好氧微祝生物氧化分解妨單位體積水中棉有機物所消耗第的游離氧的數乘量跡（液mg/纖L績）耗,躁是一種間接表末示水被有機污萄染物污染程度掠的指標。餅化學耗氧夢量魄（風CO蜂D音）：用化學氧煌化劑氧化水中板有機污染物時按所消耗的耗氧粘量，主要作為咽工業(yè)廢水的污脈染指標。效殘催p賽H好值：反映水的字酸堿強弱的指耽標。牌細菌總數部：一般指大腸腳桿菌群數。視有毒物質麥：指達到一定惜濃度后，對人繭體健康、水生閣生物的生長造公成危害的物質辮。焦漏（熟3后）水質標準壇生活飲用沖水的四項基本座水質標準：敞濁度：渾總濁的天然水在座一般情況下對矛人體沒有多大昌影響，自來水象濁度越低，水肝中污染物含量夫也越低，水質授就越好。國家皆《生活飲用水雷衛(wèi)生標準》規(guī)推定濁度不得大槐于芬3NT晝U攔。接旬疾森余氯：飲用水們經過加氯消毒備，在一定時間鴿后仍有適量的針余氯存在于水木中，以控制細阻菌繼續(xù)繁殖，輪保證持續(xù)的殺欺菌能力。國家仍《生活飲用水葛衛(wèi)生標準》規(guī)還定在與水接松觸筆30mi燥n門后應不低翠于副0.3mg/敢L僵,簽集中式給水除樹出廠水應符合玩上述要求外，嶼管網末端水不簡應低鍛于萄0.0種5菠毫蠢克偶/帳升。奇聲難趴細菌總數：細姨菌總數是微生軍物指標，消毒開后水中的細菌亞總數，在一定賣程度上可反映惑微生物污染程捆度。水中大多希數細菌并不致得病，當然自來檔水中細菌總數泊越少越好。國和家《生活飲用梨水衛(wèi)生標準》賣規(guī)定每毫升水途樣細菌總數不槳得大償于哪10病0冬個。垂陪示慈總大腸菌群：圈總大腸菌群是澡飲用水的微生龜物安全性指標潔，如果飲用水附中總大腸菌群曬沒有檢出，說古明飲用水無腸雄道致病菌存在足。國家《生活繼飲用水衛(wèi)生標志準》規(guī)定每升蛋水中總大腸菌價群小展于袍3宇個。遮工業(yè)用水板的水質標準主猛要有懸浮物同（踩mg/決L影）、總硬度懂（剃me/劃L怕）、總堿度刷（運me/倡L按）續(xù)、德p勿H演值、溶解氧捷（嬸mg/桐L塔）等。筑嘩水處理工贈藝陽彈水處理工廣藝是水工藝與獸工程學的技術忽主題，是以水腿質為中心的水爭處理技術的總蒸稱。隨著水工爺業(yè)基礎學科如蜓水力學、化學酷和微生物學等伸理論的逐步深蛇入完善、社會扭經濟發(fā)展對給臂水水質和污水縫處理要求的提賄高，水處理工恭藝在原有給水勤處理和污水處工理技術基礎上治，得到迅速發(fā)悟展和提高，加雖強了水科學和片工程學科體系攤的技術支柱。癥水處理工前藝體系包括一訓下幾個技術內笛容：盈肅（跌1篇）物理水處理潛技術：以物理您方法為主的水讓處理技術，主辰要有吹脫、氣相浮、蒸發(fā)、蒸距餾、物理場（駱電磁、超聲、澇微波）處理等艱。區(qū)孕（錄2唇）化學水處理蛙技術：以化學槍和物理化學方綿法為主的水處濃理技術，主要筑有：沉淀、絮像凝、過濾、催困化氧化、光化囑學氧化、中和摩、吸附、離子允交換、水質穩(wěn)舞定和膜處理技給術等。陰網（嘗3趨）生物水處理閑技術：以生物壟方法為主的水影處理技術，主嶼要有：各種天墳然的和人工的畏好氧處理、厭阻氧處理技術以熊及水生生物處盒理技術等。謊書水工程技戒術渣呆水工程技萄術是水工藝與鐮工程學的重要傅組成部分，它碗是研究運用工纏程技術和有關聲學科的原理、愈工藝方法，在廉水的開采、加然工、輸送、利離用、回收和再蒸生回用以及排隱放的過程中保紫持良性社會循醉環(huán)，使其滿足焦人和社會持續(xù)道發(fā)展需求的工杯程學科。軍水工程技堆術的主要內容籠包括：給水工劈程技術、污水澤工程技術、污板水再生回用工趟程技術和建筑秋給排水工程技馬術。秤給水工程榆技術是以滿足橫城市和工業(yè)用枝水為目的，研宇究水的開采、撫處理和輸配的群工程技術；污由水工程技術是匪研究城市和工議業(yè)污水的匯集醫(yī)、處理和處置緞以及排放的工視程技術；污水灌再生回用工程毯技術是使生活載污水和生產廢宇水經過必要的栗處理，恢復其膽使用價值，回件用于工業(yè)、市浪政綠化、沖洗溪洗滌、地下水僑回灌和補充地托面水等方面的正工程技術，它禿幾集水的回收廟、處理、利用憤于一體，是水挑的社會循環(huán)中米的一個子循環(huán)腐。建筑給水排北水工程技術則君是研究工業(yè)與原民用建筑的生亂活、生產和消父防用水供應和迎污水的匯集、姨處置，以創(chuàng)造眼衛(wèi)生、安全、透舒適的生活、鹿生產環(huán)境的工葛程學科。氏滋紋3.笑梢城市水工程學聲科的未來禮水是生命撿之源，與人類托生活和社會發(fā)宋展息息相關，驅是地球上一切殊生物生存的物塞質基礎，也是偉人類社會不斷譜進步和發(fā)展的訊基礎。屠我國的水慶危機形勢嚴峻職，人均水資源搶量只有世界平鑰均量聯的呆l/勻4昆，加上時空分爹布不均，使水呆資源短缺造成劈的損害不亞于左洪澇災害。我汁國目前水環(huán)境苦污染也很嚴重箭，河段言有喂4畜7趣％，湖泊住有引7盛5親％，城市水源賢有凍9醬0殃％受到污染，細每年造