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：城市水工程水工業水資源水處理Abstracct:Thhispaaperhhasdeescribbedthheevoolutioon,inntensiionanndfuttureoofmuniicipallwateerenggineerringaandhaasanaalyzeddtheshorttageoofwatterreesourcceanddwaterrpolllutionnwhicchourrcounntryffacesatprresentt.Iwwillccombinnepraacticeewiththettheoryyintthediisciplline,giveplaytomyyownabiliity,aandmaakeaccontriibutioontotheddeveloopmenttofmmuniciipalwwaterenginneerinng.Keyworrds:mmuniciipalwwaterenginneerinng,waateriindusttry,wwaterresouurce,waterrtreaatmentt1.城市市水工程學科科的沿革1.1水工工程學科水的社會循環水是生命之之源，與人類類生活和社會會發展息息相相關。人們生生活用水、工工業用水和農農業用水，都都對用水的水水質和水量有有相應的要求求。人們為了了生活和生產產的需要，由由天然水體取取水，經適當當處理候，供供人們生活和和生產使用，然然后排回天然然水體，這個個人為的循環環過程就是水水的社會循環環。什么是水工程改革開放以以來，我國已已由社會主義義計劃經濟體體制向社會主主義市場經濟濟體制轉變。在在社會主義市市場經濟體制制下，水作為為一種特殊商商品正在進入入市場，以采采集、生產、加加工商品水為為主的新型產產業“水工業”應運而生。水水工業是以水水的社會循環環為服務對象象，為實現水水的社會循環環提供所需的的工程建設、技技術裝備、運運營管理和技技術服務。它它與服務于水水的自然循環環及其調控的的“水利工程”，構成了水水工程的兩個個方面。城市水工程學科科“城市水工工程”學科是以水水的社會循環環為研究對象象，以水的水水質為中心，研研究其水質和和水量的運動動變化規律，以以及相關的工工程技術問題題，在社會主主義市場經濟濟條件下，以以實現水的良良好社會循環環和水資源的的可持續利用用為目標的工工程技術學科科。1.2城市市水工程學科科的沿革“城市水工工程”學科是由近50年前成立的“給水排水工工程”擴展而來。作作為21世紀的朝陽陽產業，水工工業的發展使使得水工程的的研究對象發發生了變化。“水的社會循循環”已取代“城市基礎設設施”而成為城市市水工程的主主要研究對象象，而且學科科的主要矛盾盾也從“水量”轉變為“水質”，學科的性性質已發生了了質的變化。“給水排水工工程”學科已不能能滿足現代水水工程的需要要。所以，“城市水工程”學科的出現現是歷史發展展的必然。每一種產業業都需要有相相應學科和專專業的支持才才能得到發展展。“城市水工程”即為水工業業的主于學科科，它以水的的社會循環為為研究對象，在在水量和水質質兩個方面以以水質為中心心，加強化學學和生物學基基礎，保持工工程傳統，向向水資源、市市政水工程、建建筑水工程、工工業水工程、農農業水工程、節節水產業等方方向全面拓寬寬，以適應市市場經濟和滿滿足水工業發發展的需求。2.城市市水工程學科科的內涵2.1“城市水工程程學科”是水工業的的主干學科任何工業都都是一個綜合合體系，都需需要多種學科科的支持，特特別是主干學學科的支持。“城市水工程”學科就是支支持水工業的的主干學科。水水工業主要以以城市水工程程學科的科學學理論為指導導，城市水工工程學科以水水工業發展中中提出的問題題特別是前沿沿課題為研究究對象，以科科技進步帶動動水工業發展展和進步。“科技是第一一生產力”。所以，城城市水工程學學科對于水工工業的發展將將起極其重要要的作用。2.2水水資源的利用用與保護全球水資源（1）地球球水量儲存在陸地有限限的水體中并并不全是淡水水。據統計，陸陸地上的淡水水量僅為0.35億，占陸地水水儲量的73％。其中的0.24億（占淡水水儲量的69.6％）分布于于冰川、多年年積雪、兩極極和多年凍土土中，在現有有的經濟技術術條件下很難難被人類所利利用。人類可可利用的淡水水只是0.1億，占淡水總總量的30.4％，主要分分布在600m深度以內的的含水層、湖湖泊、河流、土土壤中。（2）全球球水資源面臨臨的問題根據地球水水儲量和分布布，人類可利利用的淡水資資源僅為0.1億，只是地球球上水的很小小一部分。此此外，有限的的水資源也很很難再分配，巴巴西、俄羅斯斯、中國、加加拿大、印度度尼西亞、美美國、印度等等9各國家已經經占去了這些些水資源的60％。從未來來的發展趨勢勢看，由于社社會對水的需需求不斷增加加，而自然界界所能提供的的可利用的水水資源又有一一定限度，突突出的供需矛矛盾使水資源源成為國民經經濟發展的重重要制約。中國水資源狀狀況我國地域遼遼闊，人口眾眾多，是一個個發展中的大大國。雖然我我國的水資源源總量達2788，僅次于巴巴西、俄羅斯斯、加拿大、美美國、印度尼尼西亞。從表表面上看，我我國淡水資源源比較豐富，但但由于我國人人口基數很大大，人均占有有水資源量僅僅為2300，僅相當于于世界人均占占有量的1/4，排在世界界的121位。我國水資源源面臨的主要要問題有如下下幾個方面：：●水資源開開發過度，生生態破壞嚴重重●城市供水水集中，供需需矛盾尖銳●地下水過過量開采，環環境地質問題題突出●水資源污污染嚴重，水水環境日益惡惡化●水資源開開發利用缺乏乏統籌規劃和和有效管理我國已處于于嚴重的缺水水邊緣，隨著著我國經濟的的發展、人口口的增加和人人民生活水平平的提高，用用水量會越來來越大，水資資源短缺問題題會越來越嚴嚴重。水資源的開發發利用人類對水資資源的開發利利用的認識經經歷了一個漫漫長的歷史時時期。在古代代社會努力適適應水環境變變化，力圖達達到趨利避害害、增利減害害的目的；在在近代社會為為了興利除害害，追求對水水資源進行多多目標開發；；在現代社會會，對水資源源的利用進入入了密切協調調社會與自然然關系的階段段，更加注意意社會、經濟濟效益和生態態平衡，以期期獲得最大的的綜合效益。我國年用水水總量高居世世界第二，而而人均用水量量不足世界人人均用水量的的1/3。與世界先先進國家相比比，工業和城城市生活用水水所占的比例例較低，農業業用水占的比比例過大。隨隨著工業化、城城市化的發展展及用水結構構的調整，工工業和城市生生活用水的比比例將會進一一步提高。當前我國在在水資源的開開發利用過程程中，一方面面是由于水資資源緊缺且又又受到嚴重污污染，另一方方面又缺乏科科學的管理，導導致在水資源源的開發利用用中出現水資資源短缺、生生態環境惡化化、水資源污污染嚴重、“水質型”缺水嚴重、水水資源浪費巨巨大等嚴重問問題。水資源的保護護針對水資源源開發利用過過程中存在的的問題，必須須采取有效措措施，加強對對水資源的保保護，實現水水資源的良性性循環和可持持續利用。水資源保護護，應該通過過行政的、法法律的、經濟濟的手段，合合理開發、管管理和利用水水資源，保護護水資源的質質、量供應，防防止水污染、水水源枯竭、水水流阻塞和水水土流失，以以滿足社會實實現經濟可持持續發展對水水資源的需求求。在水量方方面，尤其要要全面規劃、統統籌兼顧、綜綜合利用、講講求效益、發發揮水資源的的多種功能。同同時，也要顧顧及環境保護護要求和改善善生態環境的的需要。在水水質方面，必必須減少和消消除有害物資資進入水環境境，防治污染染和其他公害害，維持水質質良好狀態，實實現水資源的的合理利用。2.2城城市給水系統統城市給水現狀狀隨著經濟建建設的大規模模開展，我國國城市給水工工程建設也得得到了飛速發發展。在我國國現有的669個城市中，建建設系統內已已有水廠2032個(全社會為4000個)，綜合供水水能力為106177×104//d(全社會供水水能力為199944.46×1104/d)，供水普及及率達到94.99％，人均用用水量為208.002L/dd。但是我國國的城市缺水水現象還是很很嚴重的。2000年的資料指指出，在全國國669個城市中，400個城市常年年供水不足，其其中有110個城市嚴重重缺水，日缺缺水量達1600萬。在我國經經濟比較發達達、人口比較較集中的地區區，特別是水水資源短缺地地區（如海河河及黃河下游游平原、山東東半島、遼河河平原及遼東東半島、淮北北平原等）的的城市水的供供需矛盾尤為為突出。例如如，北京市每每年缺水11.4億，天津市缺缺水26.2億。由于供水水不足，城市市工業每年的的經濟損失達達2300億元。同時時給城市居民民生活造成許許多困難和不不便，成為城城市社會中的的一種隱憂。城市給水系統統的任務和組組成給水系統是是保證城市居居民生活用水水、工業生產產用水和市政政消防用水的的設施，是由由一系列構筑筑物和輸配水水管網組成的的。給水系統統的任務是從從水源取水，按按照用戶對水水質得要求進進行處理，然然后將水送到到供水區，并并向用戶配水水。給水系統通通常包括下列列工程設施：：●取水構筑筑物●輸水管道道●泵站●水處理構構筑物●調節構筑筑物●配水管網網●附屬構筑筑物圖1－11表示以地表表水為水源的的給水工程系系統。給水管道系統（1）給給水管道系統統的規劃和布布置給水管道系系統是給水系系統的一部分分，它承擔的的任務就是水水的提升、水水的輸送和分分配及水量調調節，起到保保障用戶用水水的作用。根據城市總總體規劃、水水源狀況、城城市地形、供供水范圍及用用戶對水質、水水量和水壓的的要求不同，給給水管道系統統總體布局也也有所不同，概概括地分為統統一供水系統統、分質供水水系統、分區區供水系統和和區域供水系系統四種。作為給水管管道系統的主主要部分，配配水管網的基基本布置形式式有兩種，樹樹狀網和環狀狀網。布置配配水管網要求求管線遍布整整個用水區，供供水安全可靠靠，力求以最最短距離向用用戶供水（特特別時大用戶戶），按城市市規劃要求保保留管網發展展余地，管道道一般按規劃劃道路敷設，但但盡量避免敷敷設在高級路路面下。輸水管就是是從水源道水水廠及從水廠廠二級泵站道道配水管網的的管線。輸水水管渠選線及及布置要求如如下：●應能保證證不間斷供水水；●盡量使輸輸水管線最短短，以降低造造價和輸水費費用；●輸水管線線盡量避免穿穿越河谷、鐵鐵路等障礙物物以及沼澤、滑滑坡扽地質不不良地區，并并盡量不占或或少占良田。有有條件時，最最好沿現有道道路或規劃道道路敷設管道道；●充分利用用地形，優先先考慮重力流流或部分重力力流輸水。由于城市附附近的水源水水量不足或水水源受到污染染，有的城市市往往通過長長距離輸水工工程引水以滿滿足城市用水水要求。到目目前為止，我我國已建成“引灤入京”，“青島引黃”和上海“黃浦江上游游引水”等長距離輸輸水工程。現現在，我國的的“南水北調”工程正在建建設當中。工工程對緩解北北方地區水資資源嚴重短缺缺局面，促進進經濟、社會會和生態的協協調發展具有有重要意義。（2）給給水管道系統統設計與運行行管理給水管道道系統設計主主要內容有以以下六部分：：管道系統布布置和定線；；設計流量計計算；求出管管道直徑；計計算管道中水水頭損失；求求出二級泵站站揚程及水塔塔高度（當設設置水塔時）；；水量調節構構筑物（清水水池、水塔或或水庫）容積積計算。給水管道道系統運行管管理的要求是是：水量足夠夠；水壓平均均；水質保證證；供水安全全；運行經濟濟。要達到這這樣的要求，必必須加強管道道系統的日常常技術管理并并進行優化調調度，主要內內容有：撿漏漏；管道腐蝕蝕和結垢的防防治與清除；；管網水質的的改善；管網網水壓和流量量測定；管網網調度。2.3城城市排水系統統城市排水系統統的任務和組組成城市排水系系統一般由廢廢水收集設施施，排水管網網，水量調節節池，泵站，污污水處理廠，廢廢水輸水管和和排放口等構構成人們在生生活和生產過過程中使用大大量的水。水水在使用過程程中受到污染染成為污水或或廢水，需進進行處理和排排放。城市內內大氣降水（包包括雨水和冰冰雪融水）也也需及時排除除。排水系統統就是將城市市污水、廢水水和降水按要要求進行收集集、處理和排排放的工程。城市排水系系統一般由廢廢水收集設施施，排水管網網，水量調節節池，泵站，污污水處理廠，廢廢水輸水管和和排放口等構構成。對城市污水水、廢水和雨雨水的匯集排排除方式，稱稱為排水體制制。排水體制制分合流制和和分流制，圖圖1－2所示即為分分流制排水系系統。排水管道系統統排水管道道系統分布于于排水區域內內，其功能是是將收集到的的污水、廢水水、和雨水等等輸送到處理理地點或排放放口，以便集集中處理或排排放。排水管道系系統在平面上上的布置均呈呈樹狀網形式式。管道系統統布置和定線線的原則是：：盡可能在管管線短、管道道埋設深度淺淺的情況下，使使最大區域的的污水或雨水水能自流排除除。為此，應應對城市地形形、豎向規劃劃、地質條件件、河流情況況及污水廠位位置等進行綜綜合分析，而而后根據排水水體制提出管管道系統布置置方案。排水水管道系統的的布置是多種種多樣的，進進行管道系統統布置時，提提出幾個方案案進行比較，以以決定經濟、合合理的布置方方案。城市排水系系統采用分流流制時，污水水管道系統僅僅擔負著城市市污水的收集集和輸送任務務。污水管道道系統的設計計內容主要是是：管道系統統的平面布置置；計算設計計流量；管道道直徑和坡度度計算；管道道埋深設計；；附屬構筑物物設計。雨水水管道系統及及時地匯集并并排除暴雨形形成的地面徑徑流，防止城城市居住區與與工業企業受受淹，以保障障城市人民的的生命安全和和生活生產的的正常秩序。2.3水水工藝與工程程水質、水質指指標和水質標標準（1）水質質水質，就是是水及其所含含雜質共同表表現出來的物物理的、化學學的和生物學學的綜合特性性。某一水質質特性，可通通過水質指標標來表達。（2）水質質指標常用的水質質指標有以下下幾種：懸浮物（SSS）：沙礫、懸懸浮固體、漂漂浮物。生化需氧量量（BOD）：在有氧氧條件下，好好氧微生物氧氧化分解單位位體積水中有有機物所消耗耗的游離氧的的數量（mg/L）,是一種間接接表示水被有有機污染物污污染程度的指指標。化學耗氧量量（COD）：用化學學氧化劑氧化化水中有機污污染物時所消消耗的耗氧量量，主要作為為工業廢水的的污染指標。pH值：反反映水的酸堿堿強弱的指標標。細菌總數：：一般指大腸腸桿菌群數。有毒物質：：指達到一定定濃度后，對對人體健康、水水生生物的生生長造成危害害的物質。（3）水質質標準生活飲用水水的四項基本本水質標準：：濁度：渾濁濁的天然水在在一般情況下下對人體沒有有多大影響，自自來水濁度越越低，水中污污染物含量也也越低，水質質就越好。國國家《生活飲飲用水衛生標標準》規定濁濁度不得大于于3NTU。余氯：飲飲用水經過加加氯消毒，在在一定時間后后仍有適量的的余氯存在于于水中，以控控制細菌繼續續繁殖，保證證持續的殺菌菌能力。國家家《生活飲用用水衛生標準準》規定在與與水接觸30min后應不低于0.3mgg/L,集中式給水水除出廠水應應符合上述要要求外，管網網末端水不應應低于0.05毫克/升。細菌總數數：細菌總數數是微生物指指標，消毒后后水中的細菌菌總數，在一一定程度上可可反映微生物物污染程度。水水中大多數細細菌并不致病病，當然自來來水中細菌總總數越少越好好。國家《生生活飲用水衛衛生標準》規規定每毫升水水樣細菌總數數不得大于100個。總大腸菌菌群：總大腸腸菌群是飲用用水的微生物物安全性指標標，如果飲用用水中總大腸腸菌群沒有檢檢出，說明飲飲用水無腸道道致病菌存在在。國家《生生活飲用水衛衛生標準》規規定每升水中中總大腸菌群群小于3個。工業用水的的水質標準主主要有懸浮物物（mg/L）、總硬度度（me/L）、總堿度度（me/L）、pH值、溶解氧氧（mg/L）等。水處理工藝水處理工藝藝是水工藝與與工程學的技技術主題，是是以水質為中中心的水處理理技術的總稱稱。隨著水工工業基礎學科科如水力學、化化學和微生物物學等理論的的逐步深入完完善、社會經經濟發展對給給水水質和污污水處理要求求的提高，水水處理工藝在在原有給水處處理和污水處處理技術基礎礎上，得到迅迅速發展和提提高，加強了了水科學和工工程學科體系系的技術支柱柱。水處理工藝藝體系包括一一下幾個技術術內容：（1）物理理水處理技術術：以物理方方法為主的水水處理技術，主主要有吹脫、氣氣浮、蒸發、蒸蒸餾、物理場場（電磁、超超聲、微波）處處理等。（2）化學學水處理技術術：以化學和和物理化學方方法為主的水水處理技術，主主要有：沉淀淀、絮凝、過過濾、催化氧氧化、光化學學氧化、中和和、吸附、離離子交換、水水質穩定和膜膜處理技術等等。（3）生物物水處理技術術：以生物方方法為主的水水處理技術，主主要有：各種種天然的和人人工的好氧處處理、厭氧處處理技術以及及水生生物處處理技術等。水工程技術水工程技術術是水工藝與與工程學的重重要組成部分分，它是研究究運用工程技技術和有關學學科的原理、工工藝方法，在在水的開采、加加工、輸送、利利用、回收和和再生回用以以及排放的過過程中保持良良性社會循環環，使其滿足足人和社會持持續發展需求求的工程學科科。水工程技術術的主要內容容包括：給水水工程技術、污污水工程技術術、污水再生生回用工程技技術和建筑給給排水工程技技術。給水工程技技術是以滿足足城市和工業業用水為目的的，研究水的的開采、處理理和輸配的工工程技術；污污水工程技術術是研究城市市和工業污水水的匯集、處處理和處置以以及排放的工工程技術；污污水再生回用用工程技術是是使生活污水水和生產廢水水經過必要的的處理，恢復復其使用價值值，回用于工工業、市政綠綠化、沖洗洗洗滌、地下水水回灌和補充充地面水等方方面的工程技技術，它幾集集水的回收、處處理、利用于于一體，是水水的社會循環環中的一個子子循環。建筑筑給水排水工工程技術則是是研究工業與與民用建筑的的生活、生產產和消防用水水供應和污水水的匯集、處處置，以創造造衛生、安全全、舒適的生生活、生產環環境的工程學學科。3.城市市水工程學科科的未來水是生命之之源，與人類類生活和社會會發展息息相相關，是地球球上一切生物物生存的物質質基礎，也是是人類社會不不斷進步和發發展的基礎。我國的水危危機形勢嚴峻峻，人均水資資源量只有世世界平均量的的l/4，