由來：1992年6月聯合國環境與發展大會：“水不僅為維護地球的一切生命所必須，而且對一切社會經濟部門都有生死攸關的重要意義”。做法：自1993年，各國根據各自國情，就水資源保護與開發開展活動，以提高公眾意識。2013年主題：“水合作”

(WaterCooperation)

21世紀水資源危機：工業、農業、生活用水增加26、15、18倍。1

城市水工程概論

（IntroductiontoUrbanWaterEngineering）

類型：給水排水工程專業基礎課（學分1.5）學時：24任務與內容：初步了解主要專業課的基本知識（水資源的保護與利用、給水排水管道系統、水質工程、建筑給水排水工程、水工藝設備、水工程施工）。要求:對給水排水工程本科專業要求的基礎理論、專業技術以及相關學科的主要內容有一個宏觀、概況的了解。教材:《城市水工程概論》李圭白等編，中國建筑工業出版社參考書：1.李圭白,張杰.水質工程學[M].北京:中國建筑工業出版社.2005.2.王增長.建筑給水排水工程[M].北京:中國建筑工業出版社.2005.3.劉遂慶,嚴煦世.給水排水管網系統[M].北京:中國建筑工業出版社.2008.4.黃廷林.水工藝設備基礎[M].北京:中國建筑工業出版社.2009.23無污染、不含有害物質含必需礦物質和微量元素弱堿性、小分子、活性強8杯水第一章城市水工程學科與水工業內容：1.1水的自然循環與社會循環1.221世紀的朝陽產業-水工業1.3水工業的主要學科重點：水的自然循環與社會循環水的社會循環的工程設施41.1水的自然循環與社會循環1.1.1水的自然循環(hydrologiccycle)

5內因：水的三態轉化特性動力：太陽輻射（23%）和重力作用范圍：地上11Km對流層頂

---地下1Km形式：蒸發、降水、徑流作用與意義：維護水量平衡、更新淡水資源、影響氣候、生態和地貌人類活動影響（局部）：砍伐森林：破壞南水北調：水資源調節城市引水：引漢濟渭1.1.2水的社會循環(socialcycle)

6人們為了生活和生產的需要，由天然水體取水；經適當的處理后供生活和生產使用，用過的水又排回天然水體。1.1.2水的社會循環

一.生活用水

1）.生活和家居用水：飲用、洗滌、沐浴、沖廁（140L/人·d）

2）公共用水：公共建筑、綠地、道路、消防、工廠生活用水。

生活用水總量：210L/人·d,約250億m3/年,

占全國總用水量4.5％。7

二.生產用水：

原料－飲料、釀酒工藝－印染、制糖、有機合成鍋爐－蒸汽、熱水冷卻－設備、氣體、液體

生產總用水量約1100億m3/年，占全國總用水量20％。三.農業用水：總用水量約4200億m3/年，占全國總用水量75.5％。8一.概念

從天然水體取水，不對水體生態環境產生不良影響；對城市污水、自來水廠生產廢水進行處理，使其排入水體不會造成污染，實現水資源的可持續利用。如何實現？必需從整個流域水的良性循環著眼。流域內水有不同尺度的社會循環：流域尺度的水循環（優化）、城市的水循環（回用）、工業區的水循環、工業企業的水循環、建筑小區的水循環、樓宇的水循環等。91.1.3水的良性社會循環及水資源的可持續利用污水處理與回用一級處理（物化）和二級處理（生物）工業用水約占城市用水量的一半左右，生產污水再生回用，可使城市自然水耗量減少30％左右。城市污水處理后回用于工業生產，減少向自然水體的排污量，帶來可觀的環境效益。減少污染物的排放（清潔生產，減少三廢排放）工業企業－循環循序用水城市污水－中水道污水灌溉改進生產工藝10二、水資源的可持續利用的途徑開源海水、微咸水的開發利用（沿海）；雨水的綜合利用（景觀、中水、補給地下水）。大力發展水處理技術受污染水源水的處理（水源修復、破壞分層、強化常規處理、預處理、深度處理）遠距離輸水111.1.4節水和多渠道開源緩解水危機的有效途徑一.水資源的浪費，用水效率不高

1.工業用水的重復利用率低30－40％（要求75－85％）

2.跑冒滴漏嚴重：衛生器具，管網（＞10％，4億m3/年）

3.公共生活用水浪費驚人

4.農業用水利用系數低0.45應為（0.7-0.8）12二.節水措施節水策略：產業與用水結構（最重要）提高節水意識，推廣節水技術和節水器具積極執行節水政策（如階梯水價、經濟補償等）節水技術：節水灌溉與節水農業工業節水：提高工業用水重復利用率供水系統節水（輸配水、生產）中水道131.1.5水的社會循環的工程設施一.水資源的保護和利用:防護帶，工程規劃二.取水工程：取用地表和地下水源水三.水泵站：給水，污水（提升）四.給水處理廠：自來水生產五.調貯構筑物：水量調節、儲水六.輸配水系統：原水、自來水七.建筑水工程：建筑冷、熱、消防、雨水八.工業水工程：工業生產、生活、消防用水和廢水局部處理14

九.污水排水系統：污水收集和排放，排水井、檢查井、消能井，泵站十.污水處理廠：污水處理、回用十一.雨水排水系統：雨水收集和排除十二.防洪工程：排洪溝渠、河流整治十三.農業水工程：灌溉151.221世紀的重要產業－水工業1.2.1水工業的產生和發展：過去：計劃經濟現在：市場經濟，國家控股、自負盈虧1.2.2水工業的組成一.運營業：原水、自來水、污水（水務集團）二.建設業：建設、安裝三.設備制造：管材、設備、儀表、控制四.知識產業：科研、設計、開發、服務161.2.3水工業的特點（與給水排水相比較）

一.水量→水質二.高新科技的應用：計算機和自動控制技術促使水工業的產業化、技術集成化。三.土木型→設備型四.管理科學化水資源管理系統供水優化調度系統給水污水處理設施運行管理水工業管理信息庫等171.3“城市水工程”學科1.3.1“城市水工程”學科：以水的社會循環為研究對象，以水質為中心，研究水質和水量的變化規律，以及相關的工程技術問題，在社會主義市場經濟條件下，一實現水的良性社會循環和水資源的可持續利用為目標的工程技術學科。1.3.2與其它學科的關系一.與水利工程學科18

1.水資源：水利：整個流域城市水工程：城市和工業周圍

2.取水：均為地表水、地下水

3.農業用水：隨養殖業的工廠化合灌溉技術的發展使之部分轉入水工業領域。

4.水質方面：水利－物理（泥沙）－力學、水力學。

城市水工程－物理、化學、生物－水力學、水化學、微生物學19

二.與土木工程學科的關系

1.傳統的給水排水工程是土木工程的分支

2.城市水工業以水質為主要矛盾，逐漸實行設備化，從土木工程學科中分離出來成為相對獨立的學科。三.與環境學科的關系

1.研究對象：環境：水、氣、渣、噪聲、熱、光、電磁輻射。（工業廢水為主）城市水工程：水

2.二者交叉日趨減少20第二章水資源的保護和利用內容：2.1地球上的水資源

2.2水的自然循環與社會循環

2.3.中國水資源狀況

2.4水資源的開發利用工程

2.5水資源的保護與管理重點：1.水源種類及特點

2.地下水和地表水取水構筑物參考教材：水資源的保護和利用21第二章水資源的保護和利用

2.1地球上的水資源2.1.1水資源：狹義：目前可被人類直接開發和利用的水。廣義：地球上所有的水。一.利用條件：1.技術上可行：海水？2.經濟上合理3.不影響生態平衡：冰川？4.處理后達到需要的標準（如地表水源3級）22

二.水資源的特征

1.流動性：利：可攔蓄、調節、引調弊：洪澇、泥石流、水土流失、侵蝕

2.溶解性：利：生物有用的物質弊：水污染

3.再生性（但有有限性）

4.時空上分布不均雨季集中、南多北少

5.社會性、商品性滲透社會方方面面特殊的商品

23西北旱區總面積占全國1/3，水資源僅占8%西北旱區水資源利用率75%（國際警戒線40%）汛期徑流集中全年的80%，枯期斷流全國50%冰川分布在西北旱區，總融水量230億立方米2.1.2地球上的水資源：總量很大14.6Km3，但淡水只占2.7％，其中77.2％集中于兩極冰川，故可利用的水資源不足。一.淡水資源

1.液態：江河（＜0.01％）、湖泊和沼澤（約0.35％）、土壤水和地下水（22.4％）

2.固態：存在于兩極及冰川（77.2％）

3.氣態：大氣圈（小于0.01％）24

二.海水資源（包括咸水湖、咸地下水）約占地球總水量的97％。

1.制淡水－中東、沿海如天津海水冷卻量我國100億M3，世界2000億

2.化學資源－鹽及其它

3.動力－發電：表面波，潮汐，內波

4.生物－魚三.水能資源：50.5億KW

三峽：投資954億，裝機容量1820萬千瓦，年發電847億千瓦時252.2.1水的自然循環一.自然循環

26

1.大循環－海-陸循環（外循環）

2.小循環－陸-陸循環、海-海循環（內循環、局部循環）二.循環量海洋蒸發量＞海洋降雨量（差值為陸地降水量）更替期：海洋、冰川很長，河流、大氣水很短27（P24表）28

三.特征

1.全球每年蒸發量=降雨量

2.海洋蒸發量是降雨的主要來源

3.海陸交換量占循環量的7.2％

4.水循環量占全球總水量的0.04％

5.不同水體循環速度差異大、更新快的水資源利用率高，水質恢復快。水源水庫：半年以上，水質特征292.2.2水的社會循環一.水與人的關系

1.生命之源：組成人體（65－70％）、參與生命活動

2.環境：光合作用釋放的氧氣來自于水海洋氣溫調節（比熱大）

3.農業的命脈（占總水量73%）

4.工業的血液

5.交通運輸、水能（航運、清潔能源）

6.城市繁榮的基本條件（沿河而居）文明之源，靈感之源30

二.水的社會循環（良性循環）312.3中國的水資源2.3.1概論

大氣降水是河川徑流及地下水的補給來源

P=R+E+Ug

降水量

徑流

蒸發

地下水潛流量

W=R+Q-D

水資源總量徑流地下水地下水和地表水轉化的重復量按流域把全國分為十一區，各區水資源量見P29表。32332.3.2我國水資源的特點

一.總量大（2nd）但人均、畝均量少(44th)。二.地面分布不均，東南多，西北少。三.時間上分布不均（季風）342.3.3我國水資源緊缺的社會因素一.用水量增加：

1.人口2.用水標準210L/人.D

二.農田用水量大，用水效率低（干旱半干旱地區大）三工業用水量增長迅速，用水效益差四.地下水過量開采五.水污染嚴重六.浪費嚴重、用水方式落后352.4水資源的開發和利用2.4.1水源及其特點

一.地下水：上層滯水、潛水、承壓水、泉水優點：水質澄清（濁度低、含菌少）；水量和水溫較穩定、分布面廣；易取水、易處理，費用低。缺點：硬度高（含鹽高），徑流量小，受污染后恢復難二.地表水：江、河、湖泊、水庫、海洋優缺點：相反36各種典型水體的水質特點(1)江河水：水質因地域、土質和季節而異。一般雨季較渾，濁度年均數百NTU。含鹽量、硬度較低。華北、西北（黃土），SS萬mg/L,濁度冬春季幾十到夏秋季幾萬NTU，徑流量小，有機物附著在泥沙上季節性高負荷污染。(2)湖泊水庫水：HRT長導致低濁、易富營養化和高藻。深水水庫夏秋分層，底部缺氧導致底泥污染物釋放，形成內源污染，冬春季翻庫混合，總氮超標、高藻高色、有機污染，富營養化逐年加劇。西北旱區少降雨高蒸發導致含鹽量、硬度較高。(3)地下水：過去水質好，現在淺層補給地下水為主，鐵錳、氨氮、有機物、色度、嗅味、生物季節性復合污染。(4)海水：高含鹽量，7.5－４３g/L。372.4.2地下水取水一.地下水存在的形式及類型

1.存在形式（氣、液、固）（1）氣態水:來自蒸發，存在于未被水飽和的巖石空隙、易流動、分子態。（2）吸著水：緊貼巖石顆粒表面的薄層水（分子力/靜電力），數十個分子層，不受重力支配、不傳遞靜水壓力，不溶解鹽類等。5%-18%。（3）薄膜水：吸著水外層，數百分子層，粘性較大、能被植物吸收。過渡性

（4）重力水：可以傳遞靜水壓力，有溶解沖刷性，易流動可用作水源。38

（5）毛細管水：半自由水，受表面張力影響。（6）固態水：冰凍層

2.地下水的垂直分布圖2-339吸著水薄膜水地下水位以下地下水位以上吸著水3.地下水類型圖2-41隔水層2透水層3飽水部分4潛水位5承壓水測壓水位6泉7水井

a上層滯水b潛水c承壓水地表補給

穩定40（1）上層滯水：包氣帶中滯留于局部不透水鏡體上。特點：量小、水量不穩定、水質差、易污染。應用：小型、臨時水源（2）潛水：第一隔水層之上，有自由表面的重力水。特點：分布與補給區基本一致，水量變化大。應用：小型、臨時水源（3）承壓水：充滿于兩個隔水層之間的重力水。特點：無自由表面、分布與補給區不一致、水量穩定、不易污染。應用：適宜水源41

二.地下取水構筑物：管井、集水管（渠）、大口井、復合井與輻射井1.管井/圖2-51井室：保護、安裝深井泵等設備，地上、地下

2井壁管：加固井壁、隔離不良水層，材質/金屬深

3過濾器：進水、保持填礫與含水層穩定，類型

4沉淀管：沉淀砂粒

5粘土

6填礫：穩定、透水、改善管井工作性能42管井建造：鉆鑿井孔（分段/不分段）、井管安裝、充填礫石、管外封閉、洗井（活塞/空氣）、抽水試驗（Q-△H）。管井尺寸：d=150-1000mm常用150-600mmH=10-1000mH＜20-30m淺井

H＞20-30m深井

Q取決于含水層和過濾器特性應用：深層的砂、卵石含水層，砂層用濾網運行問題（產水量減少）：1）過濾器或其周圍填礫、含水層堵塞2）地下水位下降、地下水流失432.大口井：D=3-8mH＜20m(圖2-6)

應用：埋深較小的地下水完整式非完整式進水范圍大，不易堵塞填礫443.水平集水管和滲渠：水平鋪設在含水層中的集水管，取地下水。滲渠可部分或全部取地表水，坎兒井。￠0.6-1m

一般埋深4-7米，適于埋深＜2米、厚度＜6米含水層東北、西北山區河流，礫石河床，可全年取水。45464748494.復合井與輻射井加大進水面積復合井：非完整大口井與管井組合輻射井：大口井與水平集水管組合502.4.3地表水取水構筑物：水質、地質好，靠近主用水點一.影響因素：

1.河流的徑流變化（水量、水位、流速的變化）歷年最高、低水位，逐月平均、常水位歷年最大、小流量；歷年最大、小、平均流速

由最高、低水位和最小流量，按水文頻率法計算不同設計頻率的數值

2.泥沙運動及河床演變（穩定河段）泥沙源于徑流對土壤的沖蝕，水流對河床/岸的沖刷。推移質泥沙：較粗，河底前進，5-10%，影響河床演變懸浮質泥沙：較細，懸浮于水中，隨水而進泥沙起動流速：由對轉動中心的力矩平衡計算

河床演變與水流、水體含沙量分布

3.河床地質條件：好，穩定

4.冰凍：緩水，急流水內冰，浮冰，冰封，解凍流冰

5.水工構筑物和天然障礙物：改變水流，河床演變511.固定式（圖2-8）（1）岸邊式：河岸較陡、岸邊深度大、水位變化小、水質及地質條件好時。（2）河床式：岸坡平緩、主流離岸較遠、岸邊缺乏取水深度、水質不好時。（3）斗槽式：取水口附近設堤壩形成斗槽，加大取水深度，并起預沉淀作用。用于水量小、泥砂量大、冰凌嚴重時。52圖2-8適用條件：河岸較陡、岸邊深度大、水位變化小、水質及地質條件好。組成：進水間、取水泵站。有的設置分層取水裝置。合建：緊湊、占地少、水泵吸水管短、管理方便。地基好：進水間和泵站階梯布置，可利用吸水管高度減少泵站高度。地基差：進水間和泵站相同標高，土建費用高、管理不便。分建：岸邊條件差或有利于施工時53圖2-8自流管取水虹吸管取水水泵直接取水橋墩式取水54圖2-8適用于含沙量大、冰凌嚴重、取水量大順流：槽前壅水，取表層水逆流：虹吸導致水位降、環流，底部水為主雙流：含沙量大（順流）、冰凌嚴重（逆流）552.移動式（1）浮船：施工簡單、基建費少、靈活性大，但操作管理麻煩、供水安全差。（2）纜車：供水安全、施工簡單投資少適用：水位變化大、水流速度大、風浪大。

3.山區淺水河流（1）低壩式：攔河修壩抬升水位以取水。（2）底欄柵式：由底欄柵、引水廊道、閘閥、沖砂室、溢流堰、沉砂池組成。應用：河床較窄、河底縱坡大、大顆粒推移質多。562.5水資源的保護和管理（自學）提綱：

1.水資源保護的目標和措施

2.水資源管理原則、目標和內容

3.水資源管理措施1-2章作業：1圖解簡述水的自然循環和社會循環。2如何實現水的良性社會循環和水資源的可持續利用？3分析我國水資源的特征及水資源緊缺的社會因素。4簡述水源類型及其特點。5簡述地表水和地下水取水構筑物的主要型式及適用范圍。5758柘林湖水資源保護與綜合利用項目59柘林湖水資源保護與綜合利用項目60柘林湖水資源保護與綜合利用項目柘林湖水資源保護與綜合利用1.工程性措施1）水污染控制建設5鎮生活污水處理廠（生物接觸氧化+人工濕地）農村分散住戶沼氣設施170個建設旅游度假區生活污水處理站1座建設5鎮生活垃圾轉運站2）生態修復與保護合理劃分水源地保護區，建設保護區隔離防護網工程；建設防護林、灌溉、河道整治、水土保持等4個方面的生態修復與保護工程柘林湖水資源保護與綜合利用62防護帶防護林柘林湖水資源保護與綜合利用2.非工程性措施1）提出九江市水價改革機制和政策（如階梯水價）2）建立生態補償機制及政策（產業結構調整）3）提出流域水質保護與監督方案4）提出城市節約用水方案及政策，實施需求側管理5）自來水系統節水方案與推薦技術（原水輸送安全、水處理工藝節水、管網漏損控制）第三章給水排水管道系統3.1給水排水管道系統的任務和組成3.1.1給水管道系統的任務和組成一.任務：水的提升、輸送、分配和用水量調節二.組成：圖3-1（不包括取水構筑物和處理構筑物）64圖3-1651.輸水管道（渠）：渾水、清水輸送管道：一級泵站→水廠二級泵站→配水管網作用：輸水（不配水）特點：流量Q、流速V不變

2.配水管網：向用戶配水

3.泵站：一級泵站抽送水至水廠二級泵站抽送水至輸配水管網

664.水量調節構筑物：清水池、水塔（高位水池）大城市一般用二級泵站內水泵調度來實現。

5.附屬構筑物：閥門井、檢查井、消防栓、水表井、放空井、排氣井、水錘泄壓井等。673.1.2排水管道系統的任務和組成一.任務：收集各類污水和廢水并把它們送至指定地點。污廢水：生活污水（居民區、公共建筑、工廠）工業廢水（生產污水、生產廢水）雨水（含冰雪融化水）

68

二.組成：圖3-2

691.污水支管：收集用戶的污水并排至干管

2.污水干管：收集支管污水并排至主干管

3.污水主干管：收集各干管污水并送至污水廠

4.雨水支管：匯集來自各雨水口的雨水并送至干管

5.雨水干管：匯集雨水支管雨水送往水體

6.附屬構筑物：檢查井、雨水口、泵站、出水口、跌水井、倒虹管、水封井、排氣井、防潮門、沖洗井等703.2.1給水管道系統的規劃和布置一.給水管道系統的總體布局

1.統一供水系統：生活飲用水、工業用水等都按生活飲用水標準，用統一的管道系統供給用戶。（圖3-1）特點：簡單適用：城市地形起伏較小，建筑層數差別不大，各用戶對水質水壓要求差別小的城市和大型工業區。712.分質供水系統：用不同的管道系統將不同水質的水供給用戶。生活飲用水生產用水其它低質水系統直接飲用水特點：復雜但節約水處理系統，節約水資源適用：工業區、水資源短缺地區723.分區供水系統：城市各區域建設獨立的給水管道系統（圖3-3）適用：城市地形高差大（1）并聯：高區和低區用同一泵站內高壓和低壓泵分別供水優點：安全可靠、管理方便缺點：高壓管道長（2）串聯：高區重新用泵站加壓供水優點：高壓輸水管短缺點：增加泵站、可靠性差73圖3-374圖3-4754.區域供水系統：兩個以上城鎮用同一管道系統供水優點：統一規劃、合理利用水資源缺點：投資大、管理水平要求高二.配水管網布置輸水管來水→干管→分配管→接戶管

761.樹枝狀：投資少、安全性差－小城鎮圖3-5772.環狀網：投資大、安全性高－大中城市圖3-6783.多為二者結合（中心區：環狀、邊緣：樹枝狀）布置要求：遍布用水區、力爭最短、有發展余地、沿道路79

三.輸入管渠布置

1.管線數一條：供水安全度要求低時二條：供水安全度要求高時

2.盡量短、沿道路、少占或不占農田

3.避免穿越河谷、鐵路等

4.避免穿越不良地質區

5.利用地形、優先考慮重力流80

四.長距離輸水管渠和引水工程

1.特點：投資大、工程復雜

2.注意點：（1）盡量利用現有河流（2）管材選用不限一種（3）防止水質污染（4）一般用雙線813.2.2排水管道系統的規劃和布置一.排水體制

1.合流制：生活污水、工業廢水和雨水用一個管道系統匯集排除。可分為直流式和截流式。（圖3-7）82圖3-783

（1）直流式混合污水未經處理污染水體，一般不用。（2）截流式晴天：城市污水→合流支管→合流干管→溢流井→截流干管→污水廠→水體雨天：混合污水→合流支管→合流干管→溢流井→截流干管→污水廠→水體→溢流管→水體特點：減輕了對水體的污染，但雨天時溢流混合污水對水體仍有污染。842.分流制：生活污水、工業廢水、雨水采用兩個或兩個以上的排水管渠系統匯集排除。（1）完全分流制（圖3-2）污水系統－生活污水、生產污水雨水系統－生產廢水、雨水（2）不完全分流制：不建或合建部分雨水管渠，雨水沿道路邊溝、原有溝渠流入水體適用：城市或工廠分期建設初期853.兩種體制比較合流制優點：簡單、造價低、管理量小缺點：對水體造成污染，對污水廠運行不利分流制：反之86

二.排水系統的布置

1.定線原則：充分利用地形，以最短的距離和較小的埋深使盡可能多的廢水以重力流的形式排除。

2.平面布置（1）充分利用地形，順坡布管（2）平行道路（3）順序：主干管→干管→支管

87

（4）主干管：城市最低處，沿河干管：流域最低處（有集水線）流域中間（無集水線）（5）埋深過大時加泵提升（6）地質良好處（7）盡量避免與河流、鐵路、山谷交叉，不可避免時正交通過883.3給水排水管道系統主要設計內容、

方法和要求3.3.1給水管道系統一.設計步驟

1.平面布置和定線

2.設計流量求定

3.求出D4.求水頭損失

5.求二級泵站揚程、水塔高度

6.水量調節構筑物（清水池、水塔、水庫）的容積89

二.設計流量Q的求定：確定設計規模

1.各部分設計流量選定一級泵站、原水輸入管：最高日、平均時用水量（設計年限內，用水最多的一天內的平均流量）二級泵站：有調節時，按用水量變化分

2-3級供水無調節時，最高日最高時流量（設計年限內用水量最多的一天中用水量最大的一個小時的用水量）90

清水輸入管道：有調節時，最高日最高時流量－水塔輸出流量無調節時，最高日最高時流量配水管網：最高日最高時流量最高日Q=q*N（m3/d）

q－最高日標準N－設計人口數如q=100L/人*dN=1000人則：

Q=100X1000=100000L/d

最高日最高時Qmax=Q*Kh=150000L/d91

2.配水管網的管段設計流量管段總流量包括：（1）沿線流量qv：小用戶，沿管段全長配出（2）集中流量qj：大用戶92

管段總流量包括：（1）本段流量：從本段內配出的流量（20L/S）（2）轉輸流量：通過本管段轉輸至后面管段的流量(100L/S)

節點：各設計管段的起、終點節點流量的求定：把管段內的沿線流量變成僅僅從管段起、終點流出的節點流量（起點、終點各分一半）簡化計算（原則：轉換前后水頭損失不變）

93

上圖將變為

5－6管段設計流量為115L/S94

（1）樹枝狀管網：管段設計流量等于以后各節點流量之和95

管段設計流量

4－5q58－9q94－8q8+q93－4q4+q5+q8+q93－7q72－3q3+q4+q5+q7+q8+q92－6

q61－2q2+q3+q4+q5+q6+q7+q8+q9

96

（2）環狀網圖3-1097

四個環、九個節點、十二個管段環數+節點數-管段數=1

復雜：各管段內水流方向不好確定（5-8）辦法：1.擬定各管段的水流方向

2.分配各管段的設計流量原則：節點流量平衡（進入節點流量=流出節點的流量）注意：有無窮分配結果時，水力計算中調整如Q=Q2-3+Q2-5+q2

98

三.水力計算

1.管徑計算：

D：管內徑（m）Q：設計流量（m3/s）

v：管內設計流速（m/s）w：過水面積（㎡）

Q一定：v變大D減小造價低，水頭損失大

v變小反之故經濟流速：對應于管網造價和運營費用最低時的流速

99

2.水頭損失求定（1）樹枝網

Q→D管段水頭損失h→

水泵揚程及水塔高度（2）環狀網：需要進行管網平差計算100

（1）各節點總Q=0（連續性方程）流入-流出+

（2）各環總h=0（能量方程）順時針+逆時針-①按預分流量選各管段管徑②確定各管段水頭損失h2-32點水壓H2已求出按2-3-5線H5=H2+h2-3-h3-5

按2-4-5線H5’=H2-h2-4-h4-5

101H5-H5’=Δh

但兩者不能相等，但5點水壓是唯一的應調整預分流量使得Δh→0（＜允許值）

3.水泵揚程：水泵對水加壓，使水提升的高度。

H=H1+H2+hH：水泵揚程（m）

H1：靜揚程（控制點地面與水泵吸水井最低水位的高差）102H2：服務水頭（m）一層10mH2O

二層12m

三層16m

四層20m……

h：管路水泵損失（m）包括：泵房內、輸水管、配水管1034.優化設計考慮（1）水量、水壓的保證性（2）供水的可靠性（3）水質安全性（4）經濟性（1）（2）（3）條均難以量化故目前優化設計僅限于經濟型1043.3.2排水管道系統的主要設計內容、方法和要求。一.污水管道設計步驟①平面布置、定線②設計管段設計流量計算③水力計算（確定各管段D、i、

h/v、v，確定各點的高程）

1.設計流量計算（居民區、公共建筑工廠）最大日最大時105

（1）平均流量Q平均（平均日平均時污水量）

n：居民生活污水量標準（每人每日平均排出的污水量（L/人*d）按給水量的

70-80％計）

N：設計人口數106

（2）總變化系數KzQ平≤5L/sKz=2.3Q平≥1000L/sKz=1.3

（3）設計流量Q=Q平XKz

107

（4）設計管段的污水設計流量管段：兩個檢查井之間的管道設計管段：Q、D、i均不變的若干管段組成設計管段的設計流量包括：①沿線流量：居民區②集中流量：工廠、大型公共建筑108

例：

已知：街坊甲N=10000人n=100L/人*d

街坊乙N=8000人n=120L/人*dQ工=20L/s109

解1-2管段：

Q1-2=11.57x2.06=23.83（l/s）

2-3管段：Q2-3=Q1-2+Q2=43.83（l/s）

1103-4管段：街坊乙平均流量=

Q平=11.57+11.11=22.68（l/s）

Q3-4（居）=22.68x1.92=43.55（l/s）

Q3-4=43.55+20=63.55（l/s）

111

注意：1.沿線流量與集中流量直接相加

2.沿線流量確定：先求總的平均流量再求Kz，最后求出設計流量（書上P61算法是錯誤的）1122.污水管道的水力計算（1）設計數據：

v小≤v≤v大

v小=0.6m/sv大=10m/s（金屬管）

v大=5m/s（非金屬管）

h/D≤（h/D）大（h/D）大=0.55-0.75（不滿流）

D≥D小

D小=200（街坊）

300（街道）113I≥I小

D=200I小=0.004D=300I小=0.003

（2）埋深：管內底至地面的距離覆土厚度：管外頂至地面距離最小覆土厚度：荷載：軌道小0.7m

冰凍用戶支管接入最大埋深：過深時造價大、難管理114

（3）水力計算方法①根據Q、I地選D、i、h/D、v（圖表）②從上游到下游進行高程計算二.雨水管道

1.設計流量計算

Q=Ψ*q*F（l/s）式中：Ψ：經濟系數Ψ（＜1）

F：匯水面積（ha104㎡）

q：設計暴雨強度（l/s104㎡）單位時間單位匯水面積降雨量按設計重現期計P（1-3a）1152.設計數據

v小≤v≤v大

v小=0.75m/sh/D=1（滿流）

D≥D小

D小=300mmI≥D小

D=300I小=0.0033.水力計算與設計流量計算交叉進行

4.埋深要求同污水管道

5.雨水調節－雨量調節池（天然洼地、池塘）116

例：圖已知：F1=F2=F3=5X104㎡

Ψ=0.5t1=10min

t1-2=2mint2-3=1.5min

117

解：選P=1a

注：t-設計降雨歷時t2：管內流動時間

t=t1+2t2

118

三.合流制

1.設計流量計算（1）合流管道：119

（2）截流干管

1202.水力計算：同雨水管道基本相同，但應進行旱流校核（求晴天時管內V和h/D）四.排水管道優化設計：按一次投資和償還期內運營費最小求出1213.3.3給水排水泵站一.作用：提升抽送二.主要參數：揚程、流量三.常用水泵：葉輪泵（往復泵、隔膜泵）按葉輪形狀：離心泵（Q小H大）軸流泵（Q大H小）混流泵（居中）按泵軸方向：立式臥式

122

按提升流體：清水泵污水泵潛水泵、潛污泵四.泵站：一級、二級：加壓、循環污水、污泥、雨水、合流地上、地下、半地下1233.4給水排水管道系統的運行管理要求：保證用水對水量、水質、水壓的要求保證供水安全、排水安全經濟3.4.1給水管網運行管理一.檢漏

1.漏水原因：管材差、試用期過長管道接頭不嚴閥門損壞基礎下沉1242.檢漏方法：音聽法、區域裝表法、區域檢漏法二.腐蝕、結垢

1.腐蝕原因：電化學、水中O2、酸

2.措施：陰極保護、涂層、用非金屬管道

3.結垢因素：水中暫時硬度

4.措施：水流沖洗、水氣沖洗、化學清洗機械刮除125

三.水質改善

1.水質變差原因：①水垢、沉積物②微生物③水中含鐵錳→氧化→鐵紅色

2.改善措施：中途加氯除鐵錳涂防腐層定期清洗水泵126

四.水壓、流量測定

1.水壓測定：自動壓力閥、人工測定

2.流量測定：超聲波流量計電磁流量計五.管網調度：通過計算機進行目的：提高供水服務質量，降低輸配水電費，提高供水安全性，取得最好的社會效益和經濟效益。1273.4.2排水管道的運行管理一.管渠清通、水力、機械二.維修三.泵站的運行調度：泵站間協作工作吸水池水位控制四.安全1283.5給水排水管道材料3.5.1給水管道材料一.選用時考慮因素

1.管道承受內壓和外荷載強度

2.耐腐蝕性能

3.使用年限

4.運輸施工難度

5.內壁光滑程度

6.價格129

二.常用材料

1.鋼管：無縫、焊縫

2.鑄鐵管：灰口、球墨

3.混凝土管：混凝土管、自應力管、預應力管

4.塑料管：聚氯乙烯（UPVC）高聚度聚乙烯管（PE）聚丙烯管（PP）

…1305.金塑復合管：PVC襯里鋼管：內PVC外鋼

PE襯里鋼管鋁塑復合管

…1313.5.2排水管渠管材一.要求：

1.足夠的強度

2.耐沖刷、耐腐蝕、耐磨損

3.內壁光滑

4.不透水

5.價格低、就地取材

6.運輸施工容易132

二.常用材料

1.混凝土管和鋼筋混凝土管（D=400為界）

2.陶土管：街坊內、酸性廢水

3.金屬管：壓力流排水管、荷載大處

4.塑料管：UPVC、PE、ABS玻璃鋼類砂管

5.大渠渠道：磚、石、砼、鋼筋混凝土133作業1.計算下圖中各管段的給水設計量1342.在下圖的環狀網配水管網中進行流向確定和流量分配。1353.求出下圖各設計管段的污水設計流量已知：街坊一F=5X104㎡P=500人/104㎡n=120L/人*d

街坊二F=4X104㎡P=500人/104㎡n=100L/人*dQi=30l/s1364.求下圖中各設計管段的雨水設計流量已知：F1=F2=F3=6ha

Ψ=0.6t1=10minq=800/t0.45（L/s*104㎡）

t1-2=2mint2-3=2.5min137第四章水質工程4.1水質、水質指標和水質標準4.1.1水質：水及所含雜質共同表現出來的物理、化學和生物學的綜合特征一.水的特征：

1.水分子極性很大（帶正電荷的氫氧原子核與帶負電的電子分布不均，一端帶正電一端帶負電）

2.有很強的生成氫鍵的能力1383.0℃-4℃不符合熱脹冷縮的規律

4.比熱最大

5.溶解及反應能力強

6.表面張力僅次于汞

7.毛細、潤濕、吸附等界面特征明顯

8.是有機物及生命物質中氫元素的來源二.水中的雜質：

1.懸浮物（固體）、泥砂、微生物、腐殖酸蛋白質

2.溶解物139

三.水質指標

1.物理指標：溫度、色度、渾濁度、嗅、味、電導率、總固體、溶解性固體

2.化學指標：pH、堿度、硬度、陽離子陰離子、總含鹽量、DO

有機物（BOD、COD、TOC）

3.生物學指標：細菌總數、大腸桿菌群落數

140

三.水質標準

1.生活飲用水衛生標準：（GB5749-85）新標準正在制定（P81表4-1）

2.工業用水水質標準：不同工業標準不同

P82表4-2鍋爐用水水質標準

141表4-1142表4-21433.地面水環境質量標準：（GB3838-88）地面水按30項指標衡量分為五類

I類：源頭水、自然保護區

II類：集中式生活飲用水水源地一級保護區

III類：集中式生活飲用水水源地二級保護區

IV類：工業用水區

V類：農業用水1444.污、廢水排放標準（GB8978-88）第一類污染物：在環境和動植物體內蓄積對人體健康產生長期不良影響，主要是重金屬、砷等第二類污染物：長期影響不及前者20項1454.2水的物理、化學、物理化學處理方法4.2.1格柵、篩網一.格柵：平行的金屬柵條，攔截大塊的懸浮物和漂浮物。位置：給水長：取水口污水廠：水泵前二.篩網：金屬線材構成，孔徑較小，可以攔截更小的懸浮物。位置：同格柵1464.2.2混凝和絮凝目的：使水中膠體顆粒形成尺寸較大的懸浮物以利沉淀去除。一.混凝：向水中投加混凝劑，生成與水中膠體顆粒表面電荷相反的帶電物質，中和膠體表面電荷，減小顆粒間的排斥力，聚結而形成易于沉淀的絮凝體。147

二.絮凝：向水體投加鏈狀結構的高分子物質，吸附膠體及顆粒狀物質，形成更大顆粒。三.流程：原水→加藥→混合→絮凝反應→后續反應四.藥劑：混凝劑：鋁鹽、鐵鹽絮凝劑：聚丙烯酰胺（3#）五.應用：給水廠、工廠廢水深度處理1484.2.3沉淀：相對密度大于1的顆粒受重力作用而從水中下沉被去除的過程。一.顆粒沉速u與顆粒的粒徑平方成正比，與顆粒和水的密度差成正比，故密度越大、粒徑越大越易去除。二.沉淀池：平流式、輻流式、豎流式、斜板（管）式（P88圖4-3）149圖4-3150

三.應用：給水廠（反應池后）污水廠（一沉池、二沉池）4.2.4氣浮：將空氣通入水中，并使之形成微小氣泡。氣泡吸附水中微小顆粒一起上浮去除。一.氣泡吸附顆粒的可能性取決于顆粒的潤濕角（接觸角）θ，θ＞90°的物質，疏水性物質，易吸附于氣泡而氣浮去除。

θ是三相接觸點上，固液界面與氣液界面的夾角。（P89圖4-4）151圖4-4152

二.壓力溶氣氣浮法典型流程

應用：給水處理：除藻污水處理：除乳化油1534.2.5過濾一.過濾（粒狀顆粒過濾）：用細顆粒材料（如石英砂）構成濾層，水通過濾層時含有的懸浮物被截留在濾料表面和縫隙中，從而使水澄清。二.反沖：流速足夠大的水自下而上流經濾層，使濾料懸浮，相互摩擦，在水流剪切力的作用下，濾料表面的積泥脫落隨上升水（反沖水）流出濾料得以清洗。154

三.作用：截留懸浮物（細菌、病毒、原生動物等）使渾濁度進一步降低。給水：生活飲用水污水：污水回用1554.2.6氧化還原一.氧化還原：向水中投加氧化（還原）劑使之與水中有毒物質發生化學反應，有毒物質失去（得到）電子，價數升高（降低）生成無毒物質的方法。二.應用舉例：

1.氧化法除Fe4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-1562.亞硫酸氫鈉法除Cr6+2H2Cr2O7+2NaHSO3+6H+=Cr2(SO4)3+3Na2SO4+8H2O（酸性條件）

Cr2(SO4)3+3Ca(OH)2=2Cr(OH)3↓+3CaSO4（堿性條件）

1574.2.7曝氣和吹脫一.曝氣：使水與空氣充分接觸，空氣中的

O2轉移至水中成為溶解氧，同時使水中溶解性氣體揮發而除去。應用：除鐵、錳生物處理供氧二.吹脫：空氣通入水中，使水中溶解性氣體轉移至空氣中。應用：除H2S、NH4、CO21584.2.8中和：向酸堿性廢水中投入中和劑，把

pH調節至允許排放的范圍內。常用藥劑：硫酸、鹽酸、煙道氣（含CO2）

NaOH、Ca(OH)2

白云石、石灰石1594.2.9化學沉淀：向水中投加沉淀劑，使之與水中溶解性物質發生化學反應，生成難溶性物質被除去一.沉淀劑：氫氧化物、硫化物、鋇鹽二.應用：除金屬離子

Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O

HgCl2+Na2S→HgS↓+2NaCl

1604.2.10電解：電解質溶液在電流作用下發生電化學反應的過程。陰極-電源負極陽極-電源正極放出電子獲得電子還原污染物氧化污染物除陽離子氧化有機物

1614.2.11吸附：相界面上物質濃度自動發生累積和濃集的現象。一.吸附過程：向水中投加吸附劑（活性炭），水中的溶解性固體或膠體污染物（吸附質）被吸附于吸附劑的表面。然后將吸附了吸附質的吸附劑從水中除去（沉淀過濾）。最后將吸附劑表面的吸附質除去。吸附→分離→再生162

二.吸附劑：活性炭1000M2/g以上三.應用：去除有機物（酸、苯…）去除無機物（重金屬離子）

1634.2.12離子交換：向水中投加離子交換劑