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城市水工程概论第1页课程概述课程概述v课程性质：课程性质：专业选修v讲课课时：讲课课时：2424课时，课堂讲课v上课教材：上课教材：给排水科学与工程概论，李圭白主编，中国建筑工业出版社，.v参考书籍：参考书籍：给水工程（第四版），严煦世等编，中国建筑工业出版社，1999排水工程，孙慧修主编，中国建筑工业出版社，.建筑给水排水工程，王增加主编，中国建筑工业出版社，.第2页第3页第4页课程考评（闭卷考试)：1.平时（占30%，到课率，作业，课堂表现）2.考试（占70%）第5页绪绪 论论水，是人类最主要自然资源之一。第6页绪绪 论论自然界水自然界水1 1、地球上总水量为、地球上总水量为13.613.6亿立方千米，其中海水约占亿立方千米，其中海水约占9797，淡水占，淡水占3 3，而淡水中大部分储存在极地冰雪中，仅有不到，而淡水中大部分储存在极地冰雪中，仅有不到1 1淡水为淡水为人类所利用，估算约为人类所利用，估算约为300300万立方千米。万立方千米。我国淡水资源总量为我国淡水资源总量为2.82.8亿立方米，居世界第六位。但人亿立方米，居世界第六位。但人均占有量较低，以均占有量较低，以1313亿人口计，人均占有量仅有亿人口计，人均占有量仅有21542154立方米，立方米，只相当于世界人均水资源占有量只相当于世界人均水资源占有量1000010000立方米立方米1/41/4左右。左右。2 2、天然水特点与化学组成、天然水特点与化学组成 因为水是一个很好溶剂，所以在循环过程中于其它物质接因为水是一个很好溶剂，所以在循环过程中于其它物质接触时，或多或少地溶解它们，所以天然水中几乎包含了周期表触时，或多或少地溶解它们，所以天然水中几乎包含了周期表中全部元素。各地天然水组成也不尽相同。中全部元素。各地天然水组成也不尽相同。第7页水分水分水分水分类类类类型型型型水量（水量（水量（水量（10104 4kmkm3 3）v百分比（）大气水大气水大气水大气水1.31.30.0010.001海洋水海洋水海洋水海洋水v1397.21297.212冰川和冰帽冰川和冰帽冰川和冰帽冰川和冰帽292029202.152.15河水河水河水河水0.130.130.00010.0001淡水湖淡水湖淡水湖淡水湖12.512.50.00920.0092盐盐盐盐水湖水湖水湖水湖10.410.40.00770.0077土壤水土壤水土壤水土壤水6.76.70.00490.0049地下水地下水地下水地下水8358350.6150.615生物体内水生物体内水生物体内水生物体内水0.120.120.00010.0001总总总总量量量量135784.85135784.85100.0100.0第8页海洋97.212%0.023%地下水0.615%冰川2.15%湖泊0.0092%生物体0.0001%河水0.0001%大气水蒸汽0.001%土壤含水0.0049%地球上水分布2.788%盐水湖0.0077%对人类有益而又比较轻易开发利用淡水储量为400万km3,仅占地球水量0.3。淡水与人类关系最亲密,而且含有经济利用价值,即使在较长时间内能够保持平衡,但在一定时间、空间范围内,其数量却是有限,并并非非取取之之不不尽尽,用用之之不不竭竭。第9页水圈组成水圈组成 水在地理环境中以固态、液态和气态三种形式相互转化，形成各种水水在地理环境中以固态、液态和气态三种形式相互转化，形成各种水体，共同组成了一个体，共同组成了一个连续但不规则连续但不规则圈层。圈层。第10页水自然循环和社会循环水自然循环和社会循环“黄河之水天上来，滚滚东流能复回黄河之水天上来，滚滚东流能复回”相互联络水体相互联络水体假如河流水假如河流水真真“飞跃到飞跃到海不复回海不复回”了，那么世了，那么世界会发生怎界会发生怎样改变？样改变？“黄河之水天上来，飞跃到海不复回黄河之水天上来，飞跃到海不复回”第11页海洋海洋水汽输送水汽输送地表径流地表径流蒸发蒸发陆地陆地地下径流地下径流水汽水汽下渗下渗降水降水水自然循水自然循环第12页水循环意义水循环意义 1.水循环运动使自然界水连续不停地运动、转化，使地球水循环运动使自然界水连续不停地运动、转化，使地球上各种水体处于不停更新状态。上各种水体处于不停更新状态。第13页2 水循环是地球上最活跃能量交换和物质转移过程。水循环是地球上最活跃能量交换和物质转移过程。（1）缓解了高低纬之间热量收支不平衡；）缓解了高低纬之间热量收支不平衡；（2）把陆地泥沙、有机物和无机盐类输送到海洋；）把陆地泥沙、有机物和无机盐类输送到海洋；第14页3 水循环是自然界水循环是自然界最富动力作用循最富动力作用循环运动，不停雕环运动，不停雕塑地表形态。塑地表形态。第15页水，更是人类生存、生活和生产不可替换宝贵资源。生活生活公共公共用水用水生产生产用水用水农业农业用水用水水社会循环（重点）水社会循环（重点）第16页一、家庭生活用水v食用：v洗粮、菜、餐具、洗涤衣物、洗浴、冲厕、清洗房舍v我国城市居民平均140L（人.d）；全球生活用水量仅占全球总用水量8左右。第17页二、公共用水v社会公共设施：学校、机关、医院、旅馆、饭店、浴室、游乐场所v公园、广场水景、浇洒绿地、道路以及消防。v我国城市居民平均70L/（人.d）第18页三、工业生产用水v1.原料用水 酿酒、饮料、制冰v2.生产工艺用水 制糖、造纸、印染、人造纤维、有机合成等v3.生产过程用水：如洗涤、清洗用水；输送用水；熄火降温用水v4.锅炉用水：用于供给蒸汽、热水v5.冷却用水：用于冷却设备、冷凝设备、冷凝蒸汽、气体、冷却液体等v全球工业用水取水量约为总取水量14左右。第19页v四、农业生产用水v我国1949年农业用水量占总用水量比重为92.7，1980年为83.4，为68.8。年农业用水（含林业、湿地等）占总用水量比重已由1980年83.4%下降到64.5%，20为63.6。v多采取传统大水漫灌方式，当前我国农业用水有效利用率仅为40%左右，远低于欧洲等发达国家70%至80%水平。第20页v水社会循环：人们为了生活和生产需要，从天然水体取水，经适当处理后，满足人们生活和生产使用，用过水又排回天然水体，这就是水社会循环。第21页第22页第23页给水工程示意水工程示意图第24页水利水利工程工程城市水城市水工程工程（给排水（给排水工程）工程）以水社会循环水社会循环为服务对象，为实现水社会循环提供所需工程建设、技术装备、运行管理和技术服务。水工程对自然界地表水地表水和地下水地下水进行控制、治理、调配、保护，开发利用，以到达除害兴利目标而修建工程。主要服务于水自然循环水自然循环及其调控，以预防洪旱灾害。绪绪 论论如：水库、堤、坝、泄洪道、水闸等第25页Contents4、给水排水设备及过程检测与控制给水排水设备及过程检测与控制3、建筑给水排水工程建筑给水排水工程1、给水排水管网系统给水排水管网系统2、水水 质质 工工 程程5、水工程施工与经济水工程施工与经济给给排排水水工工程程学科框架第26页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业1.概念2.我国水社会循环中水资源问题1）水资源少了）水资源少了人均人均2154 m3，只占世界人均只占世界人均1/4，属，属40个缺水国家之一个缺水国家之一2）水资源时空分布不均匀）水资源时空分布不均匀大部分地域年汛期连续大部分地域年汛期连续4个月降水量占整年个月降水量占整年6080%水资源空间分布与土地、人口及经济发展不相匹配，水资源空间分布与土地、人口及经济发展不相匹配，黄河、淮河、黄河、淮河、海河三流域是我国水资源最紧缺地域海河三流域是我国水资源最紧缺地域1-1 水自然循环和社会循环水自然循环和社会循环第27页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业3）水污染了总排污量460亿m3，处理了23%80%地表水、45%地下水受污染；90%水源受污染，“三河 三湖”污染严重年中国环境情况公报全国地表水污染依然较重。七大水系总体为轻度污染，浙闽区河流为轻度污染，西北诸河为轻度污染，西南诸河水质良好，湖泊(水库)富营养化问题突出。第28页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业4）水浪费了）水浪费了我国我国103 m3/万元产值，美国万元产值，美国9 m3/万元产值，日本万元产值，日本6 m3/万元产值万元产值工业用水重复利用率，我国工业用水重复利用率，我国40%左右，发达国家左右，发达国家7580%3、水良性社会循环与水资源可连续利用水污染问题（1）水良性社会循环）水良性社会循环含义：对城市污水和工业废水进行处理，使其排入水体不会造成危害，含义：对城市污水和工业废水进行处理，使其排入水体不会造成危害，从而实现水资源可连续利用从而实现水资源可连续利用路径路径1 1）对排入水体城市污、废水进行处理）对排入水体城市污、废水进行处理(终端处理终端处理)第29页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业2 2）污、废水回用）污、废水回用 城市生活用水和市政用水城市生活用水和市政用水 工业回用工业回用 农业（包含牧渔业）回用农业（包含牧渔业）回用 地下水回灌地下水回灌 景观娱乐方面用途景观娱乐方面用途水体自净能力（掌握水体自净能力（掌握)普通天然水体都是一个生态系统，其对排入污染物经过普通天然水体都是一个生态系统，其对排入污染物经过物理物理、化学化学和和生生物物原因共同作用使原因共同作用使污染物总量减小污染物总量减小或或浓度降低浓度降低净化能力，水体这种净化能力，水体这种水质水质恢复功效恢复功效称为水体自净能力。称为水体自净能力。-水环境容量水环境容量 水体都有一定自净能力，但其能力是有限。水体都有一定自净能力，但其能力是有限。第30页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业城市污水回用于工业工程实例 大连春柳河污水厂深度处理大连春柳河污水厂深度处理 煤气厂、造船厂、热电厂等煤气厂、造船厂、热电厂等 青岛海泊河污水厂深度处理青岛海泊河污水厂深度处理 热电厂、工业企业等热电厂、工业企业等城市污水回用于市政工程实例 北京高碑店污水厂北京高碑店污水厂 30 30m m3 3/d /d 护城河景观用水河环线绿化护城河景观用水河环线绿化 泰安污水厂泰安污水厂 2 2m m3 3/d/d 园林绿化、景观用水、园林绿化、景观用水、第31页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业4、节水和多渠道开源是缓解水资源危机有效路径水浪费问题(1)1)节水路径节水路径发展节水工业，采取节水型生产工艺发展节水工业，采取节水型生产工艺发展节水农业，水利用系数提升至发展节水农业，水利用系数提升至0.70.70.80.8 采取节水器具，降低供水系统跑、冒、滴、漏采取节水器具，降低供水系统跑、冒、滴、漏(2)2)多渠道开源多渠道开源海水大量用于工业冷却水海水大量用于工业冷却水(沿海地域沿海地域)城市污水回用于农业浇灌城市污水回用于农业浇灌(广义开源广义开源)雨水作为淡水资源雨水作为淡水资源(缺水地域和海岛缺水地域和海岛)远距离调水远距离调水(与节水及污、废水回用经济比较与节水及污、废水回用经济比较)第32页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业5、水社会循环工程设施 水社会循环，是经过一系列工程设施来实现，主要有水社会循环，是经过一系列工程设施来实现，主要有:(1)(1)水资源保护和利用水资源保护和利用 地表水资源地表水资源 地下水资源地下水资源 (2)(2)取水工程取水工程 地下水源地下水源 管井、大口井、水平集管管井、大口井、水平集管(渠渠)、复合井等、复合井等 地表水源地表水源 固定、移动、山区浅水河流取水构筑物固定、移动、山区浅水河流取水构筑物(3)(3)水泵站水泵站 取水泵站、二级泵站、加压泵站等取水泵站、二级泵站、加压泵站等第33页nIS型单吸离心泵型单吸离心泵第34页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业5、水社会循环工程设施(4)(4)给水处理厂给水处理厂 水源附近或城市附近水源附近或城市附近 按生活饮用水水要求处理按生活饮用水水要求处理(5)(5)调整构筑物调整构筑物 贮水池、水塔等贮水池、水塔等(6)(6)输、配水系统输、配水系统 管网管网,还包含闸阀、消火栓等从属设施。还包含闸阀、消火栓等从属设施。(7)7)建筑水工程建筑水工程 单栋建筑单栋建筑 给水、排水、雨水、热水、消防等给水、排水、雨水、热水、消防等-建筑小区、公共建筑建筑小区、公共建筑(8)8)工业水工程工业水工程 工厂内给水、排水、雨水管网工厂内给水、排水、雨水管网-水处理车间、污水处理、内部水循环利水处理车间、污水处理、内部水循环利用系统等用系统等第35页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业5、水社会循环工程设施(9)9)污水排水系统污水排水系统 排水管网、检验井、消能井等从属构筑物排水管网、检验井、消能井等从属构筑物(10)10)雨水排水系统雨水排水系统 雨水管网、检验井、消能井等从属构筑物雨水管网、检验井、消能井等从属构筑物(11)(11)污水处理厂污水处理厂 物理、化学、生物方法处理物理、化学、生物方法处理 (12)12)城区防洪城区防洪 排洪沟渠排洪沟渠(13)13)农业水工程农业水工程 喷灌、滴灌、地下管道浇灌等喷灌、滴灌、地下管道浇灌等合流制系统合流制系统分流制系统分流制系统农业用水农业用水 地表水源地表水源 需要适当处理需要适当处理家禽养殖家禽养殖 供水排水供水排水 需要加以处理需要加以处理第36页1取水系统；2 给水处理系统；3 给水管网系统；4 排水管网系统；5 污水处理系统；6 排放系统。城镇给水排水系统平面示意图城镇给水排水系统平面示意图第37页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业1、水工业产生和发展1-2 二十一世纪朝阳产业二十一世纪朝阳产业水工水工业业(1)1)社会主义市场经济体制下，水作为一个特殊商品进入市场，社会主义市场经济体制下，水作为一个特殊商品进入市场，采集加工商品水产业便产生了采集加工商品水产业便产生了(2)2)为缓解水资源短缺和水环境污染水危机筹集和投入大量资金为缓解水资源短缺和水环境污染水危机筹集和投入大量资金 推进水工业发展推进水工业发展 2 水工业组成我国当前情况，水工业产业体系初步分为以下四部分我国当前情况，水工业产业体系初步分为以下四部分(1)(1)水工业水工业运行业运行业(水工业主体水工业主体)按供水对象来分，主要包含：按供水对象来分，主要包含：城镇自来水生产和供给企业城镇自来水生产和供给企业特种水生产和供给企业特种水生产和供给企业第38页城市排水管理单位或企业城市排水管理单位或企业污水处理和再生单位或企业污水处理和再生单位或企业回用水生产及供给单位或企业回用水生产及供给单位或企业建筑水工程运行部门建筑水工程运行部门农业水工程运行单位或企业农业水工程运行单位或企业(2)(2)水工业水工业建设业建设业(硬件基础硬件基础)工程建设领域主要包含：工程建设领域主要包含：水资源调控和保护工程水资源调控和保护工程取水和输水工程取水和输水工程水处理和净化工程水处理和净化工程供水管网工程和输配工程供水管网工程和输配工程第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业第39页污水管网工程和输配工程污水管网工程和输配工程雨水管网工程雨水管网工程污水处理和再生工程污水处理和再生工程污水回用工程污水回用工程节水工程节水工程城市防洪工程城市防洪工程工业水工程工业水工程农业水工程农业水工程(3)(3)水工业水工业设备制造业设备制造业(支柱产业支柱产业)包括主要技术设备和器材包含：包括主要技术设备和器材包含：水工业管材与其它器材水工业管材与其它器材建筑水工程设备器材建筑水工程设备器材优质和安全饮用水净化（成套）专用设备优质和安全饮用水净化（成套）专用设备第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业第40页工业水工程专用设备器材工业水工程专用设备器材农业水工程专用设备器材农业水工程专用设备器材水工业仪表水工业仪表水工业信息、自动控制系统水工业信息、自动控制系统节水设备与器具节水设备与器具工业通用设备工业通用设备水工业药剂水工业药剂(4)(4)水工业水工业知识产业知识产业 (软件基础软件基础)包括服务领域主要包含：包括服务领域主要包含：工程规划、勘探与设计工程规划、勘探与设计产品与设备开发、研制和设计产品与设备开发、研制和设计水资源和水环境评价水资源和水环境评价第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业第41页技术标准和技术监督技术标准和技术监督科学研究、科学试验和技术开发科学研究、科学试验和技术开发技术和市场信息咨询服务技术和市场信息咨询服务水工业金融投资服务业水工业金融投资服务业教育和培训教育和培训3 水工业特点1 1）社会主义市场经济条件下产生和发展起来）社会主义市场经济条件下产生和发展起来2 2）高新技术化、产业化、市场化）高新技术化、产业化、市场化3 3）管理科学化）管理科学化第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业第42页第一章第一章 城市水工程学科与水工业城市水工程学科与水工业1-3 城市水工程学科是水工业主干学科城市水工程学科是水工业主干学科1 1）研究对象）研究对象水社会循环水社会循环 中心中心水质水质2 2）内容）内容水质和水量运动改变规律、相关学科工程技术问题水质和水量运动改变规律、相关学科工程技术问题3 3）目标）目标水良性社会循环和水资源可连续利用水良性社会循环和水资源可连续利用1 城市水工程学科交叉方面学科交叉方面1 1）水资源方面）水资源方面 城市和工业周围城市和工业周围 整个流域整个流域2 2）取水工程方面）取水工程方面 同把天然水体取水工程技术作为本学科研究内容同把天然水体取水工程技术作为本学科研究内容2 与水利工程学科关系第43页3 3）农业用水方面）农业用水方面养殖用水、排水养殖用水、排水水工业水工业节水浇灌发展节水浇灌发展部分转化为水工业部分转化为水工业4 4）水质方面）水质方面水利工程学科重视水化学性质水利工程学科重视水化学性质水质方面交叉增多水质方面交叉增多3 与土木工程学科关系1 1）传统给排水工程是土木工程学科一个分支）传统给排水工程是土木工程学科一个分支 取水和水处理过程以土木构筑物实现取水和水处理过程以土木构筑物实现2 2）当代水工业向设备化过渡）当代水工业向设备化过渡 两学科相对独立，单仍有联络两学科相对独立，单仍有联络第44页1 1）水污染防治）水污染防治 仅为环境学科研究内容之一仅为环境学科研究内容之一 工业废水处理作为两学科研究内容工业废水处理作为两学科研究内容2 2）造成环境污染）造成环境污染 间接影响间接影响 直接影响直接影响3 3）“通用型环境工程降低通用型环境工程降低”水工业与其交叉可能会日趋降低水工业与其交叉可能会日趋降低4 与环境学科关系第45页
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