第1章_城市水工程学科与水工业

1.1水的自然循环和社会循环1.1.1水的自然循环1.1.2水的社会循环1.1.3水的良性社会循环与水资源的可持续利用1.1.1水的自然循环水的自然循环几个基本概念：水的自然循环：就是水由海上蒸发为水蒸气，被风送至大陆，以雨、雪等形式降落到地面，一部分水再蒸发返回大气，一部分水渗入地下形成地下水，另一部分在地表汇集形成河、湖等地面水，地下水和地面水最终又流回海洋。降水：雨、雪、霰、雹的统称蒸发：地表向空中逸散水分（水变成水汽的过程）径流：降水在地面和地下流动的水流地表径流：降水除消耗外的水量沿地表运动的水流地下径流：降水后下渗到地表以下的一部分水量在地下运动的水流水的自然循环1.1.1水的自然循环海上内循环蒸发降水内陆循环蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸发水的社会循环1.1.2水的社会循环给水工程：取水――给水处理――配水排水工程：废水收集（来源于生活、工业和农业）――废水处理――排放或回用循环图示水的社会循环概念水的社会循环图1-2水的社会循环静水站雨水地面或地下水源取水站净化厂生活用水设备污水处理厂生产用水设备（1）给水管网排水管网生产用水设备（2）废水处理从厂直流系统（1）自然水体或土壤排放渠直流系统（2）给水工程（用水）排水工程（废水）输水管接续系统我国的用水量构成水的社会循环用水种类用水量(亿m3)占总用水量的百分比（%）农业用水4000～420075工业用水112020生活用水6305水危机水的社会循环水危机的标志：水资源短缺和水环境污染城市水危机：普遍存在资源性缺水，易出现环境污染和水质性缺水。水的良性循环1.1.3水的良性社会循环与水资源的可持续利用水的良性循环：对城市污水进行处理，使其排入水体不会造成污染，从而实现水资源的可持续利用。为缓解水危机。必需从整个流域水的良性循环着眼。流域内水有不同尺度的社会循环：流域尺度的水循环、城市的水循环、工业区的水循环、工业企业的水循环、建筑小区的水循环、楼宇的水循环等。大尺度水的良性循环是以小尺度水的良性循环为基础的。可持续发展(Sustainabledevelopment)的目的与意义1.1.3水的良性社会循环与水资源的可持续利用*水资源的开发与利用应该是不断的可持续的；*水危机的存在资源性缺水和环境污染造成的水质性缺水水资源的可持续利用*节水①节约工业用水。②将节水灌溉和节水农业结合起来③采取各种有效措施，提高公众的节水意识；大力推广节水技术和节水器具。1.1.3水的良性社会循环与水资源的可持续利用水资源的可持续利用*污水回用城市污水水量大，水量、水质相对稳定，为城市的“第二水源”。是解决水资源短缺的有效途径。①工业用水约占城市用水量的一半左右，生产污水再生水，可使城市的自然水耗量减少30％左右。②城市污水经处理后回用于工业生产，减少了向自然水体的排污量，带来了可观的环境效益。1.1.3水的良性社会循环与水资源的可持续利用水资源的可持续利用*开源海水、微咸水的开发利用；雨水的利用。*减少污染物的排放清洁生产，减少“三废”的排放1.1.3水的良性社会循环与水资源的可持续利用水资源的可持续利用*大力发展水处理技术受污染水源水的处理*远距离输水南水北调，引滦入津*优质优用，合理调配1.1.3水的良性社会循环与水资源的可持续利用人类活动、水资源和环境的协调发展水的环境因素有两个方面的特性：正面特性；负面特性。人类的活动可以对水资源系统产生双重的影响1.1.3水的良性社会循环与水资源的可持续利用人类活动、水资源和环境的协调发展水的环境因素有两个方面的特性：正面特性；负面特性。人类的活动可以对水资源系统产生双重的影响1.1.3水的良性社会循环与水资源的可持续利用1.1.4节水和多渠道开源是缓解水资源危机的有效途径•水资源紧缺的危机：•我国的用水总量与美国相当，但GNP仅为美国的1/8。我国农业灌溉水的利用系数平均约为0.45，而发达国家为0.7甚至0.8。1997年我国工业万元产值用水量为136m3，是发达国家的5～10倍•用水效率不高、用水大量浪费的现象•我国工业用水的重复利用率为30％～40％•节水、提高用水效率、杜绝浪费，是缓解水资源危机的首要任务。•解决途径：•在水资源短缺的地区，发展高效节水农业，发展节水型工业，采用节水型生产工艺，采用节水用水器具，提高质量，加强管理，减少跑冒滴漏，减少管道漏损，特别是制订有利于节水的政策法规，提高水价，利用经济杠杆，促进节水，是当务之急。1.1.5水的社会循环的工程设施•水的社会循环，是通过一系列工程设施来实现的，主要有：1．水资源的保护和利用：•地表水资源;地下水资源•2．取水工程：•地下水源管井、大口井、水平集管(渠)、复合井等•地表水源固定、移动、山区浅水河流取水构筑物•3．水泵站取水泵站、二级泵站、加压泵站等•4．给水处理厂水源附近或城市附近生活饮用水水要求处理•5．调贮构筑物•贮水池、水塔等•6．输、配水系统管网、闸阀、消火栓属于此类构筑物•7．建筑水工程建筑小区、公共建筑、单栋建筑给水、排水、雨水、热水等•8．工业水工程工厂内给水、排水、雨水管网，水处理车间等•9．污水排水工程排水管网、检查井、消能井等附属构筑物•10．污水处理厂物理、化学、生物方法处理•11．雨水排水系统雨水管网、检查井、消能井等附属构筑物•12．城区防洪排洪沟渠•13．农业水工程•喷灌、滴灌、地下管道灌溉等•农业用水地表水源需要适当处理•家禽养殖供水排水需要加以处理1.221世纪的朝阳产业---水工业1.2.1水工业产生和发展水工业：在社会主义市场经济体制下，水作为一种特殊商品正在进入市场，采集、生产、加工商品水的产业水工业发展：改革开放20年来，我国水工业已经有了很大发展，市政水工程和建筑水工程已经积累了数千亿元的资产。在跨入21世纪之际，在水危机严峻形势促进下，政府正加大向水工业的资金投入，社会各渠道的资金也在大量向水工业转移，大量工程在开工建设，一派繁荣景象，作为21世纪朝阳产业的水工业，将迎来更大的发展机遇。1.2.2水工业的组成•根据我国目前的情况，水工业产业体系可以初步分为以下四个部分，涉及城市和工业许多领域•1、水工业运营业•2、水工业工程建设业•3、水工业设备制造业•4、水工业知识产业•1.2.3水工业特点•1、水工业有着高新技术化•高技术有助于保证最优工艺质量，从而改造整个生产工艺方式。计算机技术、信息技术、生物技术、材料科学、自动控制技术、系统科学等新技术及其手段与方法向水工业技术领域的渗透、移植和交叉，推动了水工业工程技术的高新技术化和产业化•2、管理的科学化•现代管理科学的发展，计算机和自动控制技术的不断发展和应用领域的不断扩大，为水工业管理的科学化提供了硬件基础1.3“城市水工程”学科是水工业的主干学科•城市水工程•1）研究对象:•水的社会循环中心—水质•2）内容:•水质和水量的运动变化规律、相关学科工程技术问题•3）目标:•水的良性社会循环和水资源的可持续利用1.3.1给水排水工程学科和水利工程学科的关系•水利工程学科主要是以水的自然循环为研究对象，而给水排水工程学科主要是以水的社会循环为研究对象，从而构成了水工程学的两大支柱。交叉的几个方面•学科交叉方面:•1）水资源方面•城市和工业周围整个流域•2）取水工程方面•同把天然水体取水的工程技术作为本学科研究内容•3）农业用水方面•养殖的用水、排水—水工业•节水灌溉发展—部分转化为水工业•4）水质方面•水利工程学科重视水的化学性质—水质方面交叉增多1.3.2给水排水工程学科与土木工程学科的关系•1）传统给排水工程是土木工程学科的一个分支•土木工程学科是以力学为基础的学科体系。传统的给水排水工程是土木工程学科的一个分支，取水和水处理过程主要是以土建构筑物来实现的。•2）现代水工业向设备化过渡•两学科相对独立，单仍有联系1.3.3给水排水工程学科与环境学科的关系环境工程学科以环境污染防治作为研究对象，内容涉及水、气、渣、噪声、热、光、电磁辐射等等领域，而水污染的防治仅作为其内容之一。•1）水污染防治•仅为环境学科研究内容之一•工业废水的处理作为两学科的研究内容•2）造成环境污染•间接影响直接影响•3）“通用型环境工程减少”•水工业与其交叉可能会日趋减少