《城市水工程概论》课程论文
摘要：本文论述了城市水工程学科的沿革，内涵与未来发展趋向，对城市水工程的发展进行了 简单的说明，谈到了对当前我国水危机的严峻形势和本学科在当今社会中日益彰显的重要性及水工业在今后的远大发展前景的个人体会，明确了城市水工程学科需要掌握的基本知识和新时代对水工业人才的需求。最后，作者谈到了自己对课程内容的一些个人看法。
关键词：城市水工程学科 沿革 体会 个人看法
1. 发展之路
1．1水工程
1．1．1最早的的水工程
人类文明是不断进步与发展的，与之紧密联系的便是水。远古的华夏文明便是由黄河之水浇灌的，然后炎黄子孙便如同流淌的黄河之水一样向前发展，不断进步。人类进步了，学会了如何利用自然资源，学会了如何用自己的双手去改变环境，于是，当人类进入了农业社会之后，为了生存和发展，便诞生出了很多农田灌溉的水利工程，从最早的都江堰、京杭大运河到新中国成立后的红旗渠，这些都是人类智慧的结晶，都是水工程的最早呈现形态。
1．1．2现在的水工程
改革开放以来，我国已由社会主义计划经济体制向社会主义市场经济体制转变。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，以采集、生产、加工商品水为主的新型产业“水工业”应运而生。水工业是以水的社会循环为服务对象，为实现水的社会循环提供所需的工程建设、技术装备、运营管理和技术服务。它与服务于水的自然循环及其调控的“水利工程”，构成了水工程的两个方面。
1．2城市水工程
1．2．1水的循环
水从海洋蒸发，蒸发的水汽被气流输送到大陆，然后以雨，雪等降水形式罗到地面，一部分形成地表水，一部分渗入地下形成地下水，一部分又重新蒸发返回大气。地表水和地下水最终流回海洋，这就是水的自然循环。人们生活用水、工业用水和农业用水，都对用水的水质和水量有相应的要求。人们为了生活和生产的需要，由天然水体取水，经适当处理候，供人们生活和生产使用，然后排回天然水体，这个人为的循环过程就是水的社会循环。
水的自然循环 水的社会循环
1．2．2城市水工程学科 “城市水工程”学科是以水的社会循环为研究对象，以水的水质为中心，研究其水质和水量的运动变化规律，以及相关的工程技术问题，在社会主义市场经济条件下，以实现水的良好社会循环和水资源的可持续利用为目标的工程技术学科。 “城市水工程” 是水工业的主于学科，它以水的社会循环为研究对象，在水量和水质两个方面以水质为中心，加强化学和生物学基础，保持工程传统，向水资源、市政水工程、建筑水工程、工业水工程、农业水工程、节水产业等方向全面拓宽，以适应市场经济和满足水工业发展的需求。
1．2．3我国的城市水工程学科 我国的“城市水工程”学科始建于20世纪50年代初，当时我国提出了“向苏联学习”的口号，学习苏联的建设经验，建立了“给水排水工程”学科，并在高等院校开设了“给水排水工程”专业。建国后的前30年，由于当时实行的“先生产，后生活”的发展方针，而“给水排水”被归入“生活”类，所以长期发展缓慢，大大滞后与国民经济的发展。但改革开放后由于工业化和城市化的速度加快，“给水排水”逐渐受到重视，相信我国的城市水工程学科将得到飞速的发展。
2．透视水工程
2．1水资源的保护和合理开发利用
2．1．1全球水资源概况 据统计，陆地上的淡水量仅为0.35亿，占陆地水储量的73％。其中的0.24亿（占淡水储量的69.6％）分布于冰川、多年积雪、两极和多年冻土中，在现有的经济技术条件下很难被人类所利用。人类可利用的淡水只是0.1亿，占淡水总量的30.4％，主要分布在600m深度以内的含水层、湖泊、河流、土壤中。水是地球上最丰富的一种化合物。全球约有四分之三的面积覆盖着水，地球上的水总体积约有13亿8600万千米立方，其中96.5%分布在海洋，淡水只有3500千米立方左右。若扣除无法取用的冰川和高山顶上的冰冠，以及分布在盐碱湖和内海的水量，陆地上淡水湖和河流的水量不到地球总水量的 1% 。
2．1．2我国水资源概况 我国是一个发展中大国，人口众多，地域辽阔。由于这些特定地理，气象，人口等因素，我国的水资源有着自己的特点： ●我国河川径流量27115×10^8立方米，居世界第6。但我国人口众多，耕地面积大，人均占有量居世界第121位。从人均和亩均来看，我国水资源并不丰富，甚至被列为世界上40多个缺水国之一。 ●由于受大气环流、海陆位置及地形、地势等因素的影响，我国水资源量在地区上存在“南多、北少；东南多、西北少”的格局，且相差非常悬殊。 ●我国水资源在时间上的分配也很不均匀。夏半年降水量占全部水资源的70%~75%以上，冬半年不足25%。
2．1．3水资源的开采 （1）地下水取水构筑物：地下水构筑物很多，如各种类型的管井、水平集水管（渠）（包括坎儿井）、大口井、复合井与辐射井 （2）地表水构筑物： ①固定式取水构筑物：岸边式、河床式和斗槽式 ②移动式取水构筑物：浮船式和缆车式 ③山区浅水河流浅水构筑物：低坝式和底栏栅式
2．1．4水资源的保护和管理及合理利用 （1）水资源的保护与管理的目的实现水资源可持续开发利用、保护水生态环境的良好状态，促进社会经济的不段发展。 （2）我国水资源利用的存在的问题 ●人口的增加和城市化用水标准的提高使水资源供需矛盾越来越突出 ●农用耕地需水量很大，农用水量十分紧缺 ●工业用水量增长极快，但用水效益很差 ●地表水已明显减缩 ●地下水开采过量，水位降低 ●水污染严重 ●用水方式落后，水资源浪费惊人
2．2城市给水排水管道系统
2．2．1给水管道系统 （1）给水管道系统的任务 给水管道系统是给水系统的组成之一。整个给水工程或给水系统是包括水的取集、处理和输配的一个大系统。给水管道系统承担的任务就是水的提升、水的输送和分配及水量调节。 （2）给水管道的组成：输水管（渠）道、配水管网、泵站、水量调节构筑物、给水管道系统上的附属构筑物。
2．2．2排水管道系统 （1）排水管道系统的任务 将城市污废水和降水按要求收集、处理和排放的工程称为排水系统。 （2）排水管道的组成：污水支管、干管、主干管、雨水支管、雨水干管、排水管道系统上的附属构筑物。
2．2．3给排水管道系统的规划和布置
（1）给水系统的总体布局 ①统一供水系统 ②分质供水系统 ③分区供水系统 ④区域供水系统 （2）配水管网的布置 配水管网的基本布置形式有两种，树状网和环状网。布置配水管网要求管线遍布整个用水区，供水安全可靠，力求以最短距离向用户供水（特别时大用户），按城市规划要求保留管网发展余地，管道一般按规划道路敷设，但尽量避免敷设在高级路面下。 （3）城市排水管道体制 ①合流制排水系统 ②分流制排水系统 （4）排水管道系统的布置 排水管道系统在平面上的布置均呈树状网形式。管道系统布置和定线的原则是：尽可能在管线短、管道埋设深度浅的情况下，使最大区域的污水或雨水能自流排除。为此，应对城市地形、竖向规划、地质条件、河流情况及污水厂位置等进行综合分析，而后根据排水体制提出管道系统布置方案。
2．3建筑给水排水工程
2．3．1概述 “建筑给水排水工程”是20世纪80年代初由“室内给水排水工程”发展起来的，70年代的室内给水排水工程主要是指民用及工业建筑物内的给水、排水、消防和热水供应系统及其设备。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，对居住环境和水的要求提高，现在的建筑给排水工程除上述内容之外，还包括建筑物外小区的给水、排水设备与装置。随着建筑技术的发展，现在建筑的层数增多，高度增高，于是，高层建筑的给水排水也成为了“建筑给水排水”的重要内容之一。
2．3．2建筑给水系统 建筑给水系统一般由引入管、干管、主管、支管和用水设备组成。 （1）给水方式与管网布置 给水方式通常有：直接给水方式、设有水箱的供水方式、设水泵的给水方式、设水泵和贮水池和高位水箱联合供水方式、设气压给水装置的供水方式。 给水管网的布置方式按水平干管的设置位置方式分为：下行上给式、上行下给式、环状供给式。 （2）排水的组成和类型 排水系统的组成主要是：卫生器具和生产设备的受水器、排水管道系统、清通装置和通气装置。 排水管道系统的类型按排水立管的设置情况分为：单立管排水系统、双立管排水系统、三立管排水系统。
建筑给水和排水管道系统
（3）高层建筑给水排水系统的特点 ①高层建筑的给水系统相对于低层建筑而言，主要应解决好高层有足够水压而低层又不产生过高水压的矛盾，所以，高层建筑的给系统在竖直方向上应分区布置。 ②由于高层建筑中使用人员和卫生器具多，排水量大，易于引起排水管道中的压力的波动。所以，高层建筑的排水系统要采取一些特殊措施。例如，增设通气管；底层横管独立排出建筑物外；在立管和横管的连接处设气水混合器或旋流接头等。
2．4水质工程
2．4．1水质和水质指标 （1）水质：水质，就是水及其所含杂质共同表现出来的物理的、化学的和生物学的综合特性。某一水质特性，可通过水质指标来表达。 （2）水质指标：水质指标按其性质可分为物理、化学和生物三大类。 ①物理指标：温度、色度、浑浊度、嗅味、电导率、总固体、溶解性固体等。
建筑给水和排水管道系统 ②化学指标：pH值、碱度、硬度、各种阴离子、各种阳离子、总含盐量、溶解氧、各种有机物、化学需氧量、生化需氧量、总有机碳等。 ③生物指标：细菌总数、总大肠菌群等。
2．4．2水的物理、化学及物理化学、生物处理方法 （1）物理方法：格栅和筛网、混凝和絮凝、沉淀、气浮、粒状材料过滤。 （2）化学方法：氧化还原和消毒、曝气和吹脱、中和、化学沉淀。 （3）物理化学：电解、吸附、离子交换、电渗析、反渗透和纳滤、超滤和微滤。 （4）生物方法：①好氧生物的处理方法：活性污泥法、生物膜法、氧化塘 ②厌氧生物的处理方法：厌氧消化（分为酸性消化和碱性消化两个阶段）
2．5水工艺设备及水工艺过程检测和控制
2．5．1概述 水工艺设备，是以水质为核心的水工艺和工程的重要组成部分。它是保证水质、提高水处理效率、降低制水成本的关键。现代化的水工艺与工程，应在精密、高效、节约动力和原材料、运行稳定的设备方面体现出来。水工艺设备分通用设备、专用设备和一体化设备三大类。通用设备主要有各类阀门、泵和风机。
2．5．2水工艺专用设备 （1）物化处理设备：在水处理工艺中，通过物理、化学、或物理化学作用去除水中某些特定物质或承当整个水处理工艺中某一特定任务的设备，称物化处理设备。 水工艺中常用的物化处理设备有：拦污机械设备，排泥、排沙设备，撇油、撇沙设备，污泥浓缩脱水设备，搅拌设备，气浮设备，投药设备，消毒设备，过滤设备，离子交换设备，膜处理设备等。 （2）生化处理设备：生化处理设备主要有曝气设备（曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气）和生物转盘。
2．5．3水工艺检测和控制 水工艺过程检测分水质检测、水工艺参数检测和水工艺设备运行参数检测。 水质检测的目的是为了水处理工艺过程的控制提供依据，并保证处理后的水质达到预期的要求和规定的水质标准，掌握水处理设备运行是状况。水质检测包含物理性检测、化学性检测和生物性检测。
3．人才推动进步
3．1城市水工程学科的组成 城市水工程是一个涉及领域广、内涵精深的综合性和交叉性的学科。它的学科体系包括水工程学、水基础科学、水工业设备制造学、水社会学。
（1）水基础科学 水基础科学是围绕“水”这个核心而展开的应用基础学科。它主要研究水质、水量运动的转化、转移和分离。它涉及的学科主要有水文学、水文地质学、水化学、水微生物学、水力学等。 （2）水工艺与工程学 水工艺与工程学是城市水工程学科体系的核心。概括地讲，它是以水质水量为主题的水处理工艺和工程技术的总称。它包括两个基本内容：水处理工艺和水工程技术。 （3）其他组成 水工艺设备制造学是以机械工程学和电子工程学为基础，与水工艺与工程学紧密结合，以实现产业化为目的的水工业机械制造技术。 水工业社会科学包括：水工业经济学，水工业规划与管理学，水工业社会学。
3．2对人才的要求
3．2．1人才培养目标 本专业培养具备城市给水工程、排水工程、取水工程、防洪工程、建筑给水排水工程工业给水排水工程、水污染控制规划和水资源保护等方面的知识，能在政府部门、规划部门、经济管理部门、环保部门、设计单位、工矿企业、科研单位、大、中专院校等从事规划、设计、施工、管理、教育和研究开发方面工作的给水排水工程学科的高级工程技术人才。
3．2．2我们要做到的 城市水工程学科不仅它本身的学科体系很庞大，还与各种学科都存在交叉。因此，对人才的要求是多方面的。对于基本学科，毫无疑问，我们应牢牢掌握其相关知识，而其他方面我们同样也应该注意。比如说物理，化学，生物等学科。这些知识，很大部分是我们解决水工程相关问题的技术手段，所以，不仅是教材上要求的，若能积极钻研，我们就有可能发现更多的解决问题的新方式和新技术。 自然科学与社会科学虽然各自的功能不同，但它们对人类的生存和发展却是同样重要的。特别我们的城市水工程学科的主要研究对象是水的社会循环，跟社会生活息息相关。所以，学好社会类学科也是非常重要的。
4．我看水工程
4．1给水、雨水管道的设计规模
（1）给水管道： 给水管道的设计规模取决于设计用水量。设计用水量包括：城市居民生活用水量、工业企业用水量、浇洒道路和绿地用水量、消防用水量等。城市用水量特别是居民生活用水量是变化的。一般夏季用水量高于冬季，节假日用水量高于平时。 给水管道系统各部分设计流量均以设计年限内最高日用水量计算。
（2）雨水管道： 全年雨水的绝大部分多集中在夏季，且常为大雨或暴雨，在极短的时间内形成极大的地面径流，若不及时排除便会造成很大危害。因此，雨水管渠的设计流量是很大的。
4．2我的设想
（1）关于给水和雨水收集管道的想法 因为城市居民用户对水的需求量在不同时段是不同的。大体上的趋势是夏季高于冬季，而我们设计的管道规模都是以最大的给水量设计的。我们知道夏季的温度较高，而冬季较低，特别是在西北这样的地方，甚至一天的不同时段温度都不同。如果，我们能有一种材料，在地质较硬的地方，将管道与土壤层之间留一点点空隙，就像马路上的散热缝一样，利用最简单的热胀冷缩原理，夏天管道直径扩大，冬天减小，这样就可以节约材料。
（2）关于高层建筑雨水收集的想法 现在，由于水污染问题严重，雨水的利用是很重要的，高层建筑上的住户较多，夏天启用制冷设备将消耗大量电能，利用夏天雨水多，温度高的特点，将建筑物的表层设计为狭长的小管道状，中间每一段设计一个小狭口，楼房顶层将雨水收集后，将水渗到这些小管道内，然后高温光照、蒸发吸热降低室内温度，这样，既利用了雨水又节省了资源。