給水和排水工程

作為學(xué)科，給水和排水工程也是土木工程的一個分支，學(xué)科特征主要是：①用水文學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)的原理解決從水體中取水和排水的有關(guān)問題；②用水力學(xué)的原理解決水的輸送問題；③用物理、化學(xué)的原理進行水質(zhì)的處理和檢驗；④用微生物學(xué)的原理進行水質(zhì)的處理和檢驗。因此，物理、化學(xué)、水力學(xué)、水文學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)和微生物學(xué)成為給排水工程的基礎(chǔ)學(xué)科。19世紀(jì)后期，由于對城市公共衛(wèi)生重要性的認(rèn)識，在美國形成了衛(wèi)生工程這一學(xué)科，給排水工程是其主要組成部分。20世紀(jì)60年代在美國形成的環(huán)境工程學(xué)科，又從水環(huán)境的高度把給排水工程原有內(nèi)容的大部分包括在內(nèi)。這一發(fā)展使給排水工程和環(huán)境工程、水資源工程，以及各門環(huán)境科學(xué)及其他環(huán)境學(xué)科發(fā)生了交叉關(guān)系。同時，電子計算機和系統(tǒng)工程的應(yīng)用也進入了給排水工程的規(guī)劃設(shè)計、施工和運行管理等方面。

在平時和火災(zāi)等意外情況下，均能按用戶所需的水質(zhì)和壓力，安全可靠地供給充足的水量。給水工程一般由給水水源和取水構(gòu)筑物、輸水道、給水處理廠和給水管網(wǎng)四個部分組成，分別起取集和輸送原水,改善原水水質(zhì)和輸送合格用水到用戶的作用。在一般地形條件下，這個系統(tǒng)中還包括必要的貯水（見水的調(diào)節(jié)構(gòu)筑物） 和抽升（見給水泵站）設(shè)施（圖1）。安全可靠地供水是給水工程的首要任務(wù)。給水和排水工程根據(jù)水源、地形和用水要求的特點，給水工程可以設(shè)計為:①重力供水系統(tǒng)。水從取水構(gòu)筑物到用水點,或者從處理廠到用水點，都是靠重力輸送，不必抽升，這是最省能源而又安全的系統(tǒng)。②多水源供水系統(tǒng)。由幾個地面水源或幾個地下水源或者地面水源和地下水源結(jié)合起來供水，適用于大城市的供水，或以地下水為水源的供水以及水源缺乏的地區(qū)。③分質(zhì)供水系統(tǒng)。根據(jù)用水對象對水質(zhì)的不同要求可以分成完全處理、部分處理甚至不需處理幾個系統(tǒng)供水。這往往出現(xiàn)于同時向城市和工業(yè)供水的系統(tǒng)，或者幾種工業(yè)用水水質(zhì)相差較大的供水系統(tǒng)。④分壓供水系統(tǒng)。根據(jù)用水區(qū)壓力的不同要求分為高壓區(qū)和低壓區(qū)供水，地形高程相差很大的地區(qū)可以采用這種系統(tǒng)。⑤循環(huán)給水系統(tǒng)。將用水點使用過的水經(jīng)適當(dāng)處理和補充新鮮水后重復(fù)供給用水點，這是一種節(jié)約水資源的用水系統(tǒng)，常用的是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)（經(jīng)使用過的水立即作為廢水排除的系統(tǒng)稱為直流給水系統(tǒng)）。⑥循序給水系統(tǒng)。將水質(zhì)要求高的用水單位用過的水供給水質(zhì)要求較低的單位，這也是一種有效的節(jié)約水資源的工業(yè)用水系統(tǒng)。

用于水供給、廢水排放和水質(zhì)改善的工程，簡稱給排水工程。分為給水工程和排水工程。給水有時也稱供水。最早的給水工程多指城市的公共給水工程。但近代這一術(shù)語發(fā)展到工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉以及其他用水的給水工程。由于排水工程的原始涵義僅指排除廢水的管渠系統(tǒng)，國際上現(xiàn)已通用廢水工程這個術(shù)語。

古代的給排水工程只是為了輸送城市的用水和排泄城市內(nèi)的降水和污水。近代的給排水工程是為控制城市內(nèi)傷寒、霍亂、痢疾等傳染病的流行和適應(yīng)工業(yè)與城市的發(fā)展而發(fā)展起來的?，F(xiàn)代的給排水工程已成為控制水媒傳染病流行和環(huán)境水污染的基本設(shè)施，是發(fā)展城市及工業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一。

古代埃及、巴比倫、美索不達米亞、波斯及腓尼基人都建過公共的供水工程。埃及的金字塔時代(一般認(rèn)為在公元前 3000～前2000年)可能已經(jīng)有過相當(dāng)規(guī)模的渠道供水系統(tǒng)。古代的供水系統(tǒng)都是重力供水，但埃及可能用過一種類似桔槔的設(shè)備把水從尼羅河或渠道中抽升數(shù)英尺后再進行重力輸送。羅馬帝國在羅馬城和帝國所屬的省建造了約 200條用于公共供水的重力輸水道,規(guī)模之大,居當(dāng)時世界首位。羅馬城的供水工程尤其突出,從公元前約三世紀(jì)到公元二世紀(jì)的540年間，羅馬共建了11條輸水道,總長530公里。最先建的是阿皮亞輸水道，約建于公元前312年,最后一條是亞歷山大輸水道，約建于公元226年。輸水道中最長的約達99.8公里,最大斷面寬1.37～1.68米，高2.44～2.74米。阿皮亞輸水道的水源是一泉水群，由一座貯水池收集泉水后，用16.6公里長的地下渠道輸送到距羅馬城不遠處，再經(jīng)鉛管流入城內(nèi)的20個配水池中。阿皮亞輸水道開創(chuàng)了用暗渠輸水的辦法,并在100年內(nèi)是羅馬的唯一供水來源。其他輸水道也大都是以井、泉作水源，先把水輸送到許多貯水池，再用鉛管分配到配水池、噴泉、浴池、公共建筑和少數(shù)個人用戶。據(jù)估計,對羅馬每天的最大供水量約達19萬米，按100萬人計,每人每日用水量平均高達190升。羅馬帝國衰亡后，公共給水工程也隨之衰退。17～18世紀(jì),在倫敦和巴黎發(fā)展了給水工程,并開始使用水泵和鑄鐵管。1619年,倫敦一家公司鋪了管道并向家庭用戶供水，1804年在蘇格蘭兩萬人口的佩斯利城首次用經(jīng)過沉淀池和橫向流的卵石濾池及砂濾池處理用水。1829年在倫敦用標(biāo)準(zhǔn)的慢濾池供水。1838年法國化學(xué)家F.達爾賽發(fā)表了用明礬進行混凝處理渾水的方法，并提出了在水中投加明礬不影響衛(wèi)生的見解。1885年具有現(xiàn)代觀點的與混凝沉淀相結(jié)合的快濾池首次在美國新澤西州薩默維爾城用于城市供水。1902年在比利時米德爾凱爾克出現(xiàn)了世界上第一個用連續(xù)加氯消毒的水廠。從此，城市供水處理的幾個基本環(huán)節(jié)就齊全了。但關(guān)于水處理，特別是出現(xiàn)水消毒的歷史原因，則歸結(jié)為認(rèn)識到水處理能夠控制水媒傳染病在城市中的傳播。

中國很早就有有關(guān)掘井和鑿井技術(shù)的記載?！秴问洗呵铩の鸸酚浻小安孀骶保ü凹s2200年），為世界上最早較可靠的掘井記載。公元一、二世紀(jì)的西漢時代出現(xiàn)深井鉆井機械。這些鉆井機械在南北宋時代經(jīng)過一次較大的改進后，一直沿用到明清，并在11世紀(jì)左右傳入西方。在歐洲中世紀(jì)公共給水工程衰落的時期，中國唐朝的城市供水卻得到發(fā)展。坊州(今陜西黃陵縣)、陜州(今陜西陜縣)、虢州(今河南盧氏縣)、太原府，特別是京城長安，由于城市規(guī)模大，人口眾多，在城市供水方面,下了極大功夫。唐朝初期，在隋朝的基礎(chǔ)上,整修了龍首渠、水安渠、清明渠等渠道，把水從長安城外引入城內(nèi)。這幾條渠道穿過長安城內(nèi)，形成了一個完整的供水網(wǎng)，東西長18里115步（約10.6公里）,南北長15里175步（約8.9公里），周長67里（約38.6公里），妥善地解決了長安城百萬人口的供水問題。中國用明礬降低水中渾濁度的最早正式文字記載為明宋應(yīng)星在明崇禎十年(公元1637年)刻印的《天工開物》一書。在1744～1746年出版的西班牙教士納瓦雷特撰寫的《中華帝國記游》中，詳細記載了當(dāng)時所看到的，普遍應(yīng)用的明礬使黃河水變成清水的情況,并說這是自然的秘密,為當(dāng)時西方所不知。1879年中國用鑄鐵管從旅順市的龍引泉引水供水師營駐軍用水，這標(biāo)志著引進西方供水技術(shù)的開始。1883年英商建的楊樹浦水廠在上海開始供水，凈水設(shè)備為沉淀池及慢濾池。建成時僅供水2270米/日，不久達到設(shè)計能力9090米/日，供應(yīng)人口為16萬人。1902年由中國商人籌設(shè)的上海內(nèi)地自來水公司也開始供水。

給水和排水工程結(jié)構(gòu)

一般由排水管系、廢水處理廠和最終處置設(shè)施三個部分組成(圖2),通常還包括必要的抽升設(shè)施（見排水泵站）。廢水的處理是為滿足排放標(biāo)準(zhǔn)；有時則是為了再用；或者為了把再用與處置結(jié)合起來（見廢水再用、水處理）。廢水是生活廢水、工業(yè)廢水以及城市地面上流泄的雨水和冰雪融化水（雨水）的統(tǒng)稱。“廢水”是國際上近年來用以代替“污水”的較好術(shù)語，但在某些慣用詞中，兩者仍在并行使用，如“生活污水”和“污水處理廠”等。給水和排水工程排水管系起收集、輸送廢水的作用，分成合流制和分流制兩種系統(tǒng)（見排水體制）。廢水的最終處置，一般是排入水體或排在土地上。為了控制廢水對水體或土地的污染，必須對廢水進行一定程度的處理，滿足規(guī)定的水體或土地的排放要求。

給水和排水工程簡史

古代的排水工程基本上只是限于排除城市雨水的管渠。在伊拉克巴格達郊區(qū)的考古挖掘中，發(fā)現(xiàn)了約在公元前2500年建的磚砌排水管，并有支管和住房的用水沖洗的廁所連接，這是極少的在古代排水管中流入生活污水的例子。公元前 6世紀(jì)為羅馬廣場排水建造的、稱為大陰溝的拱形渠道，高4.2米，寬3.6米，至今仍在使用。

中國在河南省淮陽挖掘出在龍山文化時期（公元前2800～前2300年）的古城下所埋的陶質(zhì)排水管；還有在河北易縣燕下都出土的，屬于戰(zhàn)國（公元前475～前221年）后期的圓形陶制排水管；陜西西安（漢朝長安）出土的五角形陶制排水管。歷代帝王的京都大多建造了較完整的雨水排除系統(tǒng)。據(jù)記載，漢朝長安的安門內(nèi)大街，長達5.5公里，街寬50米，中央是皇帝專用的馳道,寬20米,兩側(cè)有排水溝。唐朝長安城的規(guī)模尤其宏大,有南北并列的14條大街(最寬的街達150米)和東西平行的 11條小街，將全城分成103個矩形的里坊,每個里坊面積25～40公頃。大街的兩側(cè)有寬、深各兩米多的排水溝。明清的京都北京城，皇城建有完整的雨水道系統(tǒng),由長2公里多的內(nèi)金水河和總長 8公里多的大小明渠、暗溝組成。清光緒十一年（1885年）開始疏浚過一次，共費時三年，耗銀20多萬兩，可見規(guī)模之大。北京城內(nèi)的大小街道下面都有磚溝。

用管道輸送生活污水是19世紀(jì)中期以后的事。由于對城市衛(wèi)生的重視和懾于霍亂病的流行，法國巴黎、英國倫敦才開始把糞便污水排入原來的雨水道，因而出現(xiàn)了合流制的下水道系統(tǒng)。單為輸送生活污水的下水道也從此出現(xiàn)。但這是對霍亂以及其他一些傳染病，是通過糞便污水傳播的事實，具有明確認(rèn)識后才出現(xiàn)的。這一認(rèn)識不僅知道必須修建污水管道，而且也知道必須進行水處理（包括給水和廢水），才能有效地控制霍亂等傳染病在城市中流行。

從1848年到1854年，倫敦共流行霍亂五次，死亡人數(shù)約為26000人。在這期間,J.斯諾醫(yī)生研究了倫敦寬街霍亂流行的原因，首次提出了水源因受污水污染而傳播霍亂的見解。R.科赫在19世紀(jì)90年代進行了類似的研究。當(dāng)時德國漢堡（人口64萬）和阿爾托納城（人口15萬）都同時以易北河為水源。阿爾托納緊挨漢堡下游，漢堡由市區(qū)上游取水，阿爾托納則從排入80萬人口的污水后的下游處取水。1892年霍亂流行，漢堡的死亡率為每10萬人中有1342人,而阿爾托納的死亡率每10萬人中僅234人?？坪照_地指出，這是由于阿爾托納的自來水是經(jīng)過慢濾池過濾的。這不僅又一次證明霍亂是通過受污染的水源而傳播，而且是第一次證明慢濾池起了消除霍亂流行的作用，為水處理的必要性第一次提出了有力的證據(jù)?？坪者€于1881年證明用次氯酸鹽可殺死細菌的純培養(yǎng)物。1883年分離出霍亂病菌。第一次大規(guī)模用氯進行污水消毒出現(xiàn)在1893年的德國漢堡城，比城市給水的消毒約早10年。

用污水灌溉是廢水生物處理的古老方式。19世紀(jì)末，由于對微生物學(xué)知識的理解，人工強化了的廢水生物處理法才發(fā)展起來。1893年首次在英國索爾福德城用滴濾池處理城市廢水。1914年首次在英國曼徹斯特城用活性污泥法處理城市廢水。中國最早的活性污泥法污水廠，是1921年建的上海北區(qū)污水廠；最早用于城市污水的生物濾池處理廠，是1953年建的上海彭浦污水廠。

1949年前，只有72個城市有自來水廠，日供水量為240萬米，供水管道長6589公里，供水人口962萬人。僅上海和南京兩個城市設(shè)有4座廢水處理廠,處理能力為每日3萬米。到1983年底,中國共有253個城市有給水系統(tǒng)，水廠660座，每日供水量為3539萬米,供水管道長56852公里,供水人口8370萬人。另外，各單位自備水源供水能力為每日5673萬米。中國修建了排水系統(tǒng)的城市有252個，城市排水管道總長為26448公里，服務(wù)人口9273萬人。全國每日排放廢水總量為8475萬米,其中工業(yè)廢水量占6452萬米。經(jīng)過處理的工業(yè)廢水量為1348萬米/日。城市廢水處理廠共39座，處理水量為90萬米/日。1984年中國最大的城市二級處理污水廠──天津紀(jì)莊子污水處理廠建成投產(chǎn)，處理能力為26萬米/日。

參考書目

同濟大學(xué)主編：《給水工程》，中國建筑工業(yè)出版社，北京，1980。

重慶建筑工程學(xué)院主編：《排水工程》上冊，中國建筑工業(yè)出版社，北京，1981。

哈爾濱建筑工程學(xué)院主編：《排水工程》下冊，中國建筑工業(yè)出版社，北京，1981。

M.J.Hammer，John Wiley & Sons，New York，1975.

D.Barnes et al，Pitman，London，1981.

jishui he paishui gongcheng jishu jingji

給水和排水工程技術(shù)經(jīng)濟

技術(shù)上應(yīng)滿足用戶對水質(zhì)、水量和水壓的要求（見給水管網(wǎng)）；排水工程由排水管網(wǎng)、廢水處理廠和最終處置設(shè)施組成，技術(shù)上應(yīng)滿足國家規(guī)定的水體或土地排放標(biāo)準(zhǔn)的要求（見排水管系）。現(xiàn)代給排水工程是控制水媒污染病流行和環(huán)境水污染的基本設(shè)施，對于城市建設(shè)、工業(yè)發(fā)展、改善環(huán)境、保障人民身體健康有顯著作用。進行給排水工程技術(shù)多方案經(jīng)濟比較時，不僅要考慮工程本身的經(jīng)濟效果，而且必須統(tǒng)一考慮經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益三個方面。從上述整體利益出發(fā)，不一定以工程總費用最低作為方案選優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)。

給排水工程受地區(qū)條件影響大，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、水文地質(zhì)狀況，以及城市發(fā)展規(guī)劃和工業(yè)布局，采用適當(dāng)?shù)乃搭愋?、埋設(shè)深度、管道材料、結(jié)構(gòu)形式及工藝流程，以利節(jié)約投資與經(jīng)常運行費用，發(fā)揮工程的綜合經(jīng)濟效益。

研究內(nèi)容主要包括三個方面：①給排水工程規(guī)劃設(shè)計經(jīng)濟問題。由于和城市規(guī)劃及工業(yè)布局關(guān)系密切，要根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展計劃確定給排水工程的規(guī)模和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。工程規(guī)模大小，原則上應(yīng)按近期需要設(shè)計并適當(dāng)考慮遠期發(fā)展要求，以免造成積壓資金或增大投資與運行費用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，不僅影響建設(shè)投資、建設(shè)速度，而且還影響投產(chǎn)后的運行管理效果。選擇給排水工程系統(tǒng)形式及其組成，要根據(jù)工程所在地區(qū)實際情況，通過技術(shù)方案的經(jīng)濟比較后確定，如出現(xiàn)建設(shè)投資大的設(shè)計方案年運行費用小，而建設(shè)投資小的設(shè)計方案年運行費用大的情況,要以綜合經(jīng)濟效益的大小尋求最優(yōu)方案,而運行費用的高低通常是決定方案取舍的重要因素。②給排水工程施工經(jīng)濟問題。要進行多種施工方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇先進的施工方法，以節(jié)省原材料和勞動消耗，縮短工期，早日竣工投產(chǎn)。同時要做到分期分批施工，工程配套建設(shè)，以保證合理使用，及時發(fā)揮投資效益。③給排水工程運行管理經(jīng)濟問題。在中國，由于管理體制的不同，給排水工程的資金回收途徑也不同。如經(jīng)營城市公共給水工程屬于企業(yè)性質(zhì)，能給國家上繳利稅；經(jīng)營排水工程屬于事業(yè)單位性質(zhì)，盈利低微，甚至虧損；而工業(yè)企業(yè)的給排水工程則由企業(yè)統(tǒng)一管理，其盈虧體現(xiàn)在產(chǎn)品的成本核算中。因此，不同管理方式下的工程經(jīng)濟效果要按上述特點分別計算。

給排水工程技術(shù)方案經(jīng)濟效益的評價指標(biāo)有：①費用和收益指標(biāo)，包括：一次性投資、年運行費、單位處理成本和年收益等；②消耗指標(biāo),包括:勞動、能源及主要材料消耗量等；③工期指標(biāo)；④面積與體積指標(biāo)，包括：占地面積、建筑面積、構(gòu)筑物體積、道路面積等。

張?zhí)m生2100433B

主要技術(shù)內(nèi)容包括：總則，術(shù)語，工藝設(shè)計，建筑、裝修和結(jié)構(gòu)設(shè)計，供暖、通風(fēng)、空調(diào)和制冷設(shè)計，給水和排水設(shè)計，強電和弱電設(shè)計，管道設(shè)計，安全和防護，施工和調(diào)試，檢測和驗收等。 2100433B

應(yīng)用工程建筑工程無線電工程生物工程廣播工程建筑工程建筑服務(wù)工程陶瓷工程化學(xué)工程計算機工程民用工程電工程電子工程工程科學(xué)環(huán)境工程金融工程防火工程玻璃工程工業(yè)工程航海工程材料工程機械工程機電工程軍事工程核工程器械工程海洋工程光學(xué)工程石油工程行星工程安全工程軟件工程社會工程聲工程系統(tǒng)工程紡織工程