給水和排水工程水利設(shè)備

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(gè)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(shí)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?！皬U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(duì)水體或土地的污染，必須對(duì)廢水進(jìn)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(dá)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(shí)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(dá)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(dá)150米)和東西平行的 11條小街，將全城分成103個(gè)矩形的里坊,每個(gè)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(fèi)時(shí)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(duì)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(duì)霍亂以及其他一些傳染病，是通過糞便污水傳播的事實(shí)，具有明確認(rèn)識(shí)后才出現(xiàn)的。這一認(rèn)識(shí)不僅知道必須修建污水管道，而且也知道必須進(jìn)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(jìn)行了類似的研究。當(dāng)時(shí)德國漢堡（人口64萬）和阿爾托納城（人口15萬）都同時(shí)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。科赫正確地指出，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(xì)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(jìn)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(duì)微生物學(xué)知識(shí)的理解，人工強(qiáng)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)，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(jí)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

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哈爾濱建筑工程學(xué)院主編：《排水工程》下冊(cè)，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.

古代埃及、巴比倫、美索不達(dá)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(shí)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(jìn)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(shí)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(dá)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(yuǎn)處，再經(jīng)鉛管流入城內(nèi)的20個(gè)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(gè)人用戶。據(jù)估計(jì),對(duì)羅馬每天的最大供水量約達(dá)19萬米，按100萬人計(jì),每人每日用水量平均高達(dá)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(dá)爾賽發(fā)表了用明礬進(jìn)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(diǎn)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(shí)米德爾凱爾克出現(xiàn)了世界上第一個(gè)用連續(xù)加氯消毒的水廠。從此，城市供水處理的幾個(gè)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(shí)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(shí)代出現(xiàn)深井鉆井機(jī)械。這些鉆井機(jī)械在南北宋時(shí)代經(jīng)過一次較大的改進(jìn)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(shí)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(gè)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(xì)記載了當(dāng)時(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)僅供水2270米/日，不久達(dá)到設(shè)計(jì)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。

在平時(shí)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(gè)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(gè)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(diǎn)，給水工程可以設(shè)計(jì)為:①重力供水系統(tǒng)。水從取水構(gòu)筑物到用水點(diǎn),或者從處理廠到用水點(diǎn)，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(gè)地面水源或幾個(gè)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(duì)象對(duì)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(gè)系統(tǒng)供水。這往往出現(xiàn)于同時(shí)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(diǎn)使用過的水經(jīng)適當(dāng)處理和補(bǔ)充新鮮水后重復(fù)供給用水點(diǎn)，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)。

作為學(xué)科，給水和排水工程也是土木工程的一個(gè)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(jìn)行水質(zhì)的處理和檢驗(yàn)；④用微生物學(xué)的原理進(jìn)行水質(zhì)的處理和檢驗(yàn)。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(duì)城市公共衛(wèi)生重要性的認(rèn)識(shí)，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(shí)，電子計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程的應(yīng)用也進(jìn)入了給排水工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理等方面。

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。現(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。

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(shí)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(gè)術(shù)語。

jishui he paishui gongcheng jishu jingji

給水和排水工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)

技術(shù)上應(yīng)滿足用戶對(duì)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）?，F(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(duì)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(jìn)行給排水工程技術(shù)多方案經(jīng)濟(jì)比較時(shí)，不僅要考慮工程本身的經(jīng)濟(jì)效果，而且必須統(tǒng)一考慮經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益三個(gè)方面。從上述整體利益出發(fā)，不一定以工程總費(fèi)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)氐臍夂颉⑺牡刭|(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搭愋汀⒙裨O(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(yùn)行費(fèi)用，發(fā)揮工程的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

研究內(nèi)容主要包括三個(gè)方面：①給排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)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(jì)發(fā)展計(jì)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(jì)并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期發(fā)展要求，以免造成積壓資金或增大投資與運(yùn)行費(fèi)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(yùn)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(shí)際情況，通過技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)比較后確定，如出現(xiàn)建設(shè)投資大的設(shè)計(jì)方案年運(yùn)行費(fèi)用小，而建設(shè)投資小的設(shè)計(jì)方案年運(yùn)行費(fèi)用大的情況,要以綜合經(jīng)濟(jì)效益的大小尋求最優(yōu)方案,而運(yùn)行費(fèi)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(jì)問題。要進(jìn)行多種施工方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇先進(jìn)的施工方法，以節(jié)省原材料和勞動(dòng)消耗，縮短工期，早日竣工投產(chǎn)。同時(shí)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(shí)發(fā)揮投資效益。③給排水工程運(yùn)行管理經(jīng)濟(jì)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(jì)效果要按上述特點(diǎn)分別計(jì)算。

給排水工程技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)有：①費(fèi)用和收益指標(biāo)，包括：一次性投資、年運(yùn)行費(fèi)、單位處理成本和年收益等；②消耗指標(biāo),包括:勞動(dòng)、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(jì)，建筑、裝修和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，供暖、通風(fēng)、空調(diào)和制冷設(shè)計(jì)，給水和排水設(shè)計(jì)，強(qiáng)電和弱電設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)，安全和防護(hù)，施工和調(diào)試，檢測和驗(yàn)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(jì)算機(jī)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(jī)械工程機(jī)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(huì)工程聲工程系統(tǒng)工程紡織工程