水利工程水利計算規(guī)范

長江水利委員會、上?？睖y設計研究院。2100433B

蔣光明、譚培倫等。

優(yōu)勢

我國古代有不少聞名世界的水利工程。這些工程不僅規(guī)模巨大，而且設計水平也很高，說明當時掌握的水文知識已經(jīng)相當豐富了。

古代最重要的生產(chǎn)部門是農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)受自然因素的影響極大。這在古代科學技術(shù)不發(fā)達，人們抵御自然災害能力低下的情況下更是如此。因此中國歷代王朝都十分重視農(nóng)業(yè)基礎建設，興建公共水利工程。同時，興修水利不僅直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，而且還可以擴大運輸，加快物資流轉(zhuǎn)，發(fā)展商業(yè)，推動整個社會經(jīng)濟繁榮。（另外水和土一樣又是作物生長的條件，水又是最為重要的資源。）正是由于興修水利具有如此的重要性，所以古代不僅在平定安世時期，就是在紛爭動亂歲月，國家也往往不放棄水利事業(yè)的興辦。如三國時期蜀國在諸葛亮的輔佐下，十分重視水利工程的興辦和對都江堰的修繕。諸葛亮指出：“此堰為農(nóng)本，國之所資?！彼試覍Ｖ霉芾淼萄叩摹把吖佟保撠熅S護都江堰。

中國古代水利工程技術(shù)

由于歷代政府的重視，中國古代的水利事業(yè)處于向前發(fā)展的趨勢。夏朝時我國人民就掌握了原始的水利灌溉技術(shù)。西周時期已構(gòu)成了蓄、引、灌、排的初級農(nóng)田水利體系。春秋戰(zhàn)國時期，都江堰、鄭國渠等一批大型水利工程的完成，促進了中原、川西農(nóng)業(yè)的發(fā)展。其后，農(nóng)田水利事業(yè)由中原逐漸向全國發(fā)展。兩漢時期主要在北方有大量發(fā)展（如六輔渠、白渠），同時大的灌溉工程已跨過長江。魏晉以后水利事業(yè)繼續(xù)向江南推進，到唐代基本上遍及全國。宋代更掀起了大辦水利的熱潮。元明清時期的大型水利工程雖不及宋前為多，但仍有不少，且地方小型農(nóng)田水利工程興建的數(shù)量越來越多。各種形式的水利工程在全國幾乎到處可見，發(fā)揮著顯著的效益。

古代帝王重視水利工程

公共水利工程建設，是古代東方和古代中國國家管理經(jīng)濟的帶有決定性意義的重要內(nèi)容和重要職能。中國歷史上還留下了不少高層領(lǐng)導（皇帝）重視農(nóng)業(yè)基礎設施建設的佳話。

西漢武帝親往黃河工地視察，命令隨行將軍、大臣負草堵河，自己作歌鼓動。

隋煬帝興修大運河。

清代康熙帝親自研究水利學和測量學，為組織治理黃河和永定河，還曾六次南巡，到治河工地勘察。

中國古代重大的水利工程

歷代興修的水利工程

（1）戰(zhàn)國：秦國的都江堰、鄭國渠。

（2）秦：開通了秦渠、靈渠和江南運河。

（3）兩漢：農(nóng)田水利地區(qū)特色明顯。

①黃河流域以營建灌溉渠系為主，著名工程有六輔渠、白渠、龍首渠等。

②江淮、江漢之間以修治天然陂池為主，著名工程有六門陂。

③東南以排水筑堤、變濕淤之地為良田為主，著名工程有鑒湖等。

④西北主要利用雪水或地下水，修筑特殊的水利工程—坎兒井。

（4）三國兩晉南北朝：曹魏興復了芍陂、茹陂等許多渠堰堤塘。北魏孝文帝下令有水田之處，都要通渠灌溉。

（5）隋唐：開通大運河有利于農(nóng)田灌溉。唐朝設專官管理水利事業(yè)，各地修建了不少水利工程，僅江南興建和修復的水利工程，就大大超過了六朝的總和。

（6）五代十國：興修水利工程，如安豐塘（南唐）、捍海塘（吳越）。

（7）元：開鑿會通河（山東東平到臨清）、通惠河（通州到大都）。

古代開挖的運河

（1）古江南河——開挖于春秋時期的吳國，溝通蘇州和揚州間的水道，它是中國開挖最早的運河。

（2）邗溝——開挖于春秋時期的吳國，溝通長江與淮河水系。

（3）靈渠——開挖于秦朝，秦始皇伐南越時，由史祿負責興修，溝通了湘水和漓水。這條運河連接了向北流的湘江和向南流的漓江，使長江水系和珠江水系之間溝通，以后歷代又曾多次修繕利用。

（4）隋朝大運河——開挖于605年，分為永濟渠、通濟渠、邗溝和江南河四段，全長四五千里，以東都洛陽為中心，東北通到涿郡，東南到余杭，成為南北交通的大動脈。

（5）元——開鑿了從山東東平到臨清的會通河。后來又開鑿了從通州到大都的通惠河。這就使原有的運河連接起來。

古代對黃河的治理

（1）大禹用疏導的方法治理黃河。

（2）西漢武帝、東漢明帝都進行過大規(guī)模的黃河治理工程。

（3）元朝政府多次征發(fā)農(nóng)民和兵士，治理黃河。

潤揚河工程是揚州城市防洪的骨干工程，是在充分考察、科學規(guī)劃的基礎上建造的，它的建成實現(xiàn)了揚州城市防洪包圍圈的全面封閉，揚州城區(qū)不再受儀揚山洪的影響，防洪標準達到50年一遇，排澇標準達到20年一遇。工程還發(fā)揮著農(nóng)田引水灌溉和清水活水等重要作用。

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施三個部分組成(圖2),通常還包括必要的抽升設施（見排水泵站）。廢水的處理是為滿足排放標準；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?！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，具有明確認識后才出現(xiàn)的。這一認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90年代進行了類似的研究。當時德國漢堡（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)。科赫還于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世紀末，由于對微生物學知識的理解，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.