水利工程水利計(jì)算規(guī)范起草單位

長(zhǎng)江水利委員會(huì)、上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院。2100433B

蔣光明、譚培倫等。

優(yōu)勢(shì)

我國(guó)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(shè)計(jì)水平也很高，說明當(dāng)時(shí)掌握的水文知識(shí)已經(jīng)相當(dāng)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(xué)技術(shù)不發(fā)達(dá)，人們抵御自然災(zāi)害能力低下的情況下更是如此。因此中國(guó)歷代王朝都十分重視農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)，興建公共水利工程。同時(shí)，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(kuò)大運(yùn)輸，加快物資流轉(zhuǎn)，發(fā)展商業(yè)，推動(dòng)整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)繁榮。（另外水和土一樣又是作物生長(zhǎng)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(shí)期，就是在紛爭(zhēng)動(dòng)亂歲月，國(guó)家也往往不放棄水利事業(yè)的興辦。如三國(guó)時(shí)期蜀國(guó)在諸葛亮的輔佐下，十分重視水利工程的興辦和對(duì)都江堰的修繕。諸葛亮指出：“此堰為農(nóng)本，國(guó)之所資。”所以國(guó)家專置管理堤堰的“堰官”，負(fù)責(zé)維護(hù)都江堰。

中國(guó)古代水利工程技術(shù)

由于歷代政府的重視，中國(guó)古代的水利事業(yè)處于向前發(fā)展的趨勢(shì)。夏朝時(shí)我國(guó)人民就掌握了原始的水利灌溉技術(shù)。西周時(shí)期已構(gòu)成了蓄、引、灌、排的初級(jí)農(nóng)田水利體系。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，都江堰、鄭國(guó)渠等一批大型水利工程的完成，促進(jìn)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(guó)發(fā)展。兩漢時(shí)期主要在北方有大量發(fā)展（如六輔渠、白渠），同時(shí)大的灌溉工程已跨過長(zhǎng)江。魏晉以后水利事業(yè)繼續(xù)向江南推進(jìn)，到唐代基本上遍及全國(guó)。宋代更掀起了大辦水利的熱潮。元明清時(shí)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(guó)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(shè)，是古代東方和古代中國(guó)國(guó)家管理經(jīng)濟(jì)的帶有決定性意義的重要內(nèi)容和重要職能。中國(guó)歷史上還留下了不少高層領(lǐng)導(dǎo)（皇帝）重視農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的佳話。

西漢武帝親往黃河工地視察，命令隨行將軍、大臣負(fù)草堵河，自己作歌鼓動(dòng)。

隋煬帝興修大運(yùn)河。

清代康熙帝親自研究水利學(xué)和測(cè)量學(xué)，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(guó)古代重大的水利工程

歷代興修的水利工程

（1）戰(zhàn)國(guó)：秦國(guó)的都江堰、鄭國(guó)渠。

（2）秦：開通了秦渠、靈渠和江南運(yùn)河。

（3）兩漢：農(nóng)田水利地區(qū)特色明顯。

①黃河流域以營(yíng)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(guó)兩晉南北朝：曹魏興復(fù)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(yùn)河有利于農(nóng)田灌溉。唐朝設(shè)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(fù)的水利工程，就大大超過了六朝的總和。

（6）五代十國(guó)：興修水利工程，如安豐塘（南唐）、捍海塘（吳越）。

（7）元：開鑿會(huì)通河（山東東平到臨清）、通惠河（通州到大都）。

古代開挖的運(yùn)河

（1）古江南河——開挖于春秋時(shí)期的吳國(guó)，溝通蘇州和揚(yáng)州間的水道，它是中國(guó)開挖最早的運(yùn)河。

（2）邗溝——開挖于春秋時(shí)期的吳國(guó)，溝通長(zhǎng)江與淮河水系。

（3）靈渠——開挖于秦朝，秦始皇伐南越時(shí)，由史祿負(fù)責(zé)興修，溝通了湘水和漓水。這條運(yùn)河連接了向北流的湘江和向南流的漓江，使長(zhǎng)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(yùn)河——開挖于605年，分為永濟(jì)渠、通濟(jì)渠、邗溝和江南河四段，全長(zhǎng)四五千里，以東都洛陽(yáng)為中心，東北通到涿郡，東南到余杭，成為南北交通的大動(dòng)脈。

（5）元——開鑿了從山東東平到臨清的會(huì)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(yùn)河連接起來。

古代對(duì)黃河的治理

（1）大禹用疏導(dǎo)的方法治理黃河。

（2）西漢武帝、東漢明帝都進(jìn)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(rùn)揚(yáng)河工程是揚(yáng)州城市防洪的骨干工程，是在充分考察、科學(xué)規(guī)劃的基礎(chǔ)上建造的，它的建成實(shí)現(xiàn)了揚(yáng)州城市防洪包圍圈的全面封閉，揚(yáng)州城區(qū)不再受儀揚(yáng)山洪的影響，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)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(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(guó)際上近年來用以代替“污水”的較好術(shù)語(yǔ)，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(jiǎn)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(chǎng)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(guó)在河南省淮陽(yáng)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(guó)（公元前475～前221年）后期的圓形陶制排水管；陜西西安（漢朝長(zhǎng)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(zhǎng)安的安門內(nèi)大街，長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)2公里多的內(nèi)金水河和總長(zhǎng) 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(wàn)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(guó)巴黎、英國(guó)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(guó)漢堡（人口64萬(wàn)）和阿爾托納城（人口15萬(wàn)）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(wàn)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(wàn)人中有1342人,而阿爾托納的死亡率每10萬(wàn)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(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(guó)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(guó)索爾福德城用滴濾池處理城市廢水。1914年首次在英國(guó)曼徹斯特城用活性污泥法處理城市廢水。中國(guó)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(wàn)米，供水管道長(zhǎng)6589公里，供水人口962萬(wàn)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(wàn)米。到1983年底,中國(guó)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(wàn)米,供水管道長(zhǎng)56852公里,供水人口8370萬(wàn)人。另外，各單位自備水源供水能力為每日5673萬(wàn)米。中國(guó)修建了排水系統(tǒng)的城市有252個(gè)，城市排水管道總長(zhǎng)為26448公里，服務(wù)人口9273萬(wàn)人。全國(guó)每日排放廢水總量為8475萬(wàn)米,其中工業(yè)廢水量占6452萬(wàn)米。經(jīng)過處理的工業(yè)廢水量為1348萬(wàn)米/日。城市廢水處理廠共39座，處理水量為90萬(wàn)米/日。1984年中國(guó)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(wàn)米/日。

參考書目

同濟(jì)大學(xué)主編：《給水工程》，中國(guó)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(cè)，中國(guó)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(cè)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，北京，1981。

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D.Barnes et al，Pitman，London，1981.