城市水循環(huán)緒論

城市水循環(huán)技術(shù)及科技創(chuàng)新

主講人：馬文成地點：BX13課時：30學(xué)時提綱4.城市給水工程3.水資源的保護與利用5.城市排水工程2.水的循環(huán)6.考試1.緒論參考書《給水工程》—嚴(yán)煦世編著《排水工程》—張自杰編著《城市水工程概論》—李圭白編著水——地球生命之液水是地球上所有生命的搖籃，在億萬年前的海里，孕育了最初的蛋白質(zhì)．從而開始了地球上漫長的生命旅程。從單細(xì)胞到多細(xì)胞，從無脊椎到有脊椎，從水生到兩棲乃至陸生，生命在得到完備的進化后，才得以擺脫對水作為生存環(huán)境的依賴。然而水仍然是生命存在不可缺少的物質(zhì)。

地球上的生物體內(nèi)都擁有大量的水分，哺乳類約有65％的水，魚類75％，藻類95％。一個成年人體內(nèi)的水占體重的65％一70％，它存在于血液、淋巴、細(xì)胞之中，心、肺、腎中約有80％是水，骨骼中平均為30％，而在生物液體中，如唾液、胃液、尿中有95％一99％是水。

水既是構(gòu)成生物體的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是生命協(xié)調(diào)過程不可缺少的物質(zhì)，新陳代謝、光合作用部離不開水。生物可以通過水從外界吸取養(yǎng)分．獲得生存與運動所需的熱量，又可以通過水排泄掉體內(nèi)代謝的廢物和散發(fā)多余的熱量，達到養(yǎng)分、水分與體溫的平衡。生物體內(nèi)的水分平衡一旦被打破，它的生存狀態(tài)必將受到損害。一個健康人缺水1％一2％，便覺口渴；缺水5％時就會皮膚皺折，神態(tài)不清；當(dāng)缺水14％一15％時，人的生命將很難維持。水又是從何舊來？研究者對水的來源持有不同的看法：認(rèn)為來自地球內(nèi)部，即自生說；自生說為水提供了5種不問的來源：一是地球形成后，氫、氧等氣體通過各種物理和化學(xué)作用所生成；二是在玄武巖先熔化后冷卻形成原始地殼的時候產(chǎn)生的；三是地球深處巖漿所釋放的；四是火山噴發(fā)所釋放大量的水；五是地球內(nèi)部礦物脫水分解出部分水。認(rèn)為來自地球以外宇宙空間的，即外生說。外生說則認(rèn)為水可能是太陽系中的隕石帶到地球的，這種隕石一般含水0.5％一5％，也有高達10％以上；另一種可能性是太陽風(fēng)達到地球大氣圈上層．帶來大量的氫核、碳核、氧核等原子核，與大氣圈中的電子結(jié)合成氫原于、碳原子、氧原子等，再通過不同的化學(xué)反應(yīng)變成水分子。水的來源通常意義的水是人們常見的液態(tài)水，如從天上降落的雨．海洋、河川、湖泊中流淌的水、地下冒化的泉水．人工挖鑿出的井水等。至于水的另外兩種相態(tài)——氣態(tài)的水，分布在大氣、巖石相土壤之中，固態(tài)的冰雪等——則常常被人們忽略。在—定條件下，水的三種相態(tài)相互轉(zhuǎn)化，成為地球系統(tǒng)物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換的重要形式。水的存在形式海水蒸發(fā)變?yōu)樗?吸收能量)，水汽隨氣流運動(物質(zhì)遷移)，在高寒地區(qū)凝結(jié)(釋放能量)，以固態(tài)水——雪的形式降落地表，氣候變暖后冰雪融化成液態(tài)水(吸收能量)，流入海洋。在這樣一個水的三態(tài)轉(zhuǎn)化過程中，不僅完成了物質(zhì)的循環(huán)(海洋一大氣一高寒地區(qū)一海洋)，而且還完成了能量的傳遞(從大氣吸收能量一釋放能量到大氣一從大氣吸收能量)。水的存在形式第1章水的循環(huán)

水循環(huán)的觀念由來己久，公元前5世紀(jì)的希臘哲學(xué)家認(rèn)為，太陽把水從海洋中提升至空中，又以降水下落，雨水在地表匯集并補給河川。公元前235年撰寫的《呂氏春秋圜道篇》也曾經(jīng)有過“云氣西行，云云然，冬夏不輟；水泉東流，日夜不休；上不竭，下不滿，小為大，重為輕，圜道也”的敘述，這表明古人已經(jīng)注意到了水循環(huán)具有蒸發(fā)、水汽輸送、降水和匯流的過程，而太陽則是驅(qū)動水循環(huán)的基本動力。第1章水的循環(huán)

水循環(huán)的定義指水由地球不同的地方，通過吸收太陽能，轉(zhuǎn)變其存在模式到地球另一些地方的過程。在太陽能和地球表面熱能的作用下，地球上的水不斷被蒸發(fā)成為水蒸氣，進入大氣。水蒸氣遇冷又凝聚成水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，這個周而復(fù)始的過程，稱為水循環(huán)。指大自然的水通過蒸發(fā)，植物蒸騰，水汽輸送，降水，地表徑流，下滲，地下徑流等環(huán)節(jié)，在水圈，大氣圈，巖石圈，生物圈中進行連續(xù)運動的過程。第1章水的循環(huán)

水循環(huán)的分類——地球上水的循環(huán)過程可分為水的自然循環(huán)和水的社會循環(huán)。根據(jù)循環(huán)過程中地域的不同，水的自然循環(huán)又可分為大循環(huán)和小循環(huán)。海洋上蒸發(fā)的水蒸氣被大氣環(huán)流攜帶遷移到陸地上凝結(jié)降落，再成為地面水以徑流的方式流歸海洋，這海陸間的水分循環(huán)過程，叫大循環(huán)，或外循環(huán)，亦稱海陸水分循環(huán)。陸地上的水蒸發(fā)至上空后遇冷凝結(jié)成雨水仍降落在大陸；或海洋上的水蒸發(fā)后在空中遇冷凝結(jié)成雨水仍降落在海洋上，這種局部的水分循環(huán)稱為小循環(huán)，或稱為內(nèi)循環(huán)，或局地循環(huán)。

地球表面的水體、土壤、植被等通過蒸發(fā)、蒸騰作用將水汽傳送到大氣中，大氣中的水汽向某些區(qū)域匯集，在這里成云致雨；降水被地表水體容納、土壤吸收，一部分匯集到河川中，形成徑流；一部分再蒸發(fā)，或被植被吸收后蒸騰，返問大氣；還有一部分透過巖石、土壤孔隙下滲，形成地下水。地下水也有水平流動，不斷補給河川，河川最終匯入海洋。

水循環(huán)的特點

全球多年平均總蒸發(fā)量和全球多年平均總降水量相等；海面蒸發(fā)是降水和水汽輸送的主要來源，海洋上的蒸發(fā)量等于海面降水量與陸地注入海洋的徑流量之和。根據(jù)計算，海面輸送到陸地上空的水汽只占海洋總蒸發(fā)量的8%，而92%的水汽以降水的形式落回海洋。海陸之間水交換的有效水量只占極小一部分，即從海洋輸送到陸地上空的水汽只占全球總蒸發(fā)量的7.2%。全球總水量為14億km3，而參加水循環(huán)的水量為520000km3，只占總水量的0.04%。水循環(huán)不但與實際有效循環(huán)水量有關(guān)，而且與循環(huán)速度密切相關(guān)。水體更新速度越快，水資源利用率越高，受污染的水體水質(zhì)恢復(fù)也越快。

水循環(huán)的意義

水循環(huán)是地球上最重要的物質(zhì)循環(huán)之一，它實現(xiàn)了地球系統(tǒng)水量、能量和地球生物化學(xué)物質(zhì)的遷移與轉(zhuǎn)換，構(gòu)成了全球性的連續(xù)有序的動態(tài)大系統(tǒng)。水循環(huán)聯(lián)系著海陸兩大系統(tǒng)，塑造著地表形態(tài)，制約著地球生態(tài)環(huán)境的平衡相協(xié)調(diào)，不斷提供再生的淡水資源。水循環(huán)深刻地影響著地球表層結(jié)構(gòu)的形成、演化和發(fā)展。水循環(huán)的實質(zhì)就是物質(zhì)與能量的傳輸過程。水循環(huán)是海陸間聯(lián)系的鈕帶通過水循環(huán)，海洋不斷向陸地輸送淡水，補充和更新陸地上的淡水資源，從而使水成為了可再生的資源。

水的社會循環(huán)

人類為了滿足生活和生產(chǎn)的需要，要從各種天然水體中取用大量的水。這些生活和生產(chǎn)的用水經(jīng)使用后，混入了生活和生產(chǎn)過程中的各種污染物質(zhì)成為生活污水和生產(chǎn)廢水，它們被排放出來，經(jīng)過一定的處理，去除污染物質(zhì)后最終又流入天然水體。這樣，水在人類社會中構(gòu)成了一個局部的循環(huán)體系，這就叫做水的社會循環(huán)。水的社會循環(huán)水的社會循環(huán)天然水體給水處理取水污水處理城市生活用水工業(yè)用水排水回用

人類生存離不開水，每人每天平均需要食用2～4L/(人·d)。人們生活離不開水，如清洗餐具、洗滌衣物、沖廁等，每人每天用水量因居住地區(qū)、室內(nèi)設(shè)備、生活習(xí)慣、季節(jié)不同而異，對城市居民全國平均為140L／(人·d)。此外，社會公共設(shè)施也需要用水；公園、廣場的水景，澆灑綠地、道路以及消防等等，也需要用水。家居生活用水與公共用水之和，對城市居民全國平均約為210L／(人·d)。全國城鎮(zhèn)生活用水總量每年約為250億m3，約為全國用水總量的4.5％。

水的社會循環(huán)

工業(yè)生產(chǎn)所需水量，因工業(yè)種類、生產(chǎn)工藝等不同而有很大差異。主要包括:原料用水：以水作為產(chǎn)品原料，如釀酒、制冰、飲料等。生產(chǎn)工藝用水：水本身不進入最終產(chǎn)品，但水在生產(chǎn)過程中同產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系極為密切，如制糖、造紙、印染、人造纖維、有機合成等。生產(chǎn)過程用水：如洗滌、清洗用水；輸送用水；熄火降溫用水等。鍋爐用水：用于供應(yīng)蒸汽、熱水。冷卻用水：用于冷卻設(shè)備、冷凝設(shè)備、冷凝蒸汽、氣體、冷卻液體等，以冷卻傳熱為主?，F(xiàn)在全國工業(yè)用水總量每年約為1100億m3，約占全國用水總量的20％水的社會循環(huán)水更是農(nóng)業(yè)的命脈。我國現(xiàn)有耕地面積約為19.5億畝，其中灌溉耕地約為40％，用水量每年約為4200億m3，約占全國總用水量的75.5％。水的社會循環(huán)75.5%20%4.5%

去年11月以來，北京、天津、河北大部、山西、山東、河南、安徽北部、江蘇北部、湖北東北部、陜西北部、寧夏、甘肅東部等北方冬麥區(qū)降水量較常年同期偏少五成至八成，山西中部、河北中南部、河南東北部和中部、山東西部、安徽西北部等地降水量偏少八成以上。

截至到2月5日，全國作物受旱面積達到1.55億畝，比常年同期增加5448萬畝，增幅達35%，已有429萬人、207萬頭大牲畜因旱發(fā)生飲水困難。其中冬麥主產(chǎn)區(qū)受旱面積1.43億畝，重旱4635萬畝、干枯116萬畝。2月2日在河南省洛陽市宜陽縣鐵佛寺水庫2月3日，鄭州西郊的西流湖湖底已經(jīng)完全干涸，湖底裂出一道道裂紋，到處都是干涸后留下的死去的螺絲和河蚌發(fā)射火箭人工增雨實施人工增雨作業(yè)的飛機

過去，人們總是以為天然水體的水是取之不盡，用之不竭的。這種看法已經(jīng)到了需要根本改變的時候了。我國多年平均降水總量為6.2萬億m3，除蒸發(fā)以及通過土壤直接利用于天然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)外，可通過水循環(huán)更新的地表水和地下水的多年平均水資源總量為2.8萬億m3，按人口統(tǒng)計，人均水資源量為2220m3，僅為世界平均值的1／4。人口增至16億時，人均水資源量將降到1760m3按國際上一般標(biāo)準(zhǔn)，人均水資源少于1700m3為水資源緊缺的國家。我國已是水資源十分緊缺的國家。水的社會循環(huán)

在水的社會循環(huán)中，用過的水中常含有許多廢棄物。一般天然水體都是一個生態(tài)系統(tǒng)，對排入的廢棄物有一定的凈化能力，稱為水體的自凈能力。由于社會循環(huán)的水量不斷增大，排入水體的廢棄物不斷增多，一旦超出水體的自凈能力，水質(zhì)就會惡化，從而使水體遭到污染。城市生活污水和工業(yè)廢水排入水體造成污染，稱為點源污染。農(nóng)田排水對水體造成的污染稱為面源污染。城市污水、工業(yè)廢水及農(nóng)業(yè)面源污染，致使城市水域90％受到污染。所以城市水質(zhì)型水資源危機是我國普遍存在的現(xiàn)象。水的社會循環(huán)

我國一方面出現(xiàn)水資源緊缺的危機，一方面同時又存在用水效率不高、用水大量浪費的現(xiàn)象。我國農(nóng)業(yè)灌溉水的利用系數(shù)平均約為0.45，而發(fā)達國家為0.7甚至0.8。我國工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量為136m3，是發(fā)達國家的5～10倍。我國工業(yè)用水的重復(fù)利用率為30％～40％，而發(fā)達國家為75％～85％，生活用水的跑冒滴漏十分普遍，據(jù)不完全統(tǒng)計我國城市目前使用的包括近4000萬套便器水箱在內(nèi)的大量用水器具，不僅耗水量大，而且競有近25％是漏水的，每年僅此漏失量就達4億多m3，城市供水管網(wǎng)的漏失量很嚴(yán)重，一般都在10％以上，而一些嚴(yán)重缺水的城市有的競高達20％以上。公共生活用水的浪費更加驚人，人均生活用水量，機關(guān)單位為158～227L／d，大專院校為265～379L／d，賓館為730～1910L／d，醫(yī)院為890～1390L／d。所以節(jié)水、提高用水效率、杜絕浪費，是緩解水資源危機的首要任務(wù)。節(jié)水是緩解水資源危機的有效途徑水的社會循環(huán)，是通過一系列工程設(shè)施來實現(xiàn)的，主要有：

1.水資源的保護和利用：無論是地表水資源，還是地下水資源，其水質(zhì)水量都需要用工程措施加以保護。對于地下水資源，應(yīng)合理開采，不應(yīng)超采，以免引起生態(tài)環(huán)境惡化、地面沉降等不良后果。對于地下水源地，還需要建立衛(wèi)生防護地帶，以確保水質(zhì)不受污染。對于地表水資源，需要進行流域的統(tǒng)籌規(guī)劃。水源地的水質(zhì)，應(yīng)確保不受污染。水源地上游的城市污水和工業(yè)廢水應(yīng)得到治理。水源地附近，應(yīng)建立衛(wèi)生防護地帶。水的社會循環(huán)的工程設(shè)施

2.取水工程：對于地下水源和地表水源，都有其專門的取水工程，將水從天然水體取集過來。由于地下水源和地表水源的類型以及條件各不相同，所以取水工程也是多種多樣。水的社會循環(huán)的工程設(shè)施江心橋墩式取水構(gòu)筑適用于多泥沙河流的斗槽式取水構(gòu)筑

3.水泵站：一般水源地勢較低，城市和工廠地勢較高，此外，水源和用戶之間還有一定距離，要將水由低處抽送到高處，并輸送一定距離，需要用專用的水力機械——水泵對水加壓。設(shè)置水泵的建筑物，稱為水泵站：在水的社會循環(huán)過程中常常需要對水進行多次加壓，取水泵站是取水工程的重要組成部分。水的社會循環(huán)的工程設(shè)施4.給水處理廠：水源水質(zhì)一般尚不能滿足城市和工業(yè)企業(yè)的要求，所以常用物理的、化學(xué)的、物理化學(xué)的以及生物學(xué)的方法對水進行處理。城市給水工程要供應(yīng)居民生活飲用水，也要供給工業(yè)用水，所以城市水廠一般都按生活飲用水的要求對水源水進行處理，以滿足要求。水的社會循環(huán)的工程設(shè)施5.調(diào)貯構(gòu)筑物：城市和工廠由天然水體取水，一般取水量在一天24小時是相對均勻的，但城市和工廠的用水則是不均勻的，為保證供應(yīng)用水，需設(shè)置一定容積的調(diào)貯水池，當(dāng)用水量少時，多余的水貯于水池中，當(dāng)用水量多時，不足水量由貯水池進行補充。水的社會循環(huán)的工程設(shè)施

6.輸、配水系統(tǒng)：一般城市水源都位于城市上游。水源水在水廠被凈化后，用輸水管道輸往城市，再由沿街道敷設(shè)的管道將水分配到千家萬戶以及工廠等用水單位。城市街道縱橫交錯，所以配水管道事實上形成一個網(wǎng)絡(luò)，即管網(wǎng)。因城市具體情況、地形高差等不同，城市管網(wǎng)可以是單一的，也可以是分區(qū)的。為控制調(diào)節(jié)、維護