城市水循环绪论

城市水循环技术及科技创新

主讲人：马文成地点：BX13课时：30学时提纲4.城市给水工程3.水资源的保护与利用5.城市排水工程2.水的循环6.考试1.绪论参考书《给水工程》—严煦世编著《排水工程》—张自杰编著《城市水工程概论》—李圭白编著水——地球生命之液水是地球上所有生命的摇篮，在亿万年前的海里，孕育了最初的蛋白质．从而开始了地球上漫长的生命旅程。从单细胞到多细胞，从无脊椎到有脊椎，从水生到两栖乃至陆生，生命在得到完备的进化后，才得以摆脱对水作为生存环境的依赖。然而水仍然是生命存在不可缺少的物质。

地球上的生物体内都拥有大量的水分，哺乳类约有65％的水，鱼类75％，藻类95％。一个成年人体内的水占体重的65％一70％，它存在于血液、淋巴、细胞之中，心、肺、肾中约有80％是水，骨骼中平均为30％，而在生物液体中，如唾液、胃液、尿中有95％一99％是水。

水既是构成生物体的物质基础，又是生命协调过程不可缺少的物质，新陈代谢、光合作用部离不开水。生物可以通过水从外界吸取养分．获得生存与运动所需的热量，又可以通过水排泄掉体内代谢的废物和散发多余的热量，达到养分、水分与体温的平衡。生物体内的水分平衡一旦被打破，它的生存状态必将受到损害。一个健康人缺水1％一2％，便觉口渴；缺水5％时就会皮肤皱折，神态不清；当缺水14％一15％时，人的生命将很难维持。水又是从何旧来？研究者对水的来源持有不同的看法：认为来自地球内部，即自生说；自生说为水提供了5种不问的来源：一是地球形成后，氢、氧等气体通过各种物理和化学作用所生成；二是在玄武岩先熔化后冷却形成原始地壳的时候产生的；三是地球深处岩浆所释放的；四是火山喷发所释放大量的水；五是地球内部矿物脱水分解出部分水。认为来自地球以外宇宙空间的，即外生说。外生说则认为水可能是太阳系中的陨石带到地球的，这种陨石一般含水0.5％一5％，也有高达10％以上；另一种可能性是太阳风达到地球大气圈上层．带来大量的氢核、碳核、氧核等原子核，与大气圈中的电子结合成氢原于、碳原子、氧原子等，再通过不同的化学反应变成水分子。水的来源通常意义的水是人们常见的液态水，如从天上降落的雨．海洋、河川、湖泊中流淌的水、地下冒化的泉水．人工挖凿出的井水等。至于水的另外两种相态——气态的水，分布在大气、岩石相土壤之中，固态的冰雪等——则常常被人们忽略。在—定条件下，水的三种相态相互转化，成为地球系统物质与能量转换的重要形式。水的存在形式海水蒸发变为水汽(吸收能量)，水汽随气流运动(物质迁移)，在高寒地区凝结(释放能量)，以固态水——雪的形式降落地表，气候变暖后冰雪融化成液态水(吸收能量)，流入海洋。在这样一个水的三态转化过程中，不仅完成了物质的循环(海洋一大气一高寒地区一海洋)，而且还完成了能量的传递(从大气吸收能量一释放能量到大气一从大气吸收能量)。水的存在形式第1章水的循环

水循环的观念由来己久，公元前5世纪的希腊哲学家认为，太阳把水从海洋中提升至空中，又以降水下落，雨水在地表汇集并补给河川。公元前235年撰写的《吕氏春秋圜道篇》也曾经有过“云气西行，云云然，冬夏不辍；水泉东流，日夜不休；上不竭，下不满，小为大，重为轻，圜道也”的叙述，这表明古人已经注意到了水循环具有蒸发、水汽输送、降水和汇流的过程，而太阳则是驱动水循环的基本动力。第1章水的循环

水循环的定义指水由地球不同的地方，通过吸收太阳能，转变其存在模式到地球另一些地方的过程。在太阳能和地球表面热能的作用下，地球上的水不断被蒸发成为水蒸气，进入大气。水蒸气遇冷又凝聚成水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，这个周而复始的过程，称为水循环。指大自然的水通过蒸发，植物蒸腾，水汽输送，降水，地表径流，下渗，地下径流等环节，在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程。第1章水的循环

水循环的分类——地球上水的循环过程可分为水的自然循环和水的社会循环。根据循环过程中地域的不同，水的自然循环又可分为大循环和小循环。海洋上蒸发的水蒸气被大气环流携带迁移到陆地上凝结降落，再成为地面水以径流的方式流归海洋，这海陆间的水分循环过程，叫大循环，或外循环，亦称海陆水分循环。陆地上的水蒸发至上空后遇冷凝结成雨水仍降落在大陆；或海洋上的水蒸发后在空中遇冷凝结成雨水仍降落在海洋上，这种局部的水分循环称为小循环，或称为内循环，或局地循环。

地球表面的水体、土壤、植被等通过蒸发、蒸腾作用将水汽传送到大气中，大气中的水汽向某些区域汇集，在这里成云致雨；降水被地表水体容纳、土壤吸收，一部分汇集到河川中，形成径流；一部分再蒸发，或被植被吸收后蒸腾，返问大气；还有一部分透过岩石、土壤孔隙下渗，形成地下水。地下水也有水平流动，不断补给河川，河川最终汇入海洋。

水循环的特点

全球多年平均总蒸发量和全球多年平均总降水量相等；海面蒸发是降水和水汽输送的主要来源，海洋上的蒸发量等于海面降水量与陆地注入海洋的径流量之和。根据计算，海面输送到陆地上空的水汽只占海洋总蒸发量的8%，而92%的水汽以降水的形式落回海洋。海陆之间水交换的有效水量只占极小一部分，即从海洋输送到陆地上空的水汽只占全球总蒸发量的7.2%。全球总水量为14亿km3，而参加水循环的水量为520000km3，只占总水量的0.04%。水循环不但与实际有效循环水量有关，而且与循环速度密切相关。水体更新速度越快，水资源利用率越高，受污染的水体水质恢复也越快。

水循环的意义

水循环是地球上最重要的物质循环之一，它实现了地球系统水量、能量和地球生物化学物质的迁移与转换，构成了全球性的连续有序的动态大系统。水循环联系着海陆两大系统，塑造着地表形态，制约着地球生态环境的平衡相协调，不断提供再生的淡水资源。水循环深刻地影响着地球表层结构的形成、演化和发展。水循环的实质就是物质与能量的传输过程。水循环是海陆间联系的钮带通过水循环，海洋不断向陆地输送淡水，补充和更新陆地上的淡水资源，从而使水成为了可再生的资源。

水的社会循环

人类为了满足生活和生产的需要，要从各种天然水体中取用大量的水。这些生活和生产的用水经使用后，混入了生活和生产过程中的各种污染物质成为生活污水和生产废水，它们被排放出来，经过一定的处理，去除污染物质后最终又流入天然水体。这样，水在人类社会中构成了一个局部的循环体系，这就叫做水的社会循环。水的社会循环水的社会循环天然水体给水处理取水污水处理城市生活用水工业用水排水回用

人类生存离不开水，每人每天平均需要食用2～4L/(人·d)。人们生活离不开水，如清洗餐具、洗涤衣物、冲厕等，每人每天用水量因居住地区、室内设备、生活习惯、季节不同而异，对城市居民全国平均为140L／(人·d)。此外，社会公共设施也需要用水；公园、广场的水景，浇洒绿地、道路以及消防等等，也需要用水。家居生活用水与公共用水之和，对城市居民全国平均约为210L／(人·d)。全国城镇生活用水总量每年约为250亿m3，约为全国用水总量的4.5％。

水的社会循环

工业生产所需水量，因工业种类、生产工艺等不同而有很大差异。主要包括:原料用水：以水作为产品原料，如酿酒、制冰、饮料等。生产工艺用水：水本身不进入最终产品，但水在生产过程中同产品质量的关系极为密切，如制糖、造纸、印染、人造纤维、有机合成等。生产过程用水：如洗涤、清洗用水；输送用水；熄火降温用水等。锅炉用水：用于供应蒸汽、热水。冷却用水：用于冷却设备、冷凝设备、冷凝蒸汽、气体、冷却液体等，以冷却传热为主。现在全国工业用水总量每年约为1100亿m3，约占全国用水总量的20％水的社会循环水更是农业的命脉。我国现有耕地面积约为19.5亿亩，其中灌溉耕地约为40％，用水量每年约为4200亿m3，约占全国总用水量的75.5％。水的社会循环75.5%20%4.5%

去年11月以来，北京、天津、河北大部、山西、山东、河南、安徽北部、江苏北部、湖北东北部、陕西北部、宁夏、甘肃东部等北方冬麦区降水量较常年同期偏少五成至八成，山西中部、河北中南部、河南东北部和中部、山东西部、安徽西北部等地降水量偏少八成以上。

截至到2月5日，全国作物受旱面积达到1.55亿亩，比常年同期增加5448万亩，增幅达35%，已有429万人、207万头大牲畜因旱发生饮水困难。其中冬麦主产区受旱面积1.43亿亩，重旱4635万亩、干枯116万亩。2月2日在河南省洛阳市宜阳县铁佛寺水库2月3日，郑州西郊的西流湖湖底已经完全干涸，湖底裂出一道道裂纹，到处都是干涸后留下的死去的螺丝和河蚌发射火箭人工增雨实施人工增雨作业的飞机

过去，人们总是以为天然水体的水是取之不尽，用之不竭的。这种看法已经到了需要根本改变的时候了。我国多年平均降水总量为6.2万亿m3，除蒸发以及通过土壤直接利用于天然生态系统和人工生态系统外，可通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量为2.8万亿m3，按人口统计，人均水资源量为2220m3，仅为世界平均值的1／4。人口增至16亿时，人均水资源量将降到1760m3按国际上一般标准，人均水资源少于1700m3为水资源紧缺的国家。我国已是水资源十分紧缺的国家。水的社会循环

在水的社会循环中，用过的水中常含有许多废弃物。一般天然水体都是一个生态系统，对排入的废弃物有一定的净化能力，称为水体的自净能力。由于社会循环的水量不断增大，排入水体的废弃物不断增多，一旦超出水体的自净能力，水质就会恶化，从而使水体遭到污染。城市生活污水和工业废水排入水体造成污染，称为点源污染。农田排水对水体造成的污染称为面源污染。城市污水、工业废水及农业面源污染，致使城市水域90％受到污染。所以城市水质型水资源危机是我国普遍存在的现象。水的社会循环

我国一方面出现水资源紧缺的危机，一方面同时又存在用水效率不高、用水大量浪费的现象。我国农业灌溉水的利用系数平均约为0.45，而发达国家为0.7甚至0.8。我国工业万元产值用水量为136m3，是发达国家的5～10倍。我国工业用水的重复利用率为30％～40％，而发达国家为75％～85％，生活用水的跑冒滴漏十分普遍，据不完全统计我国城市目前使用的包括近4000万套便器水箱在内的大量用水器具，不仅耗水量大，而且竞有近25％是漏水的，每年仅此漏失量就达4亿多m3，城市供水管网的漏失量很严重，一般都在10％以上，而一些严重缺水的城市有的竞高达20％以上。公共生活用水的浪费更加惊人，人均生活用水量，机关单位为158～227L／d，大专院校为265～379L／d，宾馆为730～1910L／d，医院为890～1390L／d。所以节水、提高用水效率、杜绝浪费，是缓解水资源危机的首要任务。节水是缓解水资源危机的有效途径水的社会循环，是通过一系列工程设施来实现的，主要有：

1.水资源的保护和利用：无论是地表水资源，还是地下水资源，其水质水量都需要用工程措施加以保护。对于地下水资源，应合理开采，不应超采，以免引起生态环境恶化、地面沉降等不良后果。对于地下水源地，还需要建立卫生防护地带，以确保水质不受污染。对于地表水资源，需要进行流域的统筹规划。水源地的水质，应确保不受污染。水源地上游的城市污水和工业废水应得到治理。水源地附近，应建立卫生防护地带。水的社会循环的工程设施

2.取水工程：对于地下水源和地表水源，都有其专门的取水工程，将水从天然水体取集过来。由于地下水源和地表水源的类型以及条件各不相同，所以取水工程也是多种多样。水的社会循环的工程设施江心桥墩式取水构筑适用于多泥沙河流的斗槽式取水构筑

3.水泵站：一般水源地势较低，城市和工厂地势较高，此外，水源和用户之间还有一定距离，要将水由低处抽送到高处，并输送一定距离，需要用专用的水力机械——水泵对水加压。设置水泵的建筑物，称为水泵站：在水的社会循环过程中常常需要对水进行多次加压，取水泵站是取水工程的重要组成部分。水的社会循环的工程设施4.给水处理厂：水源水质一般尚不能满足城市和工业企业的要求，所以常用物理的、化学的、物理化学的以及生物学的方法对水进行处理。城市给水工程要供应居民生活饮用水，也要供给工业用水，所以城市水厂一般都按生活饮用水的要求对水源水进行处理，以满足要求。水的社会循环的工程设施5.调贮构筑物：城市和工厂由天然水体取水，一般取水量在一天24小时是相对均匀的，但城市和工厂的用水则是不均匀的，为保证供应用水，需设置一定容积的调贮水池，当用水量少时，多余的水贮于水池中，当用水量多时，不足水量由贮水池进行补充。水的社会循环的工程设施

6.输、配水系统：一般城市水源都位于城市上游。水源水在水厂被净化后，用输水管道输往城市，再由沿街道敷设的管道将水分配到千家万户以及工厂等用水单位。城市街道纵横交错，所以配水管道事实上形成一个网络，即管网。因城市具体情况、地形高差等不同，城市管网可以是单一的，也可以是分区的。为控制调节、维护