摘要：本文從城市水工程學(xué)科的定義出發(fā)，分別簡(jiǎn)要地闡述了城市水工程學(xué)科在我國的沿革、城市水工程學(xué)科的內涵及其未來(lái)的某些發(fā)展方向。

　　關(guān)鍵詞：城市水工程 水質(zhì) 管網(wǎng)系統 工藝設備

　　Abstract： According to the definition of municipal water engineering， this paper is to explain municipal water engineering‘s origin and development in our country， and the cores and the future of municipal water engineering.

　　Key words： municipal water engineering  quantity of water  piping system   process equipment

　　1. 城市水工程學(xué)科的沿革

　　1.1 水工程學(xué)科

　　水是人類(lèi)生存、生活和生產(chǎn)不可代替的寶貴資源。人類(lèi)生存離不開(kāi)水，每人每天平均需要使用2~4L水。人們?yōu)榱松�活和生產(chǎn)的需要，由天然水體取水，經(jīng)適當處理后，供人們生活和生產(chǎn)使用。用過(guò)的水又排回天然水體。一般天然水體都是一個(gè)生態(tài)系統，其依靠水體的自?xún)裟芰�，對排入的廢棄物有一定的凈化能力。但由于社會(huì )循環(huán)的水量不斷增大，排入水體的廢棄物已經(jīng)超過(guò)的水體的自?xún)裟芰�，水體水質(zhì)不斷惡化，使得水體遭到污染。受到污染的水體，將喪失和部分喪失使用功能，從而影響水資源的可持續利用，并加劇水資源短缺的危機。

　　以水的自然循環(huán)的“水利工程”和以水的采集、凈化、生產(chǎn)加工成商品水的“水工業(yè)”作為研究對象的學(xué)科，稱(chēng)之為水工程學(xué)科。水工程學(xué)科含蓋了水的自然循環(huán)和社會(huì )循環(huán)，它主要包括服務(wù)于水的自然循環(huán)的“水利工程”和以水的社會(huì )循環(huán)為服務(wù)對象，為實(shí)現水的社會(huì )循環(huán)提供所需的工程建設、技術(shù)裝備、運營(yíng)管理和技術(shù)服務(wù)的“水工業(yè)”。

　　1. 2 城市水工程學(xué)科

　　“城市水工程學(xué)科”是以水的社會(huì )循環(huán)為研究對象，以水質(zhì)為中心，研究其水質(zhì)和水量的運動(dòng)變化規律，以及相關(guān)的工程技術(shù)問(wèn)題，在社會(huì )主義經(jīng)濟條件下，以實(shí)現良性社會(huì )循環(huán)和水資源的可持續利用為目標的工程技術(shù)學(xué)科。城市水工程學(xué)科是支持水工業(yè)的主干學(xué)科，它是以水工業(yè)發(fā)展中提出的問(wèn)題特別是前沿課題為研究對象，以科技進(jìn)步帶動(dòng)水工業(yè)發(fā)展和進(jìn)步。

　　1.3 城市水工程學(xué)科的沿革

　　給水排水工程學(xué)科是“城市水工程” 學(xué)科的前身，它在我國建于20世紀50年代。那時(shí)中華人民共和國剛成立，為學(xué)習前蘇聯(lián)建設經(jīng)驗，提出“向蘇聯(lián)學(xué)習”的口號，所以也模仿前蘇聯(lián)的模式，建立了“給水排水工程”學(xué)科，在高等院校成立了“給水排水工程”專(zhuān)業(yè)。

　　建國后的前30年，但由于當時(shí)實(shí)行的“先生產(chǎn)，后生活”的發(fā)展方針，而“給水排水”被歸入“生活”類(lèi)，所以長(cháng)期發(fā)展緩慢，大大滯后與國民經(jīng)濟的發(fā)展。

　　進(jìn)入80年代，我國開(kāi)始實(shí)行“改革開(kāi)放”政策，國民經(jīng)濟開(kāi)始了快速發(fā)展，相應的對水的需求成倍地增加，而我國是一個(gè)說(shuō)資源短缺的國家，從而引起了供求之間的矛盾。同時(shí)，水污染治理滯后，大量城市污水和工業(yè)廢水未經(jīng)過(guò)處理直接排入水體，再加上農田化肥農藥流失，使得水環(huán)境污染情況日益嚴重。

　　80年代以后，水環(huán)境污染程度不斷加大，這與人對飲用水水質(zhì)不斷提高的要求之間的矛盾也日益增大，這樣在水量和水質(zhì)兩個(gè)方面，水質(zhì)矛盾就日益突出而上升成為主要矛盾 .與此同時(shí)，以水的社會(huì )循環(huán)為主要研究對象，在水質(zhì)和水量?jì)蓚�(gè)方面以水質(zhì)為中心的“城市水工程”也孕育而生。

　　2. 城市水工程學(xué)科內涵

　　城市水工程學(xué)科是以水質(zhì)為中心，研究水質(zhì)和水量的運動(dòng)變化規律，以及相關(guān)的工程技術(shù)問(wèn)題的學(xué)科，具體的說(shuō)包括水資源的保護和利用、城市給水排水工程、水工藝設備及水工藝過(guò)程檢測與控制等三大部分。

　　2.1 水資源的保護和利用

　　廣義的水資源是指地球上所有的水。不論它以何種形式、何種狀態(tài)存在，都能夠直接或間接的加以利用，是人類(lèi)社會(huì )的財富，屬于自然資源的范疇。狹義的水資源則認為水資源是在目前的社會(huì )條件下可被人類(lèi)直接開(kāi)發(fā)利用的水 .而且開(kāi)發(fā)利用時(shí)必須技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理且不影響地球生態(tài)，同時(shí)要考慮水量和水質(zhì)的要求。

　　2.1.1水資源概況

　　廣義的水資源是指地球上所有的水。通常所說(shuō)的“水資源”是指陸地上可供生產(chǎn)、生活直接利用的江河、湖沼以及部分儲存是地下的淡水資源，即“可利用的水資源”。從可持續發(fā)展的角度來(lái)看，水資源僅指一定地域內逐年可以恢復更新的淡水量，具體來(lái)說(shuō)是指河川徑流量表征的地表水資源，以及參與水循環(huán)的以底下徑流量表征的地下水資源。對一定地域范圍而言，水資源的量并不是恒定不變的，它隨用水的目的與水質(zhì)要求的不同、科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟發(fā)展水平的不同而變化。地球上的水通過(guò)不段的蒸發(fā)、降雨和徑流的循環(huán)實(shí)現再生和更新。其循環(huán)的基本形式是自然循環(huán)和社會(huì )循環(huán)。

　　進(jìn)入社會(huì )循環(huán)供人類(lèi)使用的水，主要取自江河、湖泊和地下水。

　　地球上的總水量達14.6億km3，但可為人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用的淡水資源卻有限；特別是現代工業(yè)發(fā)展對水資源的污染，加劇了“水質(zhì)”型缺水。

　　2.1.2水資源的保護與管理

　　水資源的保護與管理的目的實(shí)現水資源可持續開(kāi)發(fā)利用、保護水生態(tài)環(huán)境的良好狀態(tài)，促進(jìn)社會(huì )經(jīng)濟的不段發(fā)展。

　　水資源保護的內涵是采取法律、行政、經(jīng)濟、技術(shù)等綜合措施，對水資源實(shí)行積極的保護與科學(xué)管理：一方面對水量的合理取用及對其補給源的保護，包括對水資源的開(kāi)發(fā)利用的統籌規劃、涵養及保護水源、科學(xué)合理用水、節約用水、提高用水效率等；另一方面是對水質(zhì)的保護，包括制定有關(guān)法規和標準、進(jìn)行水質(zhì)調查、監測和評價(jià)、制定水質(zhì)規劃、治理污染等。

　　水資源管理就是運用行政、法律、經(jīng)濟、技術(shù)和教育等手段，合理開(kāi)發(fā)利用水資源，協(xié)調水資源的開(kāi)發(fā)利用與社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系，處理各地區、各部門(mén)之間的用水矛盾；監督并限制各種危害水資源的行為；保護水資源的水量及水質(zhì)供應，以滿(mǎn)足社會(huì )現實(shí)可持續發(fā)展對水資源的要求。

　　2.2 市政給水排水工程

　　市政給排水工程是市政水工程所研究的主要內容，它包括居民生活用水、城市生產(chǎn)用水、其他市政用水、各種來(lái)源和形式的污水與廢水及各種水的處理、凈化和排放。市政給排水工程含蓋了市政水質(zhì)工程、市政管網(wǎng)系統工程和建筑給水排水系統工程三大塊。

　　2.2.1市政水質(zhì)工程

　　2.2.1.1水質(zhì)工程簡(jiǎn)述

　　市政水質(zhì)工程又可分為市政給水水質(zhì)工程和市政排水水質(zhì)工程兩部分。市政給水水質(zhì)工程主要是對從水源取來(lái)的水進(jìn)行相應的處理，使得經(jīng)過(guò)處理后的水符合相應的用水水質(zhì)標準；市政排水水質(zhì)工程是對收集的污（廢）水進(jìn)行處理，使經(jīng)過(guò)處理后的水達到污（廢）水排放標準。

　　市政水質(zhì)工程對水的處理一般采用物理方法、化學(xué)方法、物理化學(xué)處理方法和生物處理方法。物理一般方法有格柵和篩網(wǎng)攔截、混凝和絮凝、沉淀、氣浮、吸附、粒狀材料過(guò)濾以及曝氣和吹脫等；化學(xué)方法有電解、化學(xué)沉淀、酸堿中和、氧化還原等；物理化學(xué)方法有離子交換、電滲析、反滲透和納濾、超濾和微濾等；生物處理方法有好氧生物處理方法和厭氧生物處理方法等。

　　2.2.1.2水及污、廢水的處理工藝

　　對每一項水質(zhì)指標一般都有一種或幾種處理方法可供選擇。但是，有時(shí)一項水質(zhì)指標只有采用幾種處理方法的組合才能達到水質(zhì)標準的要求，這種組合稱(chēng)為處理工藝。在具體情況下，如果有幾種水質(zhì)項目需要處理，就需要采用多種處理方法進(jìn)行組合，從而形成相應的處理工藝。

　　當城市以輕度污染的河水為水源時(shí)，水中除了渾濁度和細菌學(xué)指標不符合標準要求外，水中有機物也常不符合要求，為除去水中有機物，特別是種類(lèi)繁多的微量有機物，和在混凝、沉淀、過(guò)濾之后，增設臭氧氧化和粒狀活性炭吸附的處理方法，或在混凝投藥之前增設生物預處理，或在混凝投藥前后向水中投加氧化劑或粉末活性炭，經(jīng)過(guò)處理后的水中微量有機物指標便可符合水質(zhì)標準要求。

　　城市以含鐵井水為水源時(shí)，一般水的含鐵量和細菌學(xué)指標不符和要求。對此可以通過(guò)曝氣和沉淀過(guò)慮去除二價(jià)鐵。向濾后水加氯進(jìn)行消毒，便可使水的細菌學(xué)指標符合標準要求。

　　對城市生活污水的處理，主要是降低水中的有機物含量和殺滅水中細菌。一般多采用生物處理的方法對污水進(jìn)行處理，處理后的水在排放前加氯消毒。城市工業(yè)廢水的處理，要針對廢水的性質(zhì)，即要降低有機物含量，又要使其他對人體有害的物質(zhì)達到排放標準。

　　2.2.2市政管網(wǎng)系統工程

　　市政管網(wǎng)系統工程由管道和相應附屬構筑物組成。管道承當水的輸送任務(wù)；附屬構筑物則起水壓提升、水量調控以及污（廢）水和雨水的收集等作用。市政管網(wǎng)系統工程分為市政給水管道系統和市政排水管道系統。

　　2.2.2.1市政給水管道系統

　　市政給水管道系統的任務(wù)是水的提升、水的輸送和分配及水量的調節。其組成包括輸水管（渠）道、配水管網(wǎng)、泵站、水量調節構筑物和給水管道系統上的附屬構筑物。

　　市政給水管道系統的總體布局，可分為統一供水系統、分質(zhì)供水系統、分區供水系統和區域供水系統；配水管網(wǎng)的布置是在給水系統總體布局基礎上進(jìn)行的，基本形式有樹(shù)狀網(wǎng)和環(huán)狀網(wǎng)。輸水管（渠）選線(xiàn)及布置在保證按安全送水和滿(mǎn)足用戶(hù)用水要求是前提下，充分利用重力流送水，以節省工程造價(jià)；同時(shí)要盡量不穿越如河谷、鐵路等障礙。給水管道系統設計的內容包括流量計算、配水管網(wǎng)中的管段設計流量計算、管徑計算、管道系統水力計算、水泵揚程計算和給水管道系統優(yōu)化計算。

　　2.2.2.2市政排水管道系統

　　市政排水管道系統的任務(wù)是將城市的污（廢）水和降水按要求進(jìn)行收集并輸送到污水廠(chǎng)或天然水體，其主要由污水支管、干管、主干管、雨水支管、雨水干管和排水管道系統上的附屬構筑物組成。

　　市政排水管道系統的體制有合流制和分流制兩種基本形式。前者又分為完全合流制和部分合流制。新建的城區只能采用分流制，在舊城改造過(guò)程中，對改造難度大的可以將原來(lái)的合流制改造為部分合流制。排水管道系統設計的內容包括污（廢）水和雨水流量計算、流速設計、最小管徑計算、最小坡度設計及覆土厚度計算。

　　2.2.3建筑給水排水系統工程

　　建筑給水排水系統工程是城市水工程學(xué)科的重要內容。從組成上將，它是給水系統工程的末端和排水系統工程的起端；從水質(zhì)控制上將，建筑給水排水系統工程是關(guān)鍵性工程措施之一。為保證人們在節約用水的前提下，能用到安全優(yōu)質(zhì)的水和排放不致污染過(guò)分的水，建筑給水排水系統工程的設備和裝置起重要的作用，因為它們是人們直接的用水點(diǎn)和排水點(diǎn)。

　　2.2.3.1建筑給水系統工程

　　建筑給水系統工程要保證供水安全可靠、管理修理方便的同時(shí)，要力求工程投資量最��；而滿(mǎn)足用戶(hù)對水的水量、水質(zhì)和水壓要求是建筑給水系統工程的核心要求。

　　建筑給水系統工程一般由引入管、干管、主管、支管和用水設備組成。按用途不同可分為生活給水系統、生產(chǎn)給水系統和消防給水系統三類(lèi)。給水方式有直接給水方式，設有水箱的供水方式，設水泵的給水方法，設水泵、畜水池、高位水箱聯(lián)合供水方式和設氣壓給水裝置的供水方式。供水方式的選擇原則是：保證供水安全可靠，管理維修方便，在滿(mǎn)足用戶(hù)用水要求的前提下，力求給水系統簡(jiǎn)單，造價(jià)最��；充分利用市政管網(wǎng)直接供水。

　　建筑消防系統工程作為建筑給水的重要組成部分，應根據消防用水的要求供水。特別是現代建筑中的高層建筑和高層建筑群的消防系統，正在成為人們研究的重點(diǎn)。

　　2.2.3.2建筑排水系統工程

　　建筑排水系統工程按排除污、廢水的類(lèi)別分為生活污水排水系統、工業(yè)廢水排水系統和建筑雨水排水系統。三類(lèi)排水系統可按需要獨立設置或合并設置，分別稱(chēng)為建筑合流排水系統或建筑分流排水系統。獨立設置或分流設置主要考慮的因素是：污、廢水的性質(zhì)、污染程度、城市排水系統的體制以及綜合利用是可能性與處理要求等。同時(shí)，排水系統應該有通氣管，將排水管道中的有害氣體及時(shí)排至建筑物外。

　　2.3水工藝設備及水工藝過(guò)程檢測與控制

　　2.3.1水工藝設備

　　2.3.1.1水工藝設備概述

　　水工藝設備，是以水質(zhì)為核心的水工藝和工程的重要組成部分。它是保證水質(zhì)、提高水處理效率、降低制水成本的關(guān)鍵�，F代化的水工藝與工程，應在精密、高效、節約動(dòng)力和原材料、運行穩定的設備方面體現出來(lái)。

　　水工藝設備分通用設備、專(zhuān)用設備和一體化設備三大類(lèi)。通用設備主要有各類(lèi)閥門(mén)、泵和風(fēng)機。

　　2.3.1.2水工藝專(zhuān)用設備

　　水工藝專(zhuān)用設備可分為物化處理設備和生化處理設備。

　　在水處理工藝中，通過(guò)物理、化學(xué)、或物理化學(xué)作用去除水中某些特定物質(zhì)或承當整個(gè)水處理工藝中某一特定任務(wù)的設備，稱(chēng)物化處理設備。

　　水工藝中常用的物化處理設備有：攔污機械設備，排泥、排沙設備，撇油、撇沙設備，污泥濃縮脫水設備，攪拌設備，氣浮設備，投藥設備，消毒設備，過(guò)濾設備，離子交換設備，膜處理設備等。

　　生化處理設備主要有曝氣設備和生物轉盤(pán)。

　　水工藝一體化設備分小型一體化凈水設備和小型一體化污水處理設備。

　　小型一體化凈水設備是以地面水為水源，將混凝、沉淀、過(guò)濾三個(gè)凈水單元合理地組合與同一設備內，再配以加藥、消毒即可成為一個(gè)完整的小型凈水設備。它適用于水量較小，遠離城市供水系統以外的區域。一體化凈水設備混凝、沉淀、過(guò)濾三個(gè)凈水單元可根據不同原水水質(zhì)及處理水量采用不同型式，但原則是：體積小，效率高。

　　小型一體化污水處理設備多用于生活污水的處理。由于生活污水可生化性強，采用生物處理比較經(jīng)濟有效，故基本都采用生物處理工藝。根據處理工藝流程的不同小型一體化污水處理設備可分為壓力式污水生物處理設備、間歇式污水生物處理設備和地埋式污水生物處理設備。

　　2.3.2水工藝過(guò)程檢測與控制

　　水工藝過(guò)程檢測分水質(zhì)檢測、水工藝參數檢測和水工藝設備運行參數檢測。

　　水質(zhì)檢測的目的是為了水處理工藝過(guò)程的控制提供依據，并保證處理后的水質(zhì)達到預期的要求和規定的水質(zhì)標準，掌握水處理設備運行是狀況。水質(zhì)檢測包含物理性檢測、化學(xué)性檢測和生物性檢測。

　　水工藝參數檢測的目的主要是為了保證水工藝過(guò)程運行正常，為生產(chǎn)操作、運行控制以及管理提供依據。水工藝參數檢測主要包括：水力特征參數的檢測；氣體特性參數檢測；以及其他工藝參數檢測。

　　3.城市水工程學(xué)科的未來(lái)

　　在水及污、廢水處理技術(shù)方面，水處理的新方法和新工藝正隨著(zhù)高新技術(shù)的發(fā)展，隨著(zhù)對水質(zhì)是要求的不段提高，隨著(zhù)對水處理系統的經(jīng)濟性、可靠性、安全性的要求不斷提高，而不斷發(fā)展和不斷更新。

　　研制多功能高效、廉價(jià)的新的水處理藥劑，是當前的一個(gè)熱點(diǎn)。在混凝劑、絮凝劑方面，過(guò)去主要用與除濁，但現在因水質(zhì)污染、水中有機物增多，所以要求研制出即能高效除濁，又能高效去除有機物的新型混凝劑和絮凝劑。目前，研制新型無(wú)機高分子混凝劑、新型有機高分子絮凝劑以及各種復合混凝劑，是該領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向。氯消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物讀人體健康構成危害，研制安全有效的新型消毒劑以取代氯，是消毒技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。

　　在氧化劑方面，目前正在開(kāi)發(fā)的高級氧化技術(shù)，如催化氧化技術(shù)、二氧化鈦催化氧化技術(shù)等，能提高氧化劑是氧化能力，特別是能產(chǎn)生比上述氧化劑強的中間產(chǎn)物—自由基。

　　膜技術(shù)近年發(fā)展非常迅速。膜幾乎可以去除水中的一切雜質(zhì)，研制低價(jià)的微濾膜和超濾膜，用微濾和超濾取代城市水廠(chǎng)常規水處理工藝，可以不向水中投藥或少投藥，減少投藥對水質(zhì)帶來(lái)的影響，處理水質(zhì)可以得到進(jìn)一步，并便于實(shí)現水廠(chǎng)自動(dòng)化，這是水處理技術(shù)今后發(fā)展的一個(gè)方向。

　　生物技術(shù)是當代發(fā)展最迅速的一個(gè)領(lǐng)域。利用生物技術(shù)對微生物進(jìn)行分離、純化，得到處理所需的微生物群落和利用基因工程處理微生物，得到處理某些污水的高效菌種這兩個(gè)方面，都將大大推動(dòng)生物法處理水技術(shù)的進(jìn)步。

　　水及污、廢水處理設備與工藝方面，主要是改進(jìn)專(zhuān)用設備的安全性和提高設備的使用效率和成套及一體化設備的研究。如由于廢水資源化和水回用的要求，要開(kāi)發(fā)廢水深度處理設備（如膜法、臭氧法、活性碳法及微過(guò)濾技術(shù)）和新型消毒裝備。安全飲用水技術(shù)設備：包括水源水微污染處理技術(shù)和設備；鄉鎮和中西部地區飲水凈化設備；節水技術(shù)設備等。用于輕工、食品、飲料、醫藥、發(fā)酵、屠宰加工領(lǐng)域的中、高濃度有機廢水處理設備。根據市場(chǎng)需求，要重點(diǎn)發(fā)展升流式厭氧污泥床反應器（UASB）、厭氧復合濾地、好氧生物流化床及折流式厭氧生物處理反應器等技術(shù)設備。近幾年來(lái)，我國合資的啤酒廠(chǎng)和可口可樂(lè )廠(chǎng)，大多引進(jìn)了國外的升流式厭氧污泥床反應器組件和沼氣燃燒系統，而國內的水處理環(huán)保企業(yè)，還很少有能力提供此類(lèi)定型組件和沼氣系統設備。開(kāi)發(fā)造紙廢液有效的處理設備。為了控制水污染急劇發(fā)展，國家不得不下令關(guān)閉大批小造紙廠(chǎng)，以改變一個(gè)紙廠(chǎng)污染一條河道的局面。但大中型的造紙廠(chǎng)，特別是草漿廢水的治理，應著(zhù)力研制可行的技術(shù)裝備。還有表面處理廢水、廢液及有色金屬等礦冶煉廢水處理設備；含油廢水處理設備；油田水凈化設備；煤礦地下水及高濁度含鹽廢水處理凈化設備等，都需要在優(yōu)化現有處理設備基礎上，開(kāi)發(fā)定型設備。開(kāi)發(fā)多功能組合式水處理設備等。

　　城市水工程施工與經(jīng)濟是城市水工程學(xué)科是最重要的外延。城市水工程學(xué)科的各個(gè)方面都具有很強的使用性，水的開(kāi)發(fā)、凈化、供給、保護、利用和再生都與經(jīng)濟直接相連。在水工程項目方案評價(jià)、決策及項目建設、管理方面將有長(cháng)足發(fā)展。

　　主要參考資料：

　　1.李圭白主編   《城市水工程概論》  中國建筑工業(yè)出版社

　　2.李廣賀主編   《水資源利用與保護》   中國建筑工業(yè)出版社

　　3.嚴煦世、劉遂慶主編   《給水排水管網(wǎng)系統》   中國建筑工業(yè)出版社

　　4. 沈光范  《我國水污染防治戰略與技術(shù)發(fā)展趨勢》