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(市政工程专业论文)村镇与小城镇水环境可持续发展模式研究.pdf.pdf 免费下载
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摘要 摘要 实现村镇与小城镇水环境可持续发展包括2 个方面的含义:一是水资源可持 续利用,二是严格控制污染物质对当地水环境的破坏。减少和控制污染物排放能 减轻整个水环境的压力,污水处理和中水回用是解决这一问题的关键。健康的村 镇与小城镇水环境主要依赖于村镇与小城镇污水处理工程的建设和正常运行。 随着城镇化进程的加快和污染的加剧,村镇与小城镇原有的供水体系已经变 得很脆弱,供水安全的前景变得越来越不容乐观。因此,实行强强联合、资源信 息共享,实现城市带动郊区,建立村镇、城镇区域联合供水模式是保证水质安全 的上策。 大部分村镇与小城镇的水污染种类单一,村镇与小城镇有足够土地资源消纳 粪便及其污水。提出分质排水和中水回用模式,杂用水和粪便污水分开收集,杂 用水输送至污水处理厂进行处理,达到水质要求的中水全部进行回用,粪便污水 储存在粪便腐化池或沼气池中,经过熟化消毒后的粪便及其污水以及污水处理厂 的污泥均可回用于农田。 在新的建设模式下,针对村镇与小城镇的经济在逐步发展壮大、财富越来越 集中、发生火灾几率在增加、发生火灾后人员和财产损失后果更严重、村镇与小 城镇消防体系建设极不完善的特点,建议把天然水源和人工水体作为消防水源纳 入村镇与小城镇的总体规划中,建设村镇与小城镇的防灾体系,确保村镇与小城 镇消防安全 本文应用上述村镇与小城镇水环境可持续发展原理重点对北京市朝阳区马 泉营村的水环境可持续发展模式进行了研究。研究结果表明:马泉营村目前的水 环境设施相对较完善,实行的是良好的分质排水模式,具备基本的污水处理设施, 只要稍加改造,就能到达良好的效果。同时,明确了减轻马泉营村的水环境压力、 确保马泉营村水资源可持续利用的具体措施,并进行了项目实施后的成本和效益 分析。 关键词村镇;小城镇:农村城镇化;水环境;水污染;马泉营 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ec o u n t r y s i d eu r b a n i z a t i o ns u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti n c l u d e st w oi m p l i c a t i o n s , t h es u s t a i n a b l eu s i n go fw a t e r 姗u l c ea n dt h es t r i c te o n l x o lo fw 疵m a t e r c o n t a m i n a t e dt ol o c a lw a t e re n v i r o n m e n t d e c r e a s ea n dc o n t r o lo fc o n t a m i n a t i o nc a l l a l l e v i a t et h ep r e s so fw a t e re n v i r o n m e n tt h r o u g hw a s t c w a t e rt r e o 1 m a t l ta n dr e u s e d w a t o rt r e a t m e n tw h i c hw e r et h ek e yr n c l u 3 st oe n v i r o n m e n t a n dl l c a l t h yw a t e r e n v i r o n m e n to ft h ev i l l a g e sa n ds m a l lt o w n sa n dt h es m a l lc i t i e sm a i n l ye u n gt ot h e c o n s t r u c t i o na n ds t e a d yo p e r a t i o no f w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc i t i e sa n dt o w n sa n dt h ed e t e r i o r a t i o no fp o l l u t i o n , t h e w a t e rs u p p l ys y s t e mh a sb e c o m ev u l n e r a b l e , a n dt h es a f ep r o s p e c to f w a t e rs u p p l yh a s b e c o m e1 1 1 0 1 1 :a n di i i o t c p e s s i m i s t i c s o t h em o d e ,w h i c hw a st h eu n i t eo f p o w c n e u l n e s $ ,t h es l l a r eo f 蕾e s o u r c c 1 h ei m p e l l i n go fc i t i e st ot o w n s , a n dt h ea r e a c o v e r a g eu n i t ew a t e rs u p p l ya m o n gt o w n s , w a st h eb e s tm e a n s t oe n 研】r ew a t e rq u a l i t y m o s to ft h ev i l l a g e sa n ds m a l lt o w n sh a v es i m p l ew a s t ew a t e ra n de n o u g hl a n d s f o rr e c e i v i n gd e j e c t i o no rw a s t ew a t e r ap a t t e r no fw a t e rd r a i n a g ed i v i d e da n d r e c l a i m e dw l l t 盯c i r c l i n gw a sr e f e r r e di nt h ep a p e r m u n i c i p a lw a s t ew a t e rw a sp i p e a t ow a s t ep l a n tf o rl r e a t m c n tw h i l ea e j e e t i o nw a ss t o r e di ns e p t i ct a n k0 1 m e t h a n et a n k t h er e c l a i m e dw l l t c gm e e tr e f e r r e dr e q u i r e m e n tm a yb er e u s e da n dt l a es l u d g ef o r m w l l s t e w a t e r p l a n t o r b y d i g e s t i n g a n d d i s i n f e c t i n g m a y l a n d t o f i e l d s o m ec h a r a c t e r sw i l lb es h o w e di nt h en e wb u i l d i n gp a t t e r n :t h ee c o n o m yo f v i l l a g e sa n ds m a l lt o w n sg r o w i n gq u i c k l ya n dt h ef o r t u n ew a sc e n t r a l i z e dl l l o l ea n d m o l es e v e r e l y t h ef i r ep r o t e c t i o ns y s t e mi si n c o m p l e t ew h i c hh a sm o l ep r o b a b i l i t yo f f i r ea n dn l o l l es e r i o u sd a m a g et op e o p l ea n dp o s s e s s i o n s oi nt h ef i r ee o n l r o l ,n a t u r a l w a t e rs o u 雠a n dm a l l p o w e rw a t e rs h o u l db ec o n s i d e r e di nt h ew h o l el a y o u to f v i l l a g e sa n ds m a l lt o w n s t h es u s t a i n a b l ew a t e re n v i r o n m e n td c v d o p m e n tp a t t c mo fb e i j i n gm aq u a r t y i a gi ss t u d i e db a s eo i lt h ea b o v ep r i n c i p l e t h er e s e a r c hi n d i c a t e dt h a tt h ew a t e r e n v i r o n m e n te s t a b l i s h m e n to fm aq u a r ty i n gm e e bt h ep a t t e r no fd i v i d e dw a t e r l i l j b 京丁业大学工学硕士举位论文 嬲糟il ll | 曼曼- d r a j r l a g e t h e r eh a v ee s s e 飘歧越w a s t ew a t e rt r e a t m e n tf a c i l i t i e sa n dt h e y 嘲b et l s e w h e nr e b u i l ts l i g h t l y a tt h es a m et i m e , t h es p e c i f i cm e a s u r x 慧t or e l i e v ew a t e r e n v i r o n m e n tp r o so fm aq u a r ty m ga n db es u l et h ew a t e rf e s o 戳es u s t a i n a b l e u t i l i z i n g , a n dh a sc a r r i e do nt h ep r o j e c ti m p l e m e n t a t i o nc o s ta n dt h eb e n e f i ta n a l y s i s k e yw o r d s :v i l l a g e ;t o w n ;t h ec o u n t r y s i d e su r b a n i z a t i o n ;w a t e re n v i r o n m e n t ;w a t e r p o l l u t i o n ;m aq u a ny i n g i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名:日期: 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留,使用学位论文的规定,即:学校有权 保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部 分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名:导师签名: 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景 城镇化水平是衡量一个国家或地区发达和文明程度的标志。随着我国农村城 镇化进入快速发展时期,小城镇数量将会急剧增加。同时,产生了许多问题,如 资源浪费、环境恶化等。这种状况不解决,会直接影响农村城镇化、农村区域经 济的可持续发展,乃至影响整个国民经济的可持续发展。随着我国农村现代化进 程的加快,对村镇与小城镇的环境问题进行研究,具有十分重要的现实意义和深 远的历史意义。 本文以北京市朝阳区马泉营村城市化过程为典型实例,作为农村城市化进程 中可持续发展的环境建设的研究对象,拟通过对村镇或小城镇水环境的系统规 划,探讨村镇与小城镇水环境工程中的供排水技术及可行性;针对村镇与小城镇 水环境的特点,研究一种水环境发展模式,以减少污水排泄量,增加水资源可利 用量为原则;研究中水回用措施,建立完善的消防水源供水系统;从而探讨建立 村镇与小城镇水环境的可持续发展模式。 1 2 农村城镇化进程中水环境情况 1 2 1 国外情况 2 0 世纪中期,各发达国家推行节水,普及城市污水二级处理率,雨水渗透利 用及建筑中水开始出剐。地处干旱半干旱地区的以色列,人均年水资源占有量 仅为4 7 6 m 3 ,其解决水资源短缺的主要对策是节水和城市污水深度处理与有效利 用。目前,以色列已有超过9 0 的城镇污水得以回用 2 1 。其中最大一项回用工程 规模为9 5 x 1 0 7 m 3 a ,服务面积2 2 0 k m 2 ”。 美国等西方发达国家对水污染的治理走过的也是一条“先污染,后治理”的 道路。自从1 9 7 2 年通过清洁水法案以来,美国在污染控制方面己花费了5 4 0 0 亿美元,点源控制取得了显著的成效1 4 。洛杉矶是美国缺水城市之一,在解决需 水和缺水之间的矛盾时采用了较为系统的污水回用中长期规划【5 】。 北京工业大学工学硕士学位论文 雨水利用方面:墨西哥利用天然不透水的岩石表层为集水面;美国利用化学 材料处理集水面以增加集水效率【6 】。m o r t g ng r u m ,r h a n sa a l d c r i n k 【7 1 研究和开 发了城市径流污染模型,t s v e i n nt h o r o l f s s o n 【8 】提出利用城镇的自然环境( 盆地、 、 湖泊、湿地等) 吸纳雨水径流以及减轻污染物含量。 2 0 世纪7 0 年代以后,乡村水环境改善和面源污染防治的研究和实践日益受到 政府和科技界的重视。 ( 1 ) 在农村生活排水处理方面日本政府实施的“农村集落排水工程”建 设,主要是集中处理农村生活排水】。美国己在乡村建成4 0 0 多个人工生态污水 处理系统,运行良好。英国在建设乡村小型生活污水和畜禽养殖场粪便污水处理 工程、以及综合利用方面很有特色【9 】。 ( 2 ) 在污水灌溉方面美国污水回用量达2 6 0 万m 3 d ,其中6 2 用于农业 灌溉,3 0 用于工业,其余用于城市设施和地下水回灌。由于以色列水资源严重 不足,目前该国污水回用率达到7 0 以上,其中4 2 用于农田灌溉,3 0 用于 地下水回灌,其余用于工业及市政等【9 】。 ( 3 ) 在面源污染防治方面2 0 世纪7 0 年代以后,发达国家开始进行面源 污染监测,研究、探索减少污染的技术和措施,开展了土地利用对面源污染、地 下水环境影响的评估 9 1 。 1 2 2 国内情况 农村环境污染的治理受当地经济、地域、自然环境等多种条件的制约。简单 地套用城市已有的环境污染治理模式,显然不能满足农村环境污染治理的需要。 ( 1 ) 北京、天津、广东等地进行了有益探索和实践。从1 9 9 5 年到1 9 9 8 年 的四年间,北京市水利局主持实施了中英国际合作“华北地区乡村水环境项目”, 在通州区小堡村和房山区南韩继村建成了农村水环境综合治理示范村【1 2 】。2 0 0 2 年,天津市将武清区的“河北屯镇的集中供水工程”项目作为执行“大地之爱母 亲水窖”的基金项目,总投资2 5 9 万元,涉及1 1 个村,共1 6 7 6 1 人,彻底解决 了当地的饮用水困难。 南京浦口区汤泉镇建成南京首座水生植物污水处理厂,利用水生植物结合生 物氧化治污,处理全镇两万多人、4 家企业的3 0 0 0 吨污水。天津市在大港区中 2 第l 章绪论 塘镇启动建设“高效菌处理生活污水”工程等。 在北京市郊区水利现代化建设规划( 2 0 0 4 - - 2 0 0 8 ) 中,明确了“乡村水 环境保护体系”建设的具体任务:建设乡村污水处理工程5 5 处,实现污水就 地回用;在水源保护区内建设村庄及旅游景点小型污水处理工程5 0 0 处;建 设村庄垃圾及规模养殖污水处理工程1 0 0 处;建设5 0 条清洁小流域等【1 1 】。广 东省中山市加强水污染治理初见成效,一方面,进行管网改造,实现雨污水分流, 积极建设污水处理厂,另一方面,科学调度水利设施,通过潮差水能动力和泵站 抽水,加快河道水体的流动和置换,同时,增加水容量,如今,人们又能看到清 水潺潺、鱼虾重现,当地的水环境恢复了生机。张家港市2 0 0 1 年进行了农村水 环境的全面整治,目前已经初见成效。 北京市推广朝阳区金盏乡“蟹岛”建设水环境可持续发展的先进经验:通过 实施一系列的生态建设,利用氧化塘,水生植物吸收、砂滤、蟹稻鱼合一等技术 使污水、粪便、污泥全部回归自然的生态循环系统,真正作到了污染自身消化, 产生的污染物为零。作到了水资源的多级利用、循环使用。 ( 2 ) 黄翔峰等进行了高效藻类塘处理农村生活污水研究。一些研究人员对 土壤植物系统对污水中有机污染物及金属、非金属元素的净化作用,污水灌溉 对土壤、地下水、作物产量与品质的影响,以及污水灌溉技术、土地生态污水处 理技术等进行了深入的研究【9 】 ( 3 ) 吴群河等人开展了广州地区水环境质量调查与评价工作,为面源污染 防治积累了经验。 1 3 村镇与小城镇水环境可持续发展 1 3 1 农村城镇化 农村城镇化使人们搬入新的楼房,村镇与小城镇是经过合理规划的。显然, 原来的供水方式已经不能适应用户的需求,供水管线需要统一规划设计,原来各 家各户分散供水要改为集中供水,集中管理,需要增设相应的给水排水系统和设 备,包括集中供水所必须的地下水净化系统、输配水管道系统、加压水泵、水质 化验分析等一整套设备。 3 北京t 业大学工学硕士学位论文 ( 1 ) 社会主义新农村建设新农村建设的实质意义在于提高农民的生活质 量和生活水平。要处理好新农村建设与村庄建设的关系,不能违背农民意愿,搞 不切实际的大拆大建。村庄的规划、整治和建设不能脱离为农民服务的思想,广 大农村普遍存在着环境卫生差、住房条件差等情况,应积极地引导农民结合安居 工程改造住房条件、整治环境卫生。 ( 2 ) 城镇化( u r b a n i z a t i o n )我国的城镇化率已经由1 9 9 3 年的2 8 提高到 2 0 0 5 年的4 3 8 2 。据统计,2 0 0 3 年我国共有建制镇2 0 0 2 1 个,其中市镇入口为 5 2 亿,每年进城的人达到总人口的1 。今后2 0 年,中国城镇化将进入快速发 展时期,在城市化进程中要综合考虑城市与农村以及经济、社会环境问题,达到 可持续发展的目裂1 2 1 。 随着我国城市化发展,建设步伐加快,随之而来的村镇与小城镇水资源紧张、 消防形势严峻和洪涝灾害矛盾凸现,生活用水,生态用水和工业用水大幅度增加, 不仅占用农业用水,也加重了地下水的负担,缺水趋势日益加剧,为维持社会经 济的发展不得不过度开采地下水,导致地面沉降等地质环境问题,或耗费巨资进 行外流域调水 嘲。 ( 3 ) 村镇与小城镇特点相对城市而言,村镇与小城镇具有以下特点: 人口密度低、建筑分散,建筑建设标准不高;土地资源相对丰富、环境资源和 生态资源比城市优越:污染负荷比城市低;人力资源丰富,人工费用低; 经济发展不平衡、经济承受能力差;基础设施落后于城市;交通、信息不发 达;人才、资金、技术缺乏等;成为大中城市污染转移的对象。 1 3 2 水环境 ( 1 ) 村镇与小城镇水环境村镇与小城镇水环境是指居住区内满足人们生 活、卫生、安全及改善居住环境的自然和人工水体及相关设施,它包括自然水环 境和社会水环境。 ( 2 ) 水环境问题一方面,由于人口激增和工业化发展使用水量急剧增加。 另一方面,农业耗水量无节制增加。水污染又加剧了水资源紧缺的局面。2 0 0 2 年,我国七大水系7 4 1 个重点监测断面中,仅有2 9 1 的断面符合i i 类水 质要求,如图卜1 。 4 第1 章绪论 图1 - 12 0 0 2 年我国七大水系7 4 1 个监测断面的水质类别比例 f i g u r e l - 1w a t e rq u a l i t yc o n d i t i o n sa t7 4 1s e c t i o mo f t h es e v e nw a t e rs y s t e m , 2 0 0 2 2 0 0 4 年有监测数据的7 4 5 个水体断面中( 其中河流断面4 8 9 个,湖库点位 2 5 6 个) ,统计情况表明,水质符合或优于类以上仅占3 7 7 ,类占2 0 5 , v 类占1 3 6 ,劣v 类占2 8 2 t 1 3 1 ,如图1 2 。 。 图1 - 22 0 0 4 年我国7 4 5 个水体断面的水质类别比例 f i g u r e l - 2 w a t e r q u a l i t y c o n d i t i o n s a t 7 4 5s e c t i o n s o f s u r f a c e w a t e r b o d y , 2 0 0 4 通过以上对照可以看出,我国的主要水系水质略有好转,但形势依然严峻。 2 0 0 4 年我国主要污染物指标依然为氨氮、石油类、高锰酸盐指数等。另一方面, 污水处理设施总量非常欠缺。2 0 0 4 年底,全国城市污水排放总量约为3 5 6 亿m 3 , 污水处理率仅为4 5 7 ,6 6 1 个城市中还有2 9 7 个城市没有污水处理厂,全国有 一半以上的城市和绝大多数建制镇污水没有经过有效处理,直接排入江河湖海, 地面水和地下水资源污染严重【l3 1 。我国村镇与小城镇近5 年生活污水排放量及处 理量比较如图1 - 3 。 1 3 3 可持续发展理论 可持续发展,系指满足当前需要而又不削弱子孙后代满足其需要之能力的发 展。可持续发展战略要求改变单纯追求经济增长、忽视生态环境保护的传统发展 模式,由资源源型经济过渡到技术型经济,综合考虑社会、经济、资源与环境效 5 北京工业大学工学硕士学位论文 益,积极控制人口增长。通过产业结构调整和合理布局,应用高新技术,实行清 洁生产和文明消费,协调环境与发展的关系,使社会经济的发展既满足当代人的 需求,又不致于对后代人的需求构成危害,最终达到社会、经济、生态和环境的 持续稳定发展。 水环境可持续发展是社会经济发展的前提和基础,可持续发展是环境保护与 经济发展之间的协调共生,是相容的,可持续发展战略旨在促进人类之间及人类 与环境之间的和谐,环境与发展两者不可分割f 1 5 】。 图卜31 9 9 9 年2 0 0 3 年我国村镇与小城镇生活污水排放量及处理量比较“4 1 f i g u r ei - 3t h ec o m p a r i s o nb e t w e e nc h a r g ea n dd i s p o s a lo f d o m e s t i cw a s t e w a t e ri nm a l lt o w n s f r o m1 9 9 9 t 0 2 0 0 3 1 4 课题的来源与主要的研究内容 本课题以北京市朝阳区马泉营村做示范工程。以该村水环境的科学规划、利 用和管理为主要研究目标,针对马泉营村的水环境状况,对各种水源的合理应用 及污水的资源化进行重点研究,最大限度的利用水资源,节省处理和利用工程费 用,为北京市的村镇与小城镇水环境系统研究提供技术支持。 本课题的研究内容主要包括以下几个方面:村镇与小城镇供水系统可持续 发展模式,包括区域供水模式、水资源可持续利用的水量平衡、供水系统安全、 消防供水利用措施等研究;村镇与小城镇非传统水资源可持续利用模式,包括 村镇与小城镇污染源和污水排放的水质水量特点、分质排水与中水回用模式、水 环境可持续发展的工程措施、雨洪资源利用措施等研究。 6 第1 章绪论 1 5 新的建筑模式对现代水系统的需求 ( 1 ) 需水量增加对水资源压力农村城市化进程中,村镇与小城镇的大量 建立对水环境造成巨大影响。一是对水量的影响,二是对水质的影响。增加了耗 水量,导致了水源枯竭、供水紧张:地下水过度开采,导致村镇与小城镇附近地 下水水位下降和地面塌陷等等,村镇与小城镇人类商业和经济活动频繁,污染的 点源若没有经过适当处理而下渗水没有适当控制,就会成为地下水污染的隐患, 而地下水一旦污染后,治理的难度比较大。 ( 2 ) 集中供水产生的饮用水安全问题过去,我国北方地区的大部分农村 家庭都是一家一户打井解决用水问题,用水基本没有什么费用,根本谈不上完善 配套的给水排水系统,也未经过任何消毒和水质分析化验;即使有水厂,也是一 个村设一个供水站,一个镇建一个水厂,彼此独立、各自为政,饮用水安全难以 保证。 ( 3 ) 集中排污导致的环境污染问题农村城镇化使污水能够通过地埋管道 有组织排放,但由于资金的限制和机制不合理,建立的给水排水系统并不完善, 往往只重视排放,忽视污水治理。比如,畜禽养殖业是我国许多城郊农村的支柱 产业,许多地方已经实现了畜禽养殖规模化、集约化。而对于畜禽养殖产生的污 染治理却严重滞后,养殖业对水源造成污染的主要是畜禽粪便及其污水,科学的 粪便处理方式对减少污染非常关键。据c m p t a 等【1 6 】的研究表明:将牲畜粪便作为 一种肥料投入到沙质粘土表面、并将粪肥均匀的压成圆片状,氮和磷的流失量可 得到有效的控制。 虽然单个村镇和小城镇排放的污废水量无法与大中城市相比,但是我国村镇 和小城镇数量众多,其污废水的排放总量是相当可观的。而且村镇和小城镇布局 分散,每个村镇和小城镇排放的污废水与当地的城市排放的污废水都会直接影响 到其下游的自然环境,因此,必须对村镇和小城镇的污废水进行有效治理才能实 现我国水环境的可持续发展 ( 4 ) 地表铺砌增加对防洪工作的压力我国目前进入了城市化的快速发展 阶段。我国近几年的村镇建设高速发展,建设了大量的不透水地面、墙面、屋面 和河道,而这些做法不符合建设生态村镇的要求,违背了水的自然循环规律,最 终导致了一系列的水环境问题。 7 北京。r 业大学工学硕十学位论文 ( 5 ) 新的建筑模式对现代消防供水系统的需求人们在搬入新的楼房和小 区的同时,应该能充分享受到消防安全,而目前,我国的村镇与小城镇消防的现 实情况是:消防通道不畅,消防水源缺乏,消防设施不足,消防安全布局隐患严 重等,已成为村镇与小城镇的普遍问题。同时,在城镇改造与建设的过程中往往 忽视消防配套设施的同步建设。如消防给水管网和设施没有和市政给水管网同步 设置;一些河网、水塘也没有纳入消防水源规划予以合理利用。 1 6 课题的实际意义 完善的基础设施是村镇与小城镇功能作用发挥的前提,加快村镇和小城镇建 设必然要求村镇和小城镇供排水事业适度超前发展,随着村镇和小城镇建设规模 的扩大、城镇功能的增强,对村镇与小城镇供水的水量、水质、水压、供水保证 率以及水环境治理等方面提出了更高的要求,村镇和小城镇地区的居民都有着提 高生活质量和改善生存环境的强烈愿望。 村镇及小城镇供水发展水平受社会经济、工业化水平、农村生活水平等诸多 因素的影响,目前约有一半的村镇供水不足,影响当地经济和社会的发展及小城 镇建设的进程,因此村镇供水已成为推进城镇化的重要保证。村镇供水的发展, 可以大幅度提高社会经济发展速度,发展村镇和小城镇供水不仅扩大了对机电设 备、建筑材料、管材、电子仪表、化验设备等制造业的需求,推动相关行业的技 术革新,也为发展村办和乡镇企业创造了条件。随着村镇和小城镇供水条件的改 善,将掀起建设厨房、厕所、浴室等设施的高潮,对于拉动我国居民的消费内需、 提高社会文明程度、加快经济增长非常有利,符合我国建设社会主义新农村的发 展思路。 发展村镇与小城镇排水事业是构建环境友好型社会的现实需要,必须完善村 镇和小城镇排水系统,尤其是污、废水的收集、处理与回用。水环境是一个整体, 不重视污废水的处理与回用必将污染我们的饮用水源,人民的身体健康将受到严 重威胁,水环境可持续发展也无从谈起。发展村镇和小城镇排水事业还能吸引社 会资金,带动相关产业的发展,同时,扩大了就业,促进经济繁荣。 发展村镇与小城镇消防水源建设、增强村镇与小城镇防洪排涝能力是实现我 国可持续发展战略的根本保证。我国村镇与小城镇的防灾减灾应急体系不健全, 8 第1 章绪论 导致发生灾害时人员伤亡、财产损失惨重。村镇和小城镇消防水源的建设历来不 受重视,只有遭受火灾灾难的村镇和小城镇才能真正体会到消防水源建设的重要 性,而对于村镇与小城镇防洪排涝,只有采取科学合理的规划和技术措施,才能 减轻和避免由此造成的重大损失。 推进农村城镇化过程中,尽管水环境的治理不能完全做到零污染,但是把水 污染对环境的破坏降低到最低限度,也就是治理后,能使村镇与小城镇水环境降 低到自然环境系统能够承受并可持续利用的限度,是推进农村城镇化过程中处理 水环境问题的基本要求。 合理利用水资源关系到社会安定和可持续发展,随着城市化进程的推进,社 会水环境问题所造成的压力越来越大,急需研究并建立可持续发展的村镇与小城 镇水环境模式。 1 7 本章小结 本章主要介绍了本课题的研究背景和城镇化进程中国内外水环境的情况,简 要介绍了城镇村镇与小城镇水环境可持续发展的基本原理和理论,提出了农村城 镇化进程中产生的5 个方面的水环境问题,并指出了本课题研究的实际意义。 9 北京工业大学工学硕士学位论文 第2 章村镇与小城镇供水系统可持续发展模式 2 1 概述 供水工程是村镇与小城镇经济发展的基础设施,要实施小康饮水工程,实现 小康饮水目标,必须充分利用当今世界最新知识、信息和技术要素,促进村镇供 水领域的技术进步,重视和应用先进技术,实现科技、信息、观念、管理等全面 跨越式发展。 随着我国村镇与小城镇建设进程的加快,村镇与小城镇的供水工程建设已取 得较快发展,但发展不平衡,供水工程设施整体现状水平不高,在水质、工艺、 设旅、管网建设上,还有较大差距,主要表现在水源地污染严重,取水可靠性较 差;源水管管径偏小,输水能力不足;净水设施老化,工艺落后;配水管网布局 不合理,供水安全性差等方面【”。 村镇与小城镇供水的特点是:需水量少,用水量不均匀、昼夜用水量变化较 大、时变化系数较大;水源水质优于城市,供水范围小且分散,不能很好的形成 规模,管网基本上都是枝状,供水安全性不高等。 结合村镇与小城镇供水系统的特性,根据可持续发展原理,可以把村镇与小 城镇供水的可持续发展理解为:供水系统工程的设计和管理满足现在和将来社会 发展的需要,同时维系生态和环境的完整性。在满足用户对供水水质、供水水压、 水量和安全可靠性要求的前提下,寻求一种最优供水方案或模式,同时。健康的 村镇与小城镇水环境主要依赖于村镇与小城镇内水处理工程的正常运行。这就是 城镇供水可持续发展的核心内容。其中,水源保护工作必须作好,另一方面,村 镇与小城镇给水工程实际取集地下水与地表水的总量应小于当地水资源可取水 量,并且有一定的安全余度,这才是城镇供水系统可持续发展的基础和根本保证。 村镇与小城镇供水系统安全问题包括:供水系统、供水水源、供水水质、供 水水压、供水水量、用水方便程度等方面,为解决这些问题,实行区域供水是一 个良策,本章着重研究村镇与小城镇供水系统可持续利用模式和消防供水利用与 消防水源建设模式。 1 0 第2 章村镇与小城镇供水可持续发展模式 2 2 村镇与小城镇供水可持续发展的技术措施 2 2 1 村镇与小城镇分散独立供水模式 对于比较分散的、远离城市,独立的村镇与小城镇,不能利用城市供水管网 时,可以采用分散独立的自备水源供水模式,因地制宜地建设集中供水设施,改 善饮用水条件。水源丰富的乡镇可充分开发地表水资源,利用天然地形,经过净 化处理,优先发展重力自流供水;平原地区小城镇以打井取水为主,通过蓄水设 施调节,加压供水。选择自备水源独立供水时需要考虑的因素:水质良好、远离 污染源、取水安全可靠、有良好的地形条件、能够实现重力供水为最优等。选择 良好水源的顺序依次为:山泉水、地下水、水库、河流。 对于因各种原因造成某些村镇或小城镇水源水质变差的,可以有针对性地运 用现代水处理技术及检测手段,改进水处理工艺、确保水质安全,另一方面,加 强污染源管理和治理,对于水质很差,运用先进水处理技术和工艺无法满足水质 要求的,必须重新寻找新的水源,以满足村镇与小城镇分散独立供水的水质安全。 2 2 2 村镇与小城镇区域供水模式及措施 一方面,对于距中心城市相对较远、但较集中分布或连绵分布的村镇与小城 镇群,应该优先考虑联片区域供水,统一建设、联片建设区域水厂,实现供水设 施的联建共享,根据实际情况,可以实现单水源或多水源供水,供水形式可以多 样化,以确保安全、长远供水为前提。各村镇之间可以充分发挥自身的优势,如 地形、水源水质良好、人才、资源等优势,实现优势互补,产生规模效益。 另一方面,对于大中城市规划区范围内的郊区村镇,如果当地水资源水质差, 技术、人才缺乏、管理费用过高,经济效益差,而城市管网末端压力足够,应优 先考虑采用依托大中城市给水系统的区域供水方式。城郊村镇或小城镇可以利用 自身的地缘优势,借助城市管网解决城郊村镇或小城镇的供水问题,实行城乡联 网区域供水,这也是今后城乡区域供水一体化的发展方向。 相对偏远的村镇与小城镇而言,城郊村镇或小城镇的供水系统具有以下优 势:可以充分借助城市的交通、信息、技术、人才、资源、资金等各方面的优 北京工业大学工学硕士学位论文 势。发展城郊村镇与小城镇的供水事业,而偏远的村镇与小城镇享受不到这样的 好处。土地资源相对丰富、环境资源和生态资源比城市优越;污染负荷比城 市低;人力资源丰富,人工费用低。具有以下劣势:经济发展不平衡、经济 承受能力差;基础设施落后于城市:信息不发达;资金、人才、技术缺乏 等;成为大中城市污染转移的对象。 ( 1 ) 区域供水实施原则由于区域供水的供水规模和供水范围一般都相对较 广,实施规划建设的工程量较大,总体工程造价较高。因此,应遵循“统筹规划、 分期实施、近远期结合、近期为主”的原则。进行区域供水工程设计时,应严格 依据总体规划和各乡镇的用水量需求,对实际取水量、允许开采量、供水范围、 近远期用水量标准、管线布置方案等进行详细、深入研究和统筹规划,充分利用 现有供水设施,兼顾中、远期供水量的需求。初期建设规模一定要适度,以利于 资金筹措,缩短建设周期,尽快取得效益。 ( 2 ) 区域供水方式的具体实施方案选择利用城市供水管网解决村镇与小 城镇供水时,应根据实际情况采用不同的供水方式,确保安全供水,实现村镇与 小城镇供水的可持续发展。 压力足够,水量足够时,不需加压,不必建设水池、水塔等储水设施。 压力不足,水量充足时,可考虑建设局部加压泵站和清水池、水塔等储水 设施,可采用2 种方式进行供水,如图2 - 1 。是利用变频水泵还是水塔加衡速水泵 进行供水,可根据村镇或小城镇的经济状况和技术状况来决定。 匝匦翠包吨固 补氯 补氯 图2 - 1 城乡供水一体化的2 种供水方式 f i g u r e2 - 1t w oi n t e g r a d v ew a t e rs u p p l ym o d e so f i nc i t i e sa n dt o w n s 1 2 第2 章村镇与小城镇供水可持续发展模式 压力不足,水量也不足时,可考虑开发新的水源,也可实现村镇连片区域 供水。 实行村镇、镇镇联合供水的,根据水源情况和数量的不同,可以采取如图2 - 2 、 图2 3 的区域供水方式。 图2 - 2 利用地表水单水源的区域供水方式示意 f i g u r e2 - 2t h ed i s t r i c tw a t e rs u p p l yf l o wi ns i n g l ew a t e rs o u r c eo f s u r f a c ew a t e r 图2 - 3 利用地下水多水源的区域供水方式示意 f i g u r e2 - 3t h ed i s t r i c tw a t e rs u p p l yf l o wi nm o r ew a t e r s o t l i v a so f s u r f a c ew a t e r 北京丁业大学c 学硕士学伉论文 ( 3 ) 技术数据支持借助城市供水管网供水时,应获取的数据包括:水质 情况、末端水压、末端余氯量、管径大小、城郊地形及平面图。对于村镇与小城 镇联片区域供水的,应获取的数据还包括:各村镇地形、水源水质、水源条件、 地质状况、供水范围、人口规模、各村镇供水发展规划等。 2 2 3 村镇与小城镇水资源可持续利用的水量平衡框架 ( 1 ) 村镇与小城镇可利用的水资源就目前而言,由于水环境被大范围污 染,可采集和利用的符合取水要求的水资源越来越少,单纯依赖就近采集传统的 地下水和地表水水源已经不足以支撑村镇与小城镇的用水需求,造成一些地区水 资源严重短缺,因此,开发新的稳定的水资源已经迫在眉睫,污水资源化是最好 的出路。 可利用的水资源分为传统的水资源与非传统的水资源,传统的水资源包括: 符合水质要求的浅层地下水源( 泉、井等) 、地表水源( 江河、湖库等) ;非传 统的水资源包括雨( 雪) 、洪资源以及经过深度处理的中水资源,如图2 - 4 。 图2 - 4 村镇与小城镇水资源分类 f i g u r e2 - 4t h ew a t e rr e s o u i es t a p l ei nv i l l a g ea n ds m a l lt o w n s ( 2 ) 水量平衡要实现村镇与小城镇水环境的可持续发展,必须作好水资源 的水量平衡和水资源利用的规划工作,水资源可利用量包括:地表水可开采量、 地下水可开采量、雨洪资源可利用量、中水回用量。水量平衡见表2 - 1 。 由表2 1 可以看出:要确保村镇与小城镇水资源的可持续利用,必须作到实 际取水量小于允许开采水量,在传统水资源不足的情况下,应考虑采用雨( 雪) 1 4 第2 章村镇与小城镇供水可持续发展模式 表2 - 1 村镇与小城镇水资源可持续利用的水量平衡单位( 万m s a ) t a b l e2 - 1w a t e rq u a n t i t yb a l a n c eo f w a t e rs 叭l r c ep e r s i s t e n tu t i l i z a t i o ni ns m a l lt o w n s 汰 传统水资源非传统水资源村镇或小城镇 可利用量v 5可利用量v 水资源能否可持续 利用的标准或措施 地表水地下水雨( 雪)中水 v l v l ;v 2 v 2 资源可资源可水可利回用 利用量利用量 用量 水量 v iv 2 圯 若v b 璺,则必须动 v 3 用v ,而v 3 l 皇0 v , 实际取水量v v l 场 否则,不可持续利用 水资源 v 5 = v i + v 2v 6 = 吩手吩 可利用量 生活工业农业 生态 其他 以采定需,有计划取水 实际需水量v b 减低用水定额 计算方式 按按按估计估计 人数 产值面积 节约用水,提高用水 实际用水量v c 忙手f 十 重复利用率 水和中水等非传统水资源,同时,以可采水资源量确定实际需水量,量力而行, 有计划取水、降低用水定额、节约用水、提高用水重复利用率。因此,在充分作 好本地水资源可利用量的调查研究工作的前提下,进行科学决策,对取水企业进 行限额管理,严格限制超量开采,尤其对于华北、西北依赖采集地下水的缺水地 区,更应加强这方面的调研工作,为科学决定开采量提供可靠数据。 ( 3 ) 判断村镇与小城镇水资源可持续利用的水量平衡框架实现村镇与小城 镇水环境可持续发展的关键在于水资源可持续利用,而水资源可持续利用的着眼 点就在于可利用的水资源水量( u + v 6 ) 、实际取水量( v ) 、实际需水量( v b ) 与实际用水量( 、7 t ) 四者之闻的供求关系,若v i a v i 且v a v 2 ,则可持续发 展,否则,不可持续发展,从理论上讲,在没有开发利用非传统水资源的情况下, 实际取水量就等于实际用水量,即v 三v b ;另一方面,若v s v 5 。则表明传统 水资源可利用量不足以维持用水的需求,因此,在没有外来水资源补充的情况下, 必须考虑利用当地的非传统水资源,才能实现村镇或小城镇水资源的可持续发 展,水量平衡框架如图2 5 。 北京工业大学工学硕士学位论文 图2 5 村镇与小城镇水资源可持续利用的水量平衡框架 f i g u r e2 - 5t h ew a t e rm o u r c ep e r s i s t e n tu t i l i z em o d e l i n go f w a t e rq u a n t i t yi ns m a l lt o w n s 1 6 第2 章村镇与小城镇供水可持续发展模式 2 2 4 提高村镇与小城镇供水系统安全的策略 ( 1 ) 加强水源保护对于村镇与小城镇饮用水源来说,主要是生活污废水 和工业废水引起的污染,也包括环境污染严重地区初期雨水携带地面污染物进入 水源引起的污染。因此,必须针对不同村镇或小城镇的水资源状况和污染状况, 控制水源保护区的经济发展和人类活动、建设截污工程、采取科学的农业种植防 护措施、严格控制城镇生活垃圾与工业废弃物对地下水源和地表水源的污染等。 ( 2 ) 实行取水总量控制在充分作好本地水资源可利用量的调查研究工作 的前提下,进行科学决策,对取水企业进行限额管理,严格限制超量开采。 ( 3 ) 改变落后的
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