给水排水工程概论2.

1、第二章第二章 水的利用与水源保护水的利用与水源保护2.1 水资源水资源2.1.1 水资源的含义与特性水资源的含义与特性1、水资源的含义、水资源的含义 广义的广义的：指地球上所有的水。属自然资源的范畴。：指地球上所有的水。属自然资源的范畴。狭义的狭义的：是在目前的社会条件下可被人类直接开发和利用的水。：是在目前的社会条件下可被人类直接开发和利用的水。 而且开发利用时必须技术上可行、经济上合理、不影而且开发利用时必须技术上可行、经济上合理、不影 响地球生态。响地球生态。通俗的通俗的：指陆地上可供生产和生活直接利用的江河湖沼以及部：指陆地上可供生产和生活直接利用的江河湖沼以及部 分储存在地下的淡水资

2、源。即可利用的水资源。分储存在地下的淡水资源。即可利用的水资源。从可持续发展的角度从可持续发展的角度：水资源仅指一定区域内逐年可以恢复：水资源仅指一定区域内逐年可以恢复 更新的淡水量，包括地表水资源和地下水资源。不是更新的淡水量，包括地表水资源和地下水资源。不是 恒定不变的。恒定不变的。2 2、水资源的特性、水资源的特性（1）再生性与有限性）再生性与有限性（2）时空分布上的不均匀性）时空分布上的不均匀性（3）利弊的两重性（流动性）利弊的两重性（流动性与溶解性）与溶解性）（4）社会性与商品性）社会性与商品性2.1.2 地球上的水资源地球上的水资源地球上水的总量地球上水的总量14.614.6亿亿k

3、 km m3 3淡水储量仅为淡水储量仅为0.390.39亿亿kmkm3 3不足全球总水量的不足全球总水量的3%3%易开发利用的淡水储量为易开发利用的淡水储量为0.040.04亿亿kmkm3 3，不到淡水的，不到淡水的11%11%世界水资源概况世界水资源概况世界水资源研究所：世界水资源研究所：全世界有全世界有2626个国家个国家2.322.32亿亿人口面临缺水的威胁。人口面临缺水的威胁。联合国发出警报：世界范围内的缺水问题将严重制约本世纪联合国发出警报：世界范围内的缺水问题将严重制约本世纪的经济发展，并有可能导致国家和地区间发生冲突和战争。的经济发展，并有可能导致国家和地区间发生冲突和战争。淡水

4、资源：淡水资源： 液态淡水液态淡水湖泊水、河流水、沼泽水、土壤水、地下水湖泊水、河流水、沼泽水、土壤水、地下水固态淡水固态淡水极地雪原、冰川、地下永冻带储水极地雪原、冰川、地下永冻带储水气态淡水气态淡水大气圈中的水大气圈中的水径流资源：世界水资源量常指全球河流入海径流量，是利用径流资源：世界水资源量常指全球河流入海径流量，是利用 后可恢复的淡水资源。后可恢复的淡水资源。海水资源：淡水资源海水资源：淡水资源海水淡化海水淡化 化学资源化学资源丰富的矿产资源丰富的矿产资源 动力资源动力资源能源能源水能资源与水的生物资源：水能理论容量水能资源与水的生物资源：水能理论容量50.5亿亿kW；水生；水生 生

5、物种类繁多生物种类繁多水生生物链水生生物链 2.1.32.1.3 水的自然循环与水的社会循环水的自然循环与水的社会循环1 、水的自然循环、水的自然循环大循环或外循环：大循环或外循环：海洋蒸发降水径流回归海洋海洋蒸发降水径流回归海洋小循环或内循环：小循环或内循环：海洋蒸发降落海洋、陆地蒸发降落陆地海洋蒸发降落海洋、陆地蒸发降落陆地水循环的基本特征：水循环的基本特征：（1）总蒸发量总降水量）总蒸发量总降水量 （2）海陆水循环量全球总蒸发量）海陆水循环量全球总蒸发量7.2 （3）水循环的水量全球总水量）水循环的水量全球总水量0.04 （4）水体更新速度越快，水资源利用率越）水体更新速度越快，水资源利

6、用率越 高，受污染的水体水质恢复越快。高，受污染的水体水质恢复越快。2、水的社会循环、水的社会循环（1）水与人类的关系水是生命的摇篮水是生命的摇篮水是人类环境的重要要素水是人类环境的重要要素水是农业的命脉水是农业的命脉水是工业的血液水是工业的血液水是城市发展繁荣的基本条件水是城市发展繁荣的基本条件水上航运是交通运输的重要组成部分水上航运是交通运输的重要组成部分水是能量的载体水是能量的载体（2）水的社会循环）水的社会循环水在人类社会中构成的一个局部的循环体系：水在人类社会中构成的一个局部的循环体系： 废 水 生活商业产品用水、工艺用水、冷却用水非良性循环 人城市工业农业 水 体 给 水 收 集处

7、 理处 置新陈代谢 灌溉良良性性循循环环水工程工作者的主要任务水工程工作者的主要任务 2.22.2 中国水资源状况中国水资源状况2.2.1 我国水资源概况我国水资源概况 降水是我国地表径流的主要来源。降水是我国地表径流的主要来源。我国的年降水我国的年降水总量为总量为6.1889万亿万亿m3。但是大部分又重新蒸发。但是大部分又重新蒸发。 全国多年平均年水资源总量全国多年平均年水资源总量2.8124万亿万亿m3 。 按流域水域，全国分为十个区：按流域水域，全国分为十个区： 南方四区：长江、珠江、浙闽台诸河、西南南方四区：长江、珠江、浙闽台诸河、西南诸河，占全国水资源总量诸河，占全国水资源总量81。

8、 北方六区：黄河、淮河、海滦河、辽河、黑北方六区：黄河、淮河、海滦河、辽河、黑龙江、内陆河片，占全国水资源总量龙江、内陆河片，占全国水资源总量19。 2.2.2我国水资源的特点我国水资源的特点n 总量：总量：2.7115万亿万亿m3，居世界第六。，居世界第六。n人均：水资源占有量不足人均：水资源占有量不足2100立方米，约立方米，约为世界平均水平的为世界平均水平的1/4，排名世界第，排名世界第128位。位。n 亩均：为世界平均水平的亩均：为世界平均水平的80。1.1.总量、人均、亩均特点总量、人均、亩均特点从人均、亩均来看：我国是世界上的缺水大国。从人均、亩均来看：我国是世界上的缺水大国。每年

9、因缺水而造成的经济损失约每年因缺水而造成的经济损失约20003000亿元。亿元。2.地区分布特点地区分布特点南多、北少；东南多、西北少。南多、北少；东南多、西北少。且相差悬殊：且相差悬殊：南方四片南方四片：人多（占：人多（占53.6）、地少（占）、地少（占35.2）、经济发达（）、经济发达（GDP占占55.5）、水资源丰富）、水资源丰富（占（占81）北方片：北方片：人多（占人多（占44.3）、地少（占）、地少（占59.2）、）、经济相对发达（经济相对发达（GDP占占42.8）、水资源短缺）、水资源短缺（占（占14.7）全国水资源最缺乏的地区全国水资源最缺乏的地区：黄河、海河、淮河流域。：黄河、

10、海河、淮河流域。3.年内及年际分布特点年内及年际分布特点年内分布：我国水资源在季节上的分配很不均年内分布：我国水资源在季节上的分配很不均 匀。秋冬季寒冷少雨；春夏季气候匀。秋冬季寒冷少雨；春夏季气候 温暖，雨量充沛。温暖，雨量充沛。年际分布：变化大。一些地区多水年洪水泛滥，年际分布：变化大。一些地区多水年洪水泛滥， 少水年赤地千里。少水年赤地千里。2.2.3 我国水资源紧缺的社会因素我国水资源紧缺的社会因素 1.人口的增加和城市化用水标准的提高使水资源供需人口的增加和城市化用水标准的提高使水资源供需矛盾越来越突出。矛盾越来越突出。水量、水质提高水量、水质提高 2.我国农业耕地需水量很大，农用水

11、量十分紧缺。我国农业耕地需水量很大，农用水量十分紧缺。 3.我国工业用水量增长极快，但是用水效益低。我国工业用水量增长极快，但是用水效益低。 4.水资源已有明显减缩。水资源已有明显减缩。资源型缺水资源型缺水 5.水污染严重。水污染严重。水质型缺水水质型缺水 6.用水方式落后，水资源浪费惊人。用水方式落后，水资源浪费惊人。管理型缺水管理型缺水2.32.3 水的利用与给水水源工程水的利用与给水水源工程2.3.1 水源及其特点水源及其特点1 1、地下水源、地下水源：分类潜水、自流水、泉水：分类潜水、自流水、泉水 特点水质澄清、色度低、细菌少、水温较稳特点水质澄清、色度低、细菌少、水温较稳定、变幅小、

12、分布面广、不易被污染；含盐量和硬度高，径流量定、变幅小、分布面广、不易被污染；含盐量和硬度高，径流量有限。有限。2 2、地表水源、地表水源：特点浑浊度和水温变化幅度较大，水质易受到污：特点浑浊度和水温变化幅度较大，水质易受到污染；水的含盐量及硬度较低，其他矿染；水的含盐量及硬度较低，其他矿 物质含量较少，径流量大，物质含量较少，径流量大，水质水量随季节变化明显。水质水量随季节变化明显。水源选择原则：水源选择原则：2.3.2 地下水取水地下水取水1.地下水的存在形式和类型岩土颗粒岩土颗粒吸着水薄膜水吸着水薄膜水 自由水（重力水）水在地下岩石中的存在形式水在地下岩石中的存在形式：气态水、结合水（吸

13、：气态水、结合水（吸着水、薄膜水）、重力水（自由水）、毛细管水。着水、薄膜水）、重力水（自由水）、毛细管水。土壤水带吸着水土壤水带吸着水中间水带结合水中间水带结合水毛细管水带毛细管水带包气带包气带隔水层隔水层承压重力水承压重力水饱和带饱和带地下水源地下水源无压重力水无压重力水重力水重力水地下水源的类型地下水源的类型上层滞水上层滞水：包气带中局部不透水层上的滞水，：包气带中局部不透水层上的滞水，水量不稳定，水量不稳定，水质差，水质差，可作临时水源。可作临时水源。潜水潜水：埋藏于地下第一稳定隔水层之上、具有自由表面的重：埋藏于地下第一稳定隔水层之上、具有自由表面的重力水。与地表相通，靠降水补给，力

14、水。与地表相通，靠降水补给，水量不稳定，水质差，易水量不稳定，水质差，易污染，与地表水联系密切污染，与地表水联系密切。承压水承压水：充满于两个稳定的隔水层之间的重力水。：充满于两个稳定的隔水层之间的重力水。水量稳定，水量稳定，卫生条件可靠，不易被污染卫生条件可靠，不易被污染，适合作水源。，适合作水源。2.地下水取水构筑物地下水取水构筑物（1）管井、井群）管井、井群 管井用于开采深层地下水。管井直径一般为管井用于开采深层地下水。管井直径一般为501000mm。井深可达井深可达1000m以上。常见的管并直径大多小于以上。常见的管并直径大多小于500mm。井深也。井深也在在200m以内。随着凿井技术

15、的发展和浅层地下水的枯竭与污染。以内。随着凿井技术的发展和浅层地下水的枯竭与污染。直径在直径在1000mm以上井深在以上井深在1000m以广的管井已有使用。以广的管井已有使用。 150mm为小管井，为小管井， 1000mm为大口径管井。为大口径管井。 深度深度2030mm为浅井，深度为浅井，深度2030mm为深井。为深井。 适用：适用：埋深大、含水层厚度大于埋深大、含水层厚度大于5m地下水采集。地下水采集。 大规模地下水的开采常采用多口管井组成的井群。大规模地下水的开采常采用多口管井组成的井群。 地下水取水构筑物有管井、大口井、辐射井、复合井地下水取水构筑物有管井、大口井、辐射井、复合井及渗渠

16、等其中以管井和大口井最为常见。及渗渠等其中以管井和大口井最为常见。管井的形式与构造管井的形式与构造（2）大口井）大口井 大口井广泛应用于取集浅层地下水，大口井直径一般大口井广泛应用于取集浅层地下水，大口井直径一般为为58m，最大不宜超过，最大不宜超过10m。井深一般在。井深一般在15m以内。以内。农村或小型给水系统也有采用直径小于农村或小型给水系统也有采用直径小于5m的大口井。城的大口井。城市或大型给水系统也有采用直径市或大型给水系统也有采用直径8m以上的大口井。由于以上的大口井。由于施工条件限制，我国大口井多用于开采埋深小于施工条件限制，我国大口井多用于开采埋深小于12m，厚，厚度在度在52

17、0m的含水层。大口井也有完整式和非完整式之的含水层。大口井也有完整式和非完整式之分。分。 非完整式大口井未贯穿整个含水层，井壁、井底均可非完整式大口井未贯穿整个含水层，井壁、井底均可进水，由于其进水范围大，集水效果好，含水层厚度大于进水，由于其进水范围大，集水效果好，含水层厚度大于10m时，应做成非完整式。时，应做成非完整式。 大口井的构造：主要由井筒、井口及进水部分组成。大口井的构造：主要由井筒、井口及进水部分组成。大口井的形式和构造（3）水平集水管与渗渠）水平集水管与渗渠 水平铺设在含水层中的集水管水平铺设在含水层中的集水管取集地下水取集地下水 渗渠可用于集取浅层地下水，也可铺设在河流、水

18、库渗渠可用于集取浅层地下水，也可铺设在河流、水库等地表水体之下或旁边，集取河床地下水或地表渗透水。等地表水体之下或旁边，集取河床地下水或地表渗透水。均为水平式取水构筑物，可通称均为水平式取水构筑物，可通称渗渠。渗渠。 渗渠的埋深一般在渗渠的埋深一般在57m，很少超过，很少超过10m。因此，渗。因此，渗渠通常只适用于开采埋藏深度小于渠通常只适用于开采埋藏深度小于2m，厚度小于，厚度小于6m的的含水层。渗渠也有完整式和非完整式之分。含水层。渗渠也有完整式和非完整式之分。 渗渠通常由水平集水管（渠）、集水井、检查井和泵渗渠通常由水平集水管（渠）、集水井、检查井和泵站所组成。站所组成。（4）辐射井与复

19、合井）辐射井与复合井 辐射井辐射井是由集水井和若干水平或倾斜铺设的辐射形是由集水井和若干水平或倾斜铺设的辐射形集水管组成。辐射井集水管组成。辐射井般用于取集含水层厚度较薄而不般用于取集含水层厚度较薄而不能采用大口井的地下水。含水层厚度薄、埋深大、不能能采用大口井的地下水。含水层厚度薄、埋深大、不能用渗渠开采的，也可采用辐射井取集地下水，故辐射井用渗渠开采的，也可采用辐射井取集地下水，故辐射井适应性较强，但施工较困难。适应性较强，但施工较困难。 复合井复合井是大口井与管井的组合，上部为大口井下是大口井与管井的组合，上部为大口井下部为管井。复合井适用于地下水位较高、厚度较大的含部为管井。复合井适用

20、于地下水位较高、厚度较大的含水层。有时在已建大口井中再打入管井成为复合井以增水层。有时在已建大口井中再打入管井成为复合井以增加井的出水量和改善水质。加井的出水量和改善水质。2.3.3 地表水取水地表水取水1. 河流特征及其对地表水取水的影响河流特征及其对地表水取水的影响（1）河流的径流变化）河流的径流变化河流的水位、流量、流速的变化河流的水位、流量、流速的变化（2）泥沙运动和河床演变）泥沙运动和河床演变（3）河床的岩性、稳定性）河床的岩性、稳定性（4）河流冰冻情况）河流冰冻情况（5）人工构筑物和天然障碍物）人工构筑物和天然障碍物2. 地表水取水构筑物位置的选择地表水取水构筑物位置的选择基本要求

21、：基本要求：3.地表水取水构筑物的分类地表水取水构筑物的分类 按构造形式分为三类：按构造形式分为三类：固定式、移动式、山固定式、移动式、山区浅水河流取水构筑物区浅水河流取水构筑物。一、固定式取水构筑物一、固定式取水构筑物 固定式取水构筑物主要分为岸边式、河固定式取水构筑物主要分为岸边式、河床式和斗槽式三种。床式和斗槽式三种。1.1.岸边式取水构筑物岸边式取水构筑物 直接从江河岸边取水的构筑物。直接从江河岸边取水的构筑物。组成：组成：由进水间和泵房两部分组成。可合建和分由进水间和泵房两部分组成。可合建和分建。建。适用适用于江河岸边较陡，主流近岸，岸边有足够水于江河岸边较陡，主流近岸，岸边有足够水

22、深，水质和地质条件较好水位变幅不大的情况。深，水质和地质条件较好水位变幅不大的情况。水泵真空引水水泵自灌引水立式水泵分建式2.河床式取水构筑物河床式取水构筑物 河床式取水构筑物是由泵房、进水间河床式取水构筑物是由泵房、进水间( (或称或称之为集水间或集水井之为集水间或集水井) )、进水管、进水管( (即自流管或虹即自流管或虹吸管或直接吸水管吸管或直接吸水管) )和取水头部等部分和取水头部等部分组成组成。 当河床稳定，河岸较平坦，枯水期主流离当河床稳定，河岸较平坦，枯水期主流离岸较远，岸边水深不够或水质不好，而河中又岸较远，岸边水深不够或水质不好，而河中又具有足够水探或较好水质时，具有足够水探或

23、较好水质时，适宜适宜采用河床式采用河床式取水构筑物。取水构筑物。3.斗槽式取水构筑物斗槽式取水构筑物 在岸边式或河床式取水构筑物之前设置在岸边式或河床式取水构筑物之前设置“斗槽斗槽”进进水，称之为斗槽式取水构筑物。水，称之为斗槽式取水构筑物。 斗槽斗槽是在河流岸边用堤坝围成的、或者在岸内开挖是在河流岸边用堤坝围成的、或者在岸内开挖的进水槽，的进水槽，其作用：其作用：减少泥沙和冰凌进入取水口。减少泥沙和冰凌进入取水口。 由于斗槽中的流速较小，水中泥沙易于在斗槽中沉由于斗槽中的流速较小，水中泥沙易于在斗槽中沉淀，水内冰容易上浮。因此，斗槽式取水构筑物适宜在淀，水内冰容易上浮。因此，斗槽式取水构筑物

24、适宜在河流含沙量大，冰絮较严重，取水量较大，河流含沙量大，冰絮较严重，取水量较大，地形条件合地形条件合适时采用。适时采用。 按照水流进入斗槽的流向，可分为按照水流进入斗槽的流向，可分为顺流式、逆流式和顺流式、逆流式和双流式。双流式。 斗槽中水流方向与河水流向基本一致。斗槽中水流方向与河水流向基本一致。由于斗槽由于斗槽中的流速远小于河水的流速，一部分动能迅速转化中的流速远小于河水的流速，一部分动能迅速转化为位能，在斗槽进口处形成壅水和横向环流，所以为位能，在斗槽进口处形成壅水和横向环流，所以进入斗槽的水流主要是河流表层水。由于表层水含进入斗槽的水流主要是河流表层水。由于表层水含泥沙较少，含冰凌较

25、多，泥沙较少，含冰凌较多，因此顺流式斗槽因此顺流式斗槽适用于适用于含泥沙甚多、而冰凌不严重的河流。含泥沙甚多、而冰凌不严重的河流。 顺流式斗槽顺流式斗槽 斗槽中水流方向与河水流向基本相反。斗槽中水流方向与河水流向基本相反。由于河流水流由于河流水流在斗槽进口处受到抽吸，形成水位跌落，斗槽进口处的水在斗槽进口处受到抽吸，形成水位跌落，斗槽进口处的水位低于河流的水位，产生横向环流，故进入斗槽的水流主位低于河流的水位，产生横向环流，故进入斗槽的水流主要是河流底层含冰凌较少、含泥沙较多的水，因此逆流式要是河流底层含冰凌较少、含泥沙较多的水，因此逆流式斗槽斗槽适用于冰凌严重，而泥沙较少的河流。适用于冰凌严

26、重，而泥沙较少的河流。 逆流式斗槽逆流式斗槽双流式斗槽双流式斗槽 适用于河流含沙量甚大而冰凌又严重时采适用于河流含沙量甚大而冰凌又严重时采用。用。当洪水季节含沙量大时，可开上游端闸门，顺当洪水季节含沙量大时，可开上游端闸门，顺流进水。当冬季冰凌严重时，可开下游端闸门，逆流流进水。当冬季冰凌严重时，可开下游端闸门，逆流进水。进水。 斗槽式取水构筑物的位置应设在凹岸靠近主流的岸斗槽式取水构筑物的位置应设在凹岸靠近主流的岸边处，以便利用水力冲洗沉积在斗槽内的泥沙。斗槽式边处，以便利用水力冲洗沉积在斗槽内的泥沙。斗槽式取水构筑物由于施工量大，造价较高，排泥困难，并且取水构筑物由于施工量大，造价较高，排

27、泥困难，并且要有良好的地质条件因而采用较少。要有良好的地质条件因而采用较少。二、移动式取水构筑物二、移动式取水构筑物移动式取水构筑物分为浮船式和缆车式。移动式取水构筑物分为浮船式和缆车式。1.浮船式取水构筑物浮船式取水构筑物组成：组成：船体、水泵机组、压水管、联络管和输水管船体、水泵机组、压水管、联络管和输水管优点：优点：投资少、建设快、易于施工投资少、建设快、易于施工(无复杂的水下工无复杂的水下工程程)、有较大的适应性和灵活性、能经常取得合沙量、有较大的适应性和灵活性、能经常取得合沙量少的表层水等。在我国西南、中南等地区应用较广泛。少的表层水等。在我国西南、中南等地区应用较广泛。缺点：缺点：

28、河流水位涨落时，需要移动船位，阶梯式连接河流水位涨落时，需要移动船位，阶梯式连接时尚需拆换接头以致短时停止供水，操作管理麻烦；时尚需拆换接头以致短时停止供水，操作管理麻烦；浮船还要受到水流、风浪、航运等的影响，安全可靠浮船还要受到水流、风浪、航运等的影响，安全可靠性较差。性较差。阶梯式连接阶梯式连接摇臂式套筒接头连接摇臂式套筒接头连接2.缆车式取水构筑物缆车式取水构筑物组成：组成：泵车、坡道或斜桥、输水管和牵引设备泵车、坡道或斜桥、输水管和牵引设备等。等。 当河水涨落时，泵车由牵引设备带动，沿当河水涨落时，泵车由牵引设备带动，沿坡道上的轨道上下移动。坡道上的轨道上下移动。优点：优点：与浮船取水构筑物基本相同。缆车移动与浮船取水构筑物基本