给水工程 教学大纲1

1、给水工程教学大纲（课程代码：14151050 ）一、课程说明（一）适用专业： 环境工程（二）课程类别： 专业选修（三）课程性质与任务：给水工程是环境工程专业的主要专业选修课之一。其主要任务是使学生了解给水系统，掌握给水处理的基本理论知识、设计原理、设计步骤、计算方法以及相关的新技术和新设备，使学生的知识结构更为完整，为学生走向工作岗位打下坚实的专业理论基础。（四）教学目的与要求：本课程要求先修完水力学、水分析化学、工程测量、工程力学、水泵与泵站等有关基础课或专业基础课，宜安排在第6、7学期。最好与水处理实验教本同时选修。内容上注意与排水工程、建筑给排水工程的衔接。课堂教学应力求使学生弄清基本概

2、念，掌握基本内容。因内容多而学时有限，授课教师既要注意，对教材内容的取舍，又要注意随时补充新内容，使学生及时了解本学科的发展动向。 （五）先修课程：流体力学、水分析化学、工程测量、工程力学、水泵与泵站（六）学时：54 学分：3（七）教学方式及设施要求：课堂面授 （八）考核方式与要求： 考试二、课程内容、基本要求与学时分配（一）课时分配表章节次数章 节 名 称学时数总学时理论实验5454一给水系统11二设计用水量22三给水系统的工作情况22四管网和输水管渠布置11五管段流量、管径和水头损失44六管网水力计算66七管网技术经济计算22八给水处理概论22九混凝66十沉淀和澄清66十一过滤66十二氧化

3、还原和消毒33十三水的其它处理方法吸附33十四典型的给水处理工艺与水厂设计22十五离子交换与水的软化除盐44十六膜技术与咸水淡化44（二）各章节基本内容及要求第一章 给水系统教学目的：对给水系统有初步了解基本要求： 了解给水系统分类、组成、布置及其影响因素；了解工业给水系统重点与难点：给水系统的组成；影响给水系统布置的因素教学时数：1教学内容：第一节：给水系统分类第二节：给水系统的组成和布置 给水系统的组成：取水构筑物；净水构筑物；泵站；输水管渠和管网；调节构筑物。第三节：影响给水系统布置的因素1、城市规划的影响2、水源的影响3、地形的影响第四节：工业给水系统1、工业给水系统类型：循环给水系统

4、；复用给水系统。2、工业用水的水量平衡考核要求： 给水系统的组成、影响因素（填空、简答）思考题（作业）：1.由高地水库供水给城市，如按水源和供水方式考虑，应属于哪类给水系统？2.给水系统中投资最大的是哪一部分，试行分析。3.给水系统是否必须包括取水构筑物、水处理构筑物、泵站、输水管和管网、调节构筑物等，哪种情况下可省去其中一部分设施？ 4.什么是统一给水、分质给水和分压给水，哪种系统目前用得最多？5、水源对给水系统布置有哪些影响？6、工业给水哪些系统，各适用于何种情况？第二章 设计用水量教学目的：掌握城市、工业最高日的用水量计算和最高时的设计用水量计算基本要求：了解不同情况下用水量的状况；理解

5、时变化系数和日变化系数； 掌握用水量的计算方法重点与难点：1、用水定额选不定期； 2、用水量计算教学时数：2教学内容：第一节：用水量定额1、居民生活用水定额；2、工业企业生产用水和工作人员生活用水定额；3、消防用水定额；4、其他用水定额。第二节：用水量变化第三节：用水量计算1、最高日用水量计算；2、最高时用水量计算。考核要求： 用水量的计算（计算）思考题（作业）：1、设计城市给水系统时应考虑哪些用水量？ 2、居住区生活用水量定额是按哪些条件制定的？ 3、影响生活用水量的主要因素有哪些？ 4、说明日变化系数Kd和时变化系数Kh的意义。它们的大小对设计流量有何影响？第三章 给水系统的工作情况教学目

6、的：了解给水系统流量关系；掌握水塔、清水池容积、水泵扬程和水塔高度计算方法、基本要求：要求了解给水系统中二级泵站、水塔、管网的流量关系，掌握水塔和清水池的容积计算、二级泵站扬程确定的方法。了解给水系统的流量关系、水塔和清水池的容积计算和给水系统的水压关系重点与难点：1、二级泵站、水塔、管网的设计流量；2、二级泵站扬程确定。教学时数：2教学内容：第一节：给水系统的流量关系 1、取水构筑物，一级泵站；2、二级泵站、水塔、管网；3、清水池第二节：水塔和清水池的容积计算 水塔和清水池调节容积及有效容积计算第三节：给水系统的水压关系 1、水泵扬程确定：一级泵站扬程确定；二级泵站扬程确定；2、水塔高度确定

7、考核要求： 二级泵站、水塔、管网的设计流量；二级泵站扬程计算（设计、计算）思考题（作业）：1、如何确定有水塔和无水塔时的清水池调节容积？ 2、取用地表水源时，取水口、水处理构筑物、泵站和管网等按什么流量设计？ 3、已知用水量曲线时，怎样定出二级泵站工作线？ 4、清水池和水塔起作用？哪些情况下应设置水塔？ 5、有水塔和无水塔的管网，二级泵站的计算流量有何差别？ 6、无水塔和网前水塔时，二级泵站的扬程如何计算？ 7、写出消防时的二级泵站扬程计算式。第四章 管网和输水管渠布置教学目的：学会如何布置管网和输水管渠基本要求：了解管网布置形式、理解管网定线原则和输水管渠敷设要求重点与难点：1、管网形式及定

8、线原则； 2、输水管渠敷设要求。教学时数：1教学内容： 第一节 管网布置形式 管网的布置形式：树状网；环状网第二节：管网定线1、城市管网定线；2、工业企业管网定线。第三节：输水管渠定线1、输水管渠定线原则；2、输水管渠敷设要求。 考核要求： 管网的布置（设计）思考题（作业）：1、管网布置应满足什么要求？ 2、管网布置有哪两种基本形式，各适用于何种情况及其优缺点？ 3、管网定线应确定哪些管线的位置？其余的管线位置和管径怎样确定？ 4、管网布置要考虑哪此主要的附属设备？ 5、输水管渠道定线时应考虑到哪些方面？第五章 管段流量、管径和水头损失教学目的：了解管网计算的步骤、基本要求：掌握管段沿线流量、

9、节点流量、管径、水头损失的计算方法；理解管网计算的原理和基础方程重点与难点：1、折算系数推导 2、环状网管段流量计算教学时数：4教学内容：第一节：管网计算的课题第二节：管网图形及简化管网简化方法：管网分解；管线省略或合并；节点合开。第三节：沿线流量和节点流量：1、沿线流量；2、节点流量折算系数推导节点流量计算。第四节：管段计算流量1、树状网管段计算流量；2、环状网管段计算流量。第五节：管经计算经济流速。年折算费用。第六节：水头损失计算1、流量和水头损失的关系；2、水头损失公式介绍。第七节：管网计算基础方程管网计算基础方程：连续性方程；能量方程。第八节：管网计算方法分类管网计算方法：解环方程；解

10、节点方程；解管段方程考核要求：管段流量、管径和水头损失的计算（计算、设计）思考题（作业）1、什么叫比流量，怎样计算？比流量是否随着用水量的变化而变化？2、从沿线流量求节点流量的折算系数如何导出？值一般在什么范围？3、为什么管网计算时须先出节点流量？如何从用水量求节点流量？4、为什么要分配流量？流量分配时应考虑哪些要求？5、环状网和树状网的流量分配有什么不同？管网在不同流量分配时所得的管径，在费用上是否差别很大？6、什么是连续性方程？7、什么是能量方程？8、什么叫年折算费用？分析它和管径与流速的关系。第六章 管网水力计算教学目的：学会树状网、环状网计算方法基本要求： 掌握树状网计算方法、理解环状

11、网计算原理、掌握环状网、输水管渠计算方法。重点与难点：1、环状网环方程组解法原理 2、哈代克罗斯法原理和步骤 3、多水源管网计算方法教学时数：6教学内容：第一节：树状网计算树状网水力计算方法、步骤第二节：环状网计算原理1、环方程组解法；2、节点方程组解法；3、管段方程组解法。第三节：环状网计算1、哈代克罗斯法：哈代克罗斯法原理；哈代克罗斯法计算步骤；2、最大闭合差的环校正法；3、多水源管网计算；4、管网计算时的水泵特性方程；5、管网的核算条件：消防时的核算；最大转输时的核算；事故核算。第四节：输水管渠计算1、重力供水时的压力输水管；2、水泵供水时的压力输水管。考核要求： 环状管网的计算及配置（

12、设计）思考题（作业）1、树状网计算过程是怎样的？2、树状网计算时，干线和支线如何划分，两者确定管径的方法有何不同？3、什么叫控制点？每一管网有几个控制点？4、环状网计算有哪些方法？5、解环方程组的基本原理是什么？6、什么叫闭合差，闭合差大说明什么总是手工计算时闭合差允许值是多少？7、为什么叫闭合差，闭合差大说明什么问题？手工计算时闭合差允值是多少？8、校正流量q的含义是什么，如何求出q值？q和闭合差h有什么关系？9、应用哈代克罗斯法解环方程组的步骤怎样？10多水源和单水源管网水力计算时各应满足什么要求？11、如何构成虚环（包括虚节点和虚管段）？写出虚环的流量平衡条件和虚环的水头损失平衡条件。1

13、2、按最高用水时计算的管网，还应按哪些条件进行核算，为什么？13、输水管渠为什么要分段，怎样计算分段数？第七章 管网技术经济计算教学目的：理解管网年费用折算值计算与输水管的技术经济计算；基本要求： 计算管网年费用折算值；掌握压力与重力输水管技术经济计算；明确近似优化计算方法重点与难点：1、目标函数和约束条件 2、界限流量和经济管径教学时数：2教学内容：第一节：管网年费用折算值1、目标函数和约束条件；2、技术经济计算中的变量关系；第二节：近似优化计算1、界限流量；2、经济管径考核要求：管网技术经济计算（计算、简答）思考题（作业）1、什么是年费用折算值？如何导出重力供水时管网的年费用折算值表达式？

14、 2、为什么流量分配后才可求得经济管径？ 3、怎样应用界限流量表？第十四章 给水处理概论教学目的：系统了解给水处理的方法基本要求：了解水源水质及水质标准；了解给水处理的几种方法及反应器的原理重点与难点：1、生活饮用水卫生标准 2、理想反应器模型教学时数：2教学内容：第一节：水源水质1、原水中的杂质；2、各种天然水源的水质特点；3、受污染水源中的杂质第二节：水质标准1、生活饮用水卫生标准；2、工业用水水质标准第三节：给水处理方法概述1、澄清和消毒；2、除臭、除味；3、除铁、除锰和除氟；4、软化；5、淡氏和除盐；6、水的冷却；7、水的腐蚀和结垢控制；8、生活饮用水预防处理和深度处理。第四节 反应器

15、1、物料衡算和质量传递；2、理想反应器模型。 考核要求： 生活饮用水卫生标准（填空）思考题（作业）1、水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般方法。2、概略叙述我国天然地表水源和地下水源的水质特点。3、了解生活饮用水卫生标准中各项指标的意义。4、反应器原理用于水处理有何作用和特点？5、试举出3种质量传递机理的实例。6、3种理想反应器的假定条件是什么？研究理想反应器对水处理设备的设计和操作用何作用？7、混合与返混在概念上有何区别？返混是如何造成的？8、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。第十五章 混凝教学目的：理解混凝机理；掌握混凝剂的选择；学会絮凝设备的

16、设计基本要求： 理解混凝机理；了解几种混凝剂和助凝剂；理解混凝动力学；掌握混凝剂的配置和投加；掌握混合和絮凝设备的应用重点与难点：1、混凝机理； 2、影响混凝效果的主要因素； 3、混合和絮凝设备。教学时数：6教学内容：第一节 混凝机理1、水中胶体稳定性；2、硫酸铅在水中的化学反应；3、混凝机理。第二节 混凝剂和助凝剂1、混疾剂：无机混凝剂；有机记分子混凝剂。2、助凝剂。第三节 混凝动力学1、异向絮凝；2、同向絮凝；3、混凝控制指标。第四节 影响混凝效果的主要因素1、水温影响；2、水PH和碱度影响；3、水中悬浮物浓度的影响。第五节 混凝剂的配制和投加1、混凝剂溶解和溶液配制；2、混凝剂投加：计量

17、设备；投加方式。第六节 混合絮凝设备1、混合设备：水泵混合；管式混合；机械混合池。2、絮凝设备：隔板絮凝池；折板絮凝池；机械絮凝剂；网格、栅条絮凝池。 考核要求： 混凝设备的设计（设计）思考题（作业）1、何谓胶体稳定性？试用胶粒间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。2、混凝过程中，压缩双电层和吸附-电中和作用有何区别？简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。3、高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？4、目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？5、什么叫助凝剂？常用的助凝剂有哪几种？在什么情况下需投放助凝剂？6、为什么有时需将PAM在碱性条件下水解成成HPAM？7、何谓

18、同向絮和异向絮凝？两者的凝聚速率（或碰撞速率）与哪些因素有关？8、混凝控制指示有哪几种？为什么要重视混凝控制指示的研究？你认为合理的控制指标应如何确定？9、絮凝过程中，G值的真正涵义是什么？沿用已久的G值和GT值的数量范围存在什么缺陷？请写出机械絮池和水力絮凝池的G值公式。10、根据反应器原理，什么形式的絮凝池效果较好？折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池？11、影响混凝效果的主要因素有哪几种？这此因素如何影响混凝效果的？12、混凝剂有哪几种投加方式？各有何优缺点及其适用条件？13、何谓混凝剂“最佳剂量”？如何确定最佳剂量并实施自动控制？14、当前水厂中常用的混合方法有哪几种？各有何优缺点？

19、在混合过程中，控制G值的作用是什么？15、当前水厂中常用的絮凝设备有哪几种？各有何优缺点？在絮凝过程中，为什么G值应自进口至出口逐渐减小？16、采用机械絮凝池时，为什么要采用34档搅拌机且各档之间需用隔墙分开？第十六章 沉淀和澄清教学目的：学会设计沉淀池和澄清池基本要求： 掌握沉淀机理；掌握平流式沉淀池构造与设计计算；了解澄清池的特点和分类重点与难点：1、悬浮颗粒在静水中的沉淀 2、平流沉淀物的构造多设计计算教学时数：6教学内容：第一节：悬浮颗粒在静水中的沉淀1、悬浮颗粒在静水中的自由沉淀；2、悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀第二节：平流沉淀池1、非凝聚性颗粒的沉淀过程分析；2、凝聚性颗粒的沉淀过程

20、分析；3、影响平流式沉淀池沉淀效果的因素；4、平流式沉淀池的构造；5、平流式沉淀池的设计计算。第三节：斜板与斜管沉淀池1、斜板与斜管沉淀池的特点；2、斜管沉淀池的设计与计算第四节：澄清池1、澄清池特点；2、澄清池分类简介考核要求： 沉淀池、澄清池的设计（设计）思考题（作业）1、什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮沉淀？2、已知悬浮颗粒密度和粒径，可否采用公式（16-4）直接求得颗粒沉速？为什么？3、了解肯奇沉淀理论的基本概念和它的用途。4、理想沉淀应符合哪些条件？根据理想沉淀，沉淀效率与池子深度、长度和表面积关系如何？5、影响平流沉淀池沉淀效果的主要因素有哪些？沉淀池纵向分格有何作用？6、沉淀池表面负

21、荷和颗粒截留沉淀关系如何？两者涵义有何区别？7、设计平流沉淀池是主要根据沉淀时间、表面负荷还是水平流速？为什么？8、平流沉淀池进水为什么要采用穿孔隔墙？出水为什么往往采用出水支渠？9、斜管沉淀池的理论根据是什么？为什么斜管倾角通常采用60°？第十七章 过滤教学目的：学会设计过滤池基本要求： 了解过滤机理；掌握滤池反冲洗的设计与普通快滤池的设计重点与难点：1、过滤理论；2、普通快滤池教学时数：6教学内容：第一节：过滤概述第二节：过滤理论1、过滤机理；2、过滤水力学第三节：滤料和承托层1、滤料；2、承托层第四节：滤池冲洗1、高速水流反冲洗；2、气、水反冲洗；3、配水系统；4、冲洗废水的排

22、除；5、冲洗水的供给。第五节：普通快滤池1、单池面积和滤池深度；2、管廊布置；3、管渠设计流速第六节：其它形式滤池1、虹吸滤池；2、移劝罩滤池；3、V型滤池；4、压力滤池考核要求： 过滤池的设计（设计）思考题（作业）1、为什么滤径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒会被滤层拦截下来？2、从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和滤池发展趋势。3、直接过滤有哪两种方式？采用原水直接过滤应注意哪些问题？4、清洁滤层水头损失与哪些因素有关？过滤过程中水头损失与过滤时间存在什么关系？可否用数学式表达？5、什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？两者分别在什么情况下形成？分析两种过滤方式的优缺点并指出哪几种滤池

23、属“等速过滤”。6、什么叫“负水头”？它对过滤和冲洗有何影响？如何避免滤层中“负水头”产生？7、什么叫滤料“有效粒径”和“不均匀系数”？不均匀系数达大对滤和反冲洗有何影响？“均质波料”的涵义是什么？8、双层和多层滤料混杂与否与哪此因素有关？滤料混杂对过滤有何影响？9、滤料承托层有何作用？粒径级配和厚度如何考虑？10、滤池反冲洗强度和滤层膨胀度之间关系如何？当滤层全部膨胀起来以后，反冲洗强度增大，水流通过滤层的水头损失是否同时增大？为什么？11、公式（17-2）与公式（17-11）有何同异？后者是否可用于过滤，前者是否可用于反冲洗？为什么？12、什么叫“最小流态化冲洗流速”？当反冲洗流速小于最小

24、流态化冲洗流速时，反冲洗时的滤层水头损失与反冲洗强度是否有关？13、气-水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？14、大阻力配水系统和小阻力配水系统的函义是什么？各有何优缺点？掌握大阻力配水系统的基本原理和公式（17-32）的推导过程。15、小阻力配水系有哪些形式？选用的主要考虑哪些因素？16、冲洗水塔或冲洗水箱高度和容积如何确定？17、快滤池管廊布置有哪几种形式？各有何优缺点？18、虹吸管管径如何确定？设计中，为什么虹吸上升管管径一般要大于下降管管径？19、所谓V型滤池，其主要特点是什么？简要地综合评述普通快滤池、无阀滤池、移动罩滤池、V型滤池及压力滤池的主要优缺点和适用条件。第十八章 氧化

25、还原与消毒教学目的：掌握氯消毒的原理及加氯量基本要求： 掌握氯消毒的原理；加氯量；加氯点；了解其他消毒法重点与难点：1、氯消毒；2、二氧化氯消毒教学时数：3教学内容：第一节：氯消毒1、氯消毒原理；2、加氯量；3、加氯点；4、加氯设备，加氯间和氯库第二节：其它消毒法1、二氧化氯消毒；2、氯胺消毒；3、漂白粉消毒；4、次氯酸钠消毒；5、臭氧消毒考核要求： 消毒设施的设计（设计）思考题（作业）1、目前水的消毒方法主要有哪几种？简要评述各种消毒方法的优缺点。2、什么叫自由性氯？什么叫化合性氯？两者消毒效果有何区别？简述两者消毒原理。3、水的PH值对氯消毒作用有何影响？为什么？4、什么叫折点加氯？出现折

26、点的原因是什么？折点加氯有何利弊？5、什么叫余氯？余氯的作用是什么？6、制取ClO2有哪几种方法？写出它们的化学反应式并简述ClO2消毒原理和主要特点。第十九章 水的其他处理方法教学目的：了解水的其他处理方法基本要求： 了解地下水除铁除锰方法、活性炭吸附方法、重点与难点：1、地下水除铁方法； 2、地下水除氟方法教学时数：3教学内容：第一节：地下水除铁除锰1、地下水除铁方法；2、地下水除锰方法第二节：活性炭吸附1、活性炭性质；2、青年态吸附性能试验；3、活性炭柱试验；4、活性炭池设计；5、生物活性炭工艺第三节：水的除氟1、活性氧化铝法；2、骨炭法；3、其它除氟方法考核要求： 地下水除铁、氟的方法

27、（简答）思考题（作业）1、水中含铁、锰、高氟等会有什么危害？2、为了加快铁的氧化速率，可以采取什么措施并说明理由。3、地下水除铁时常用什么工艺？为什么地下除锰比较铁困难？4、除铁、除锰滤料的成熟期是指什么？任何滤料是否需到成熟斯后才出现催化氧化作用？5、活性炭柱的接触时间和泄漏时间指什么，两者有什么关系？6、什么叫生物活性炭法，有什么特点？7、目前应用最广的除氟方法是什么？原理如何？第二十章 典型的给水处理工艺与水厂设计教学目的：掌握水厂设计方法基本要求： 掌握水厂设计步骤、原则、厂址选择、水厂工艺流程及处理构筑物的选择、水厂平面和高程布置。重点与难点： 水厂设计方案教学时数：2教学内容：第一

28、节：设计步骤、要求和设计原则1、设计步骤和要求；2、设计原则第二节：厂址选择第三节：水厂工艺流程和处理构筑物选择1、水厂工艺流程选择；2、水处理构筑物类型选择第四节：水厂平面和高程布置 1、平面布置；2、高程布置第五节：水厂生产过程检测和自动控制1、水厂内检测仪表的设置；2、水厂自动化设计要求考核要求： 水厂的设计方案（设计）思考题（作业）：实际阅览、分析一个水厂设计的实例第二十一章 离子交换与水的软化除盐教学目的：了解水的离子交换法基本要求： 了解软化的目的、方法及水的药剂软化法；理解离子交换的原理和系统选择。重点与难点：1、离子交换过程；2、离子交换软化法与系统教学时数：4教学内容：第1节 离子交换基本原理1、离子交换剂2、离子交换树脂：（1）结构（2）命名（3）基本性能3、离子交换平衡4、离子交换速度5、离子交换过程第2节 水的软化1、水中溶解的杂质及其硬度的表示方法2、水的药剂软化法：石灰软化|、石灰苏打软化3、离子交换软化方法与系统（1）离子交换软化方法（阳离子交换树脂的工艺特性）（2）离