1、给排水科学与工程概论 第3版给排水科学与工程概论给排水科学与工程概论你为什么选择就读本专业？老师家长建议服从分配调剂其它ABCD提交自己喜欢投票最多可选1项n全国开设本专业的学校有全国开设本专业的学校有146所，沈阳建筑所，沈阳建筑 大学排在第大学排在第10名，辽宁省第名，辽宁省第1名；名；n2019年，被认定为首批国家级一流本科专业年，被认定为首批国家级一流本科专业 建设点建设点专业专业n学的东西比较专，工程应用性强，从事给水排学的东西比较专，工程应用性强，从事给水排水工程规划、设计、管理等工作；水工程规划、设计、管理等工作；发展发展n水力学、材料力学专业基础，有利于给排水方水力学、材料力学
2、专业基础，有利于给排水方向的基础性研究向的基础性研究给排水科学与工程给排水科学与工程 研究水源保护、给水处理、水的输送、水的利用、污水排放、污水处理、废水回用等水的社会循环中各个环节的学科。“给排水科学与工程”的专业课设置给排水科学与工程 给水工程给水工程排水工程排水工程建筑给水排水建筑给水排水 给排水管道系统给排水管道系统 水工程施工水工程施工 水资源利用水资源利用与保护与保护参考书目1.给水排水工程概论，李亚峰主编，机械工业出版社，2009.42.排水工程下册，张自杰主编，中国建筑工业出版社，2000.63.给水工程，严世勋主编，中国建筑工业出版社，1999.124.建筑给水排水工程，李亚
3、峰主编，机械工业出版社，2006.9 主要内容主要内容n 水资源利用与保护水资源利用与保护n 给水排水管道系统给水排水管道系统n 给水工程给水工程n 排水工程排水工程n 建筑给水排水工程建筑给水排水工程n 水工程施工水工程施工考核方式考核方式n平时考核（平时考核（40%）n期末考核（期末考核（60%）：开卷考试）：开卷考试出勤出勤+测试：测试：30%作业：作业：10%水资源利用与保护Application&Protection of Water Resources第1章课程教学要求课程教学要求v了解全球水量的存储、循环方式；v了解中国水资源量概况、时空分布特性、开发利用状况和面临的主要问题；v
4、 掌握水源及取水位置选择的原则与依据，取水构筑物结构类型及构造特点教材及参考资料教材及参考资料参考资料 严煦世，范瑾初 主编，给水工程（第4版），中国建筑工程出版社 李广贺 主编，水资源利用与保护（第二版），中国建筑工业出版社，2010 王晓昌 主编，水资源利用与保护，高等教育出版社内容提要内容提要中国水资源1.2水资源的开发利用工程1.3地球上的水资源1.1 广义的：水资源是指能够直接或间接使用的各种，在社会生活中具有使用价值和经济价值的水都可称为水资源。狭义上：水资源是指人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的。1.1 地球上的水资源地球上的水资源1.1 地球上的水资源地球上的水资源一、地
5、球水储量分布 地球表面积：5.1亿km2，水体总量：13.86亿km3；海洋面积：3.61亿km2，海洋水量：13.38亿km3，占地球总水量的96.5%；陆地面积：1.49亿km2，水量仅0.48亿km3，占地球总水量的3.5%。便于人类利用的仅为0.1065亿km3，占淡水量的30.4%。表明可供人类利用的水资源十分有限。96.5%96.5%海洋水海洋水湖泊咸水和地下咸水湖泊咸水和地下咸水淡水淡水 68.7%68.7%1.3%1.3%30%30%冰川与永久雪盖冰川与永久雪盖地下淡水地下淡水其他淡水其他淡水1%1%2.5%2.5%永冻土底冰永冻土底冰湖泊淡水湖泊淡水土壤水土壤水大气水大气水沼
6、泽水沼泽水河水河水生物水生物水各种水体所占比例各种水体所占比例1.1 地球上的水资源地球上的水资源二、地球上水的循环1.1 地球上的水资源地球上的水资源水的循环自然循环：自然循环：各种水体受太阳能的作用，不断的进行相互转换和周期的循环过程社会循环：社会循环：人们为了生活和生产的需要，由天然水体取水，经适当处理后，供人们生活和生产使用，用过的水又排回天然水体的过程二、地球上水的循环v 水的自然循环三个阶段：v降水(Precipitation)v径流(Runoff)v蒸发(Evaporation)1.1 地球上的水资源地球上的水资源1.1 地球上的水资源地球上的水资源风风太阳太阳v雨雪雨雪蒸发蒸发
7、河湖河湖云云v蒸腾蒸腾v地表径流地表径流v地下渗流地下渗流v蒸腾蒸腾v冰雪冰雪v植被植被v海洋海洋v 水的自然循环：水在大气圈、水圈、岩石圈之间的循环过程气流气流蒸发蒸发遇冷降水遇冷降水蒸发蒸发从海洋蒸发上升的水汽从海洋蒸发上升的水汽海洋上空海洋上空陆地上空陆地上空海洋海洋江河江河地表或地下径流地表或地下径流陆面陆面部分蒸发部分蒸发汇流汇流径流径流1.1 地球上的水资源地球上的水资源v 水的社会循环生活商业生活商业城市城市收集收集工业工业农业农业给给 水水新陈代谢新陈代谢废废 水水人人处理处理处置处置灌溉灌溉水体水体产品用水、产品用水、用水工艺、用水工艺、冷却用水等冷却用水等良良性性循循环环非
8、非良良性性循循环环1.1 地球上的水资源地球上的水资源1.2 中国水资源中国水资源一、中国水资源量概况 我国淡水资源总量名列世界第六，仅次于巴西、前苏联、加拿大，美国、印度尼西亚。人均占有量仅为世界平均值的1/4，水资源在时间和地区分布上很不均衡。我国有333多个城市缺水，其中108多个城市严重缺水。2010年后，我国将进入严重缺水期，据有关估计，2030年前中国的缺水量将达到600亿立方米。因此，为保证我国经济的可持续发展，淡水资源问题的解决己迫在眉睫。1.2 中国水资源中国水资源8,2334,5073,0512,9022,8382,8302,1321,9131,897128302,0004
9、,0006,0008,00010,000BrazilRussiaUSACanadaIndonesiaChinaColombiaPeruIndiaCongoNatural RenewableWater Resource(km3)淡水资源1.2 中国水资源中国水资源468700巴巴 西西俄罗斯俄罗斯加拿大加拿大美美 国国印度尼西亚印度尼西亚中中 国国印印 度度世世 界界0300006000012000090000人均径流量（立方米人均径流量（立方米/人）人）径流总量（亿立方米）径流总量（亿立方米）世界人均：世界人均：8000 立方米立方米/人人中国人均：中国人均：1700 立方米立方米/人人二、中
10、国水资源的时空特征中国水资源特征表现为时空变化极大。1.2 中国水资源中国水资源严重缺水线严重缺水线v 水土分布不均，11个地区低于严重缺水线1.2 中国水资源中国水资源v 空间分布特征v 降水不均匀性v 河流分布的不均匀性v 地下水资源的分布不均匀性1.2 中国水资源中国水资源二、中国水资源的开发利用状况v 农业用水 农业是用水大户，占总用水量的70%左右，农业用水主要包括农田、林业、牧业的灌溉用水及水产养殖、农村工副业和人畜生活等用水。农田灌溉用水是农业的主要用水和耗水对象。在农业用水中，地下水的开发利用占据十分重要的地位。北方农业用水占：24.2%，北京市占85.5%，河北占66.6%。
11、由于农业节水技术与节水措施的推广应用，节水水平的提高，农业用水占总用水的比重其趋势上是在不断降低的过程中，从1949年月的97.1%，1980年的80.7%1997年的70%。1.2 中国水资源中国水资源v 生活和工业用水 生活与工业用水增长快，1980年12%1997年的29%。但仍比发达国家低。加拿大、英国、法国的工业用水均占总用水比例的50%以上。1.2 中国水资源中国水资源v 地下水资源开发利用状况 地下水是我国城镇生活用水不可替代的地位。地下水占城镇生活用水总用水量的59%。1.2 中国水资源中国水资源三、中国水资源面临的主要问题1.2 中国水资源中国水资源v 城市供水集中，供需矛盾
12、尖锐 中国666座城市中，缺水的城市就达333座，其中严重缺水108座，主要集中在北方。v 城市地下水过量开采，环境地质问题突出v 区域地下水位持续下降、降落漏斗面积不断扩大，如：华北平原；v地面沉降；v 海水入侵，如：大连、厦门。1.2 中国水资源中国水资源v 水资源污染严重，水环境日益恶化v 城市附近；v 农业区面源污染日趋严重；v 乡镇企业生活污水和工业废水的大量排放，构成我国水体的另一个重要污染源。1.2 中国水资源中国水资源 随着经济、技术和城市化的发展，排放到环境中的污水量日益增多。1.2 中国水资源中国水资源1.2 中国水资源中国水资源1.2 中国水资源中国水资源生态环境部联合住
13、房城乡建设部启动城市黑臭水体整治环境保护专项行动生态环境部联合住房城乡建设部启动城市黑臭水体整治环境保护专项行动1.2 中国水资源中国水资源v 废水排放量逐年增加；v 2014全国废水排放总量上升至716.2亿吨；v 解决措施节约用水 整治污染v 农业节水：推广节水灌溉；推广耐旱农作物；v 工业节水：合理布局；减少污水排放量；提高水的重复利用率；采用先进工艺至无水工艺；v 城市节水：分质供水；推广节水型器具。3R原则 Reduce（减污）Recycle（循环）Reuse（再用）1.2 中国水资源中国水资源1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程一、水源及其特点 广义概念：水资源是指能够
14、直接或间接使用的各种，在社会生活中具有使用价值和经济价值的水都可称为水资源。狭义概念：水资源是指人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的。工程概念：除狭义概念中的淡水量，还包括少量可用于冷却的海水。1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程一、水源及其特点地表水源：江河、湖泊、水库及海水地下水源：潜水（无压地下水）、自流水（承压地下水）及泉水1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程一、水源及其特点 地表水作为供水水源，其特点主要表现为：v 水量大，总溶解固体含量较低，硬度一般较小，适合于作为大型企业大量用水的供水水源；v 时空分布不均，受季节影响大；v 保护能力差，容易受污染；v
15、 泥沙和悬浮物含量较高，常需净化处理后才能使用；v 取水条件及取水构筑物一般比较复杂。1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程一、水源及其特点 地下水作为供水水源，其特点主要表现为：v 水的径流量有限，含盐量和硬度较高；v 不易受到污染，水量、水质较稳定；v 水质澄清、色度低、细菌少；v 取水构筑物较简单；1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程二、地下水及其分类地下水：以各种形式存在于地表以下岩石和土壤的孔隙、裂隙及空洞中可以流动的水体。主要由渗透作用和凝结作用形成。按埋藏条件分类：潜水、承压水、泉水1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程透水层：透水层：卵石层、砂层
16、和石灰岩等，组织松散，具有众多的相互联通的孔隙，透水性较好，水在其中的流动属渗透过程，故这层叫透水层（多孔性、渗透性）。不透水层：不透水层：粘土和花岗岩等紧密岩层，透水性及差甚至不透水，称之为不透水层。如果透水层下面有一层不透水层，则在这一透水层中就会聚积地下水，故透水层又叫含水层含水层。不透水层称隔水层隔水层。二、地下水及其分类1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程二、地下水及其分类1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程二、地下水及其分类vv v v a.上层滞水;b.潜水;c.承压水v 1.隔水层;2.透水层;3.饱水部分;4.潜水位;5.承压水测压水位;6.泉（上升泉
17、）;7.水井，实线表示井壁不透水 各种类型取水构筑物的适用条件：v 管井用于开采深层地下水，井深一般在200m以内，最深可达1000m以上；v 大口井广泛用于取集含水层厚度20m以内的浅层地下水；v 辐射井用于汲取含水层厚度较薄的浅层地下水，它比大口井效率高，但施工难度大；1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程三、地下水取水构筑物v 复合井常常用于同时集取上部孔隙潜水和下部厚层基岩高水位的承压水。在一些需水量不大的小城镇和不连续供水的铁路给水站中被较多地应用；v 渗渠主要用于地下水埋深小于2m的浅层地下水，或集取季节性河流河床下的地下水，在我国东北、西北地区应用较多。1.3 水资源的
18、开发利用工程水资源的开发利用工程（一）管井 定义：是地下水构筑物中应用最广的一种，适用于任何岩性与地层结构。由其井壁和含水层中进水部分均为管状结构而得名。直径：50-1000 mm，大多小于500 mm 井深：200-1000 m,大多200 m以内 适用范围：开采深层地下水，井深一般在200m以内，最深可达1000m以上1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程（一）管井v 管井构造组成：通常由井室、井壁管、过滤器及沉淀管构成。1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程井室：安装水泵，控制器和进行维护管理的场所；井壁管：加固井壁、隔离水质不良的含水层；过滤器：安装于含水层中，用于
19、集水，最重要组成部分；沉淀管：位于井管最底端，防止尘沙堵塞过滤器；(二)大口井v 大口井的构造 由井径大而得名。直径：5-8 m，不超过10 m 井深：20 m以内 适用条件：开采浅层地下水 1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程(二)大口井1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程完整式和非完整式贯穿整个含水层，仅从井壁进水，用于颗粒粗、厚度薄（5-8 m）、埋深浅的含水层。井壁进水易于堵塞，影响进水效果，采用较少。未贯穿整个含水层，井壁、井底均可进水。进水范围大、集水效果好，含水层厚度大于10 m时，应做非完整式。(二)大口井1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程
20、组成：通常由井筒、井口及进水部分v 大口井构造井筒：用钢筋混凝土、砖、石条等砌成。加固井壁、防止井壁坍塌及隔离水质不量的含水层。进水部分：包括井壁透水孔和井底反渗层井口：露出地面的部分（地面以上0.5 m）。1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程四、影响地表水取水的主要因素v 河流的泥沙运动及河床演变 为了取得较好的水质，防止泥沙、漂浮物等对取水构筑物及管道形成危害，必须了解取水河段泥沙运动状态和分布规律。取水构筑物的设置与河床演变有着密切的关系，如果不了解河床演变的规律及河床变迁的趋势，往往会造成取水口和渠道的严重淤积，或河道变迁造成取水脱流，甚至导致取水工程报废。1.3 水资源的
21、开发利用工程水资源的开发利用工程四、影响地表水取水的主要因素v 泥沙运动 河流泥沙是指在河流中运动的以及组成河床的泥沙，所有在河流中运动及静止的粗细泥沙、大小石砾都称为河流泥沙。根据泥沙在水中的运动状态，可将泥沙分为推移质及悬移质两类。1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程四、影响地表水取水的主要因素v 悬移质：粒径较小，悬浮在水中，被水流挟带前进的泥沙。特点：其运动速度与水流基本一致，占河流总挟沙量的95-90%v推移质：在水流的作用下，沿河底滚动、滑动或跳动前进的泥沙。特点：泥沙粒径较大，不能悬浮在水中，占河流总挟沙量的5-10%，对河床演变起重要作用1.3 水资源的开发利用工程
22、水资源的开发利用工程四、影响地表水取水的主要因素 就同一泥沙组而言，较缓水流下，可表现为推移质；较强水流下，可表现为悬移质1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程四、影响地表水取水的主要因素v 河床演变河流的挟沙能力不断变化，在各个时期对河流不同地点产生冲刷和淤积，从而引起河床形状的变化，即河床演变。BBAA图图11.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程四、影响地表水取水的主要因素“岸岸”指陆地部分，陆地部分凹进去的就是凹岸，凸出来的就是凸岸。指陆地部分，陆地部分凹进去的就是凹岸，凸出来的就是凸岸。凹岸凹岸凸岸凸岸图图21.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程四、影响地
23、表水取水的主要因素弯曲河段的凹岸能形成窄长的深槽，水较深，泥沙含量少。因此，在弯曲河段的凹岸处取水有利。1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程五、地表水取水构筑物 地表水取水构筑物的型式应适应特定的河流水文、地形及地质条件，同时应考虑到取水构筑物的施工条件和技术要求。地表水取水构筑物按构造型式可分为固定式取水构筑物固定式取水构筑物、活动式取水构筑物活动式取水构筑物和山区浅水河流取水构筑物山区浅水河流取水构筑物三大类。v 固定式取水构筑物v 按照取水点的位置，可分为岸边式岸边式、河床式和斗槽式；v 按照结构类型，可分为合建式和分建式；v 按照进水管的型式，可分为自流管式、虹吸管式、水泵直接吸水式、桥墩式；v 按照取水泵型及泵房的结构特点，可分为干式、湿式泵房和淹没式、非淹没式泵房；v 按照斗槽的类型，可分为顺流式、逆流式、侧坝进水逆流式和双向式。1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程v 活动式取水构筑物 活动式取水构筑物可分为缆车式和浮船式。缆车式按坡道种类可分为斜坡式和斜桥式。浮船式按水泵安装位置可分为上承式和下承式；按接头连接方式可分为阶梯式连接和摇臂式连接。v 山区浅水河流取水构筑物 山区浅水河流取水构筑物包括底栏栅式和低坝式。低坝式可分为固定低坝式和活动低坝式（橡胶坝、浮体闸等）。1.3 水资源的开发利用工程水资源的开发利用工程
