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教学目的：
通过本课程的学习，使学生能对我国水危机的严峻形势有一个概要的了解；对本学科的主要内容有一个概括的了解；对水工业在新世纪的远大发展前景有一初步的了解；对城市水工程学科要求的基础理论、相关学科、现代科学技术以及高新技术有一个宏观的了解。 教材及参考书：
1． 教材： 《城市水工程概论》 中国建筑工业出版社 李圭白等编 许保玖主审
教学参考书：《水资源利用与保护》 【李广贺等编 2002】
《给水排水管网系统》 【严熙世等编 2002】 《给水工程》 【严熙世等编 2002】 《排水工程》 【张自杰等编 2002】 《建筑给水排水工程》 【王增长等编 2002】 《水工艺设备基础》 【黄廷林等编 2002】 《水工程经济》 【张勤等编 2002】 《给水排水工程施工》 【郑达谦等编 2002】
课时安排： 序号 （一） （二） （三） （四） （五） （六） 主要内容 城市水工程学科与水工业 水资源的保护和利用 给水排水管道系统 水质工程 建筑给水排水工程 水工艺设备及水工艺过程监测和控制 1
学时分配 2 4 5 6 5 4 讲授 习题课 其它 2 4 5 6 5 4
（七） （八）
基本要求：
水工程施工与经济 城市水工程学科与相关学科的关系 小 计 4 2 32 4 2 32 1了解我国水资源的形势及其特点；
2初步了解给排水管道系统的组成、布置方法及主要设计内容；
3初步了解水的物理化学处理方法、水及废水处理的常规工艺及新技术； 4初步了解建筑组成及敷设原则；
5对水工艺设备，水工艺过程监测和控制，水工程施工与经济有相应的了解。
教学方法与手段：
课堂教学为主，实践性环节结合到学生的认识实习中。 教具准备：
2
课程主要内容：
第1章 城市水工程学科与水工业
1.1 水的自然循环和社会循环
水的自然循环――水利工程学科研究对象 水的社会循环――城市水工程学科研究对象 1.1.1 水的自然循环
淡水的自然循环：水从海洋蒸发，蒸发的水汽被气流输送到大陆，然后以雨、雪等降水形
式落到地面，一部分形成地表水，一部分渗入地下形成地下水，一部分又重新蒸发返回大气。地表水和地下水最终流回海洋。
淡水自然循环示意图：
3
1.1.2 水的社会循环
一 水的用途：生活饮用水、工业用水、农业用水
水的用途生活饮用水：住宅家居每人每天用水量140（人.） （4.5%) 家居生活用水＋公共用水之和210（人.） 工业用水：原料用水、生产工艺用水、生产过程用水、锅 （20%） 炉用水、冷却用水农业用水（75.5%）二 水的社会循环：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，用过的水再排回水体，这个循环过程为水的社会循环。
水的社会循环示意图：
三 水的社会循环的工程设施
1 水资源的保护和利用：用工程措施对水质水量加以保护。 2 取水工程：将水从天然水体取集过来。
3 水泵站：水泵对水加压，将水从低处抽送到高处，并输送一定距离。
4
4 给水处理厂：用物理的、化学的、物理化学的方法对水进行处理，保证供应水的水质。 5 调贮构筑物：调节水量水质。
6 输配水系统：输水管道、配水管网及阀、消火栓等附属构筑物。
7 建筑水工程：自来水由城市管网送入住宅楼内，经管道系统配入各户；用过的污水经排
水管道收集，排出楼外；热水供应、消防、排除雨水等。
8 工业水工程：工场供水及排水；特种污水处理及特种水质要求；车间及工作部门的生活
用水及消防用水。
9 污水排水系统：污废水经排水管网收集，流入污水处理厂。包括排水井、检查井、消能
井及污水泵站等。
10 污水处理厂：使用物理的、化学的、生物的方法处理污水，使处理后的水质满足排入天
然水体的要求。
11 雨水排水系统：
12 城区防洪：环城区周围设排洪沟渠。 13 农业水工程： 1.2 水工业的组成及特点 1.2.1 水工业的产生和发展
在社会主义市场经济体制下，水作为一种特殊商品正在进入市场，采集、生产、加工商品水的产业，称为“水工业”。
水工业是以水的社会循环为服务对象，，为实现水的社会循环提供所需的工程建设、技术装备、运营管理和技术服务。它与服务与水的自然循环的“水利工程”，构成了水工程的两个方面。 1.2.2 水工业的组成
1 水工业运营业
● 城镇自来水生产和供应企业 ● 工业厂矿供水工程运营部门与企业 ● 特种水生产和供应企业 ● 城市排水管理单位或企业 ● 污水处理和再生单位或企业 ● 回用水生产及供应单位或企业
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● 建筑水工程运营部门 ● 农业水工程运营单位或企业 2 水工业工程建设业 ● 水资源调控和保护工程 ● 取水和输水工程 ● 水处理和净化工程 ● 供水管网工程和输配工程 ● 污水管网工程和输送工程 ● 雨水管网工程 ● 污水处理和再生工程 ● 污水回用工程 ● 节水工程 ● 城市防洪工程 ● 建筑水工程 ● 工业水工程 ● 农业水工程 3 水工业设备制造业 ● 水工业管材与其他器材 ● 建筑水工程设备器材
● 优质和安全饮用水净化（成套）专用设备 ● 工业水工程专用设备器材 ● 农业水工程专用设备器材 ● 污水处理和再生（成套）专用设备 ● 水工业仪器仪表
● 水工业信息、自动控制系统 ● 节水设备与器具 ● 工业通用设备 ● 水工业药剂 4 水工业知识产业 ● 工程规划、勘测与设计 ● 产品与设备开发、研制和设计 ● 水资源和水环境评价 ● 技术标准和技术监督
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● 科学研究、科学试验和技术开发 ● 技术和市场信息咨询服务 ● 教育和培训
● 水工业金融投资服务业 1.2.3 水工业的特点
1 设施角度：新中国成立之前，水量问题（给排水设施普及程度，水源水质相对较好）→
80年代后，水质问题（水资源短缺与水污染日益严重，水质要求高）
2 技术角度：土木型（水处理工艺通过土建构筑物实现）→设备型（产业化、市场化），
管理的科学化
1.3 “城市水工程”学科与交叉学科的关系
“城市水工程”学科：以水的社会循环为研究对象，以水质为中心，研究其水质和水量的
运动变化规律，以及相关的工程技术问题，在社会主义市场经济条件下，以实现水的良性社会循环和水资源的可持续利用为目标的工程技术学科。
1 与水利工程学科的关系 两者的交叉方面有：
⑴ 水资源方面：水利工程学科研究整个流域的水资源。城市水工程学科研究的是城市和工业水资源，即城市和工业周围地区的水资源。
⑵ 取水工程方面：两个学科都把天然水体（地下水、地表水等）取水的工程技术问题作为本学科的研究内容。
⑶ 农业用水方面：农业用水应是水的社会循环一部分，但工场化养鸡、养猪等的用水、排水是水工业的内容。
⑷ 水质方面：水利工程传统上重点研究水的量的问题，水质主要研究物理性质，以水力学和力学为基础。城市水工程以水质为中心，以水化学、水微生物学和水力学为基础。
2 与土木工程学科的关系
传统的给水排水工程是土木工程学科的一个分支，取水和水处理过程通过土建构筑物来实现，现代水处理由传统的土木型向设备型和集成型发展，水处理过程采用的设备越来越多，但仍有相当部分采用土建构筑物，处于向设备化的过渡阶段，两学科相互独立但关系密切。
3 与环境学科的关系
两学科都把工业废水的处理作为本学科的研究内容。
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环境工程学科以环境污染防治为研究对象，水污染防治为其内容之一，更多地从事工业废水处理；水工业将水的供给及处理和废水的治理统一考虑，需要以整个水的社会循环为考虑对象。
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第2章 水资源的保护与利用
2.1 地球上的水资源 2.1.1 水资源的含义与特性 1 水资源的含义
广义的水资源――指地球上所有的水。
狭义的水资源――是在目前的社会条件下可被人类直接开发与利用的水。而且开发利用时必须技术上可行、经济上合理且不影响地球生态。此外，不符合使用水质标准、或用现有技术和经济条件难以处理达到使用标准的水也不能视为水资源。
通常所说的“水资源”是指陆地上可供生产、生活直接利用的江河、湖泊以及部分储存在地下的淡水资源，亦即“可利用的水资源”。这部分水量只占地球总水量的极少一部分。
2 水资源的特征性
⑴ 流动性与溶解性 ⑵ 再生性与有限性 ⑶ 时空分布上的不均匀性 ⑷ 社会性与商品性 2.1.2 地球上的水资源 1 地球上的总水量
咸水量(海洋、咸水湖等）14.21亿地球上水的总量14.6亿淡水0.39亿，占2.7%，占97.3%极地和冰川，77.2%地下水和土壤中水，22.4%湖泊和沼泽，0.35%大气，0.01%江河，不到0.01%9
29.2% 陆地面积1.49亿km2
地球表面积约5.1亿km2 70.8% 海洋面积3.61亿km2
2 淡水资源
⑴ 液态淡水：占总淡水量的30.41％，主要分为湖泊水、河流水、沼泽水、土壤水和地下淡水。
⑵ 固态淡水：占全球淡水资源量的68.7％，分布于两极地区、格陵兰岛冰盖冰雪及高山上的冰川和积雪储水，还有地下永冻带中的储水。
⑶ 气态淡水：占水资源的量很小，利用不多，但是人类可资利用的重要淡水资源之一。指大气圈中的水，它来自海洋表面、陆地表面的水分蒸发和动植物体内水分的蒸发，以水汽、水滴和冰晶、固体颗粒的形式存在。 3 径流资源 4 海水资源 5 水能资源
2.2 水的自然循环与水的社会循环 1 水的自然循环
大循环：海洋上蒸发的水蒸气被大气环流携带迁移到陆地上凝结降落，再成为地面水以径流的方式流归海洋，这海陆间的水分循环过程，叫大循环或外循环。
小循环：陆地上的水蒸发至上空后遇冷凝结成雨水仍降落在大陆；或海洋上的水蒸发后在空气中遇冷凝结成雨水仍降落在海洋上，这种局部的水分循环称为小循环，或称为内循环。 2 水的社会循环 2.3 中国水资源状况 2.3.1 中国的水资源概况
1 P =R + E + UG 式中：P—降水量
R—河川径流量 E—总蒸发量
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UG—地下潜流量 2 W = R + Q – D 式中：W—水资源总量 R—河川径流量 Q—地下水资源量
D—地表水和地下水互相转换的重复水量
年均产水量：指年平均单位面积的土地上的所能获得的水资源量，表明该地区水资源的丰富程度。
2.3.2 我国水资源的特点 我国水资源的特点为：
1 总量、人均、亩均特点
总量——河川径流量居世界第六，水资源并不少
人均——人均占有水量居世界第121位，水资源不丰富，缺水国之一 2 地区分布特点
我国水资源在地区上存在“南多、北少；东南多、西北少”的格局，且相差非常悬殊。水资源的地区分布与人口和耕地的分布很不相应，南方四片人多、地少、经济发达、水资源丰富，北方片人多、地多、经济相对发达、水资源短缺。
3 年内及年际分布特点
时间（季节）上的分配不均匀——秋冬季，寒冷少雨；春夏季，气候温暖，雨量充沛。 年际变化大——水年洪水泛滥，少水年赤地千里。 2.3.3 我国水资源紧缺的社会因素 主要表现为以下几个方面：
1 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。 2 我国农用耕地需水量很大，农用水量十分紧缺。 3 我国工业用水量增长极快，但是用水效益很差。 4 地表水已有明显减缩。 5 地下水过量开采，水位降低。 6 水污染严重。
7用水方式落后，水资源浪费惊人。
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2.4 水资源的开发利用工程 2.4.1 水源及其特点
用水水源地下水源：潜水（无压水）、自流水（承压地下 水)、泉水地表水源：江河、湖泊、蓄水库和海洋地下水特点：水质澄清、色度低、细菌少、水温较稳定、变幅小、分布面广且不易被污染，
但水的含盐量和硬度较高，径流量有限。
地表水特点：通常表现出与地下水相反的特点，如混浊度和水温变化幅度大，水质易受污
染；水的含盐量和硬度较低，其它矿物质含量较少；地表水的径流量一般较大，但水量和水质的季节变化明显。
用水水源选择原则：
1 调查当地水资源状况，所选水源应水量充沛可靠，水质好，便于防护。 2 优先考虑符合卫生要求的地下水作为生活饮用水源，取水量应小于允许开采量。 3 全面考虑，统筹安排，正确处理同各部门关系，合理综合利用开发水资源。 4 考虑取水构筑物本身建设施工、允许管理时的安全，注意相应的各种具体条件，如
水文、水文地质、工程地质、地形、人防卫生等。
2.4.2 地下水取水
1 地下水的存在形式和类型
⑴ 水在地下岩石中的存在形式分为：气态水、吸着水、薄膜水、重力水和毛细管水。 气态水：来自大气圈或岩石中水分的蒸发，遇冷凝结，同空气一道存在于未被水饱和的岩
石空隙中。有很大的活动性。
吸着水：由分子力和静电力的作用吸附于岩石颗粒表面极薄一层的水，约数十排分子层的
厚度，结合很牢固，难以用一般方法将它与岩石颗粒分开。不受重力支配，不传递静水压力，不能溶解盐类，无导电性等。
薄膜水：在吸着水外围，分子力和静电力的影响逐渐减小，在厚度约数百个水分子直径范
围内的一层水膜。同颗粒的结合不如吸着水那样牢固，呈过渡性特征。
重力水：当薄膜厚度继续增大，分子力和静电引力不能继续吸引薄膜外层的水时，水即受
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重力影响移动，这样就形成可以自由移动的重力水。特征是能传递静水压力，有溶解和冲刷力，运动完全服从水力学规律。是通常所说的可用作水源的地下水。
毛细管水：在地下水面以上的疏松岩石中，由于岩石细小空隙的毛细管作用产生的。不受
固体表面静电引力作用，受表面张力影响，是一种半自由水。
图2－3 地下水垂直分布图
⑵ 作为给水水源，地下水按其埋藏条件分：上层滞水、潜水和承压水三种类型。
上层滞水：是在地表以下包气带中留存于某些不透水镜体上的地下水。
特点是：量小且直接决定于不透水镜体的分布面积；季节性变化大，水量极不
稳定，水质差，易污染。
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水源：小型、临时水源。
潜水：埋藏于地下第一稳定隔水层之上、具有自由表面的重力水。
特点是：靠近地表，分布与补给区基本一致，主要靠大气降水补给，水量变化大且
不稳定；与地表水联系密切；水质差，易受污染。
承压水：充满于两个稳定隔水层之间的重力水。
特点是：受气象要素影响小，不易受到污染，卫生条件可靠，水量稳定。 水源：宜作为供水水源。
2 地下水取水构筑物
地下取水构筑物包括：管井、大口井、水平集水管、复合井与辐射井等。 2.4.3 地表水取水
1 影响地表水取水的主要因素
⑴ 河流的径流变化：河流的水位、流量及流速变化。
⑵ 泥砂运动和河床演变：一般将取水构筑物选在河床稳定的河段；如果是弯曲河段，则应设在凹岸，此处岸陡水深，泥砂不易淤积，水质较好，应避开凹岸主流的顶冲点。
⑶ 河床的岩性、稳定性：取水构筑物一般应选在河岸稳定、岩石露头、未风化的基石上，或其它条件较好的河床处。尽可能不选在不稳定的岸坡，也不能选在淤泥、流沙层和岩溶的地区。
⑷ 河流冰冻情况：
⑸ 水工构筑物和天然障碍物： 2 地表水取水构筑物的分类
按构造形式一般分为三类：固定式取水构筑物；移动式取水构筑物；山区浅水河流取水构筑物。
⑴ 固定式取水构筑物：
按取水点的位置分：岸边式、河床式、斗槽式。
岸边式取水构筑物：直接从岸边进水。当河岸较陡，岸边有一定的取水深度、水位变化幅度不大、水质及地质条件较好时采用此种方式。
河床式取水构筑物：由取水头、进水管渠及泵站组成。取水头设在河心，通过进水管与建在河岸的泵站连接。适于岸坡平缓、主流离岸较远、岸边缺乏必要的取水深度或水质不好的情况。
斗槽式取水构筑物：在取水口附近修建堤坝，形成斗槽，以加深取水深度，亦可起到预沉淀的作用。一般由岸边式取水构筑物和斗槽组成，适于河流缺水量大或泥砂量大、冰凌严重的情况。
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⑵ 移动式取水构筑物 可分为浮船式和缆车式。
浮船式：由船体、水泵机组及水泵压水管与岸上输水管之间的连接管组成。施工简单，工期较短，基建费用低，适应性强，灵活性大；但操作管理麻烦，供水安全性较差。适于水位变化幅度较大，涨落速度在2m/h以下枯水水深不小于1.5-2m，水流平稳，流速较缓，风浪较小的河段。
缆车式：建造于岸坡上，主要由泵车、坡道、输水管及牵引设备组成，其中泵车可通过牵引设备随水位涨落沿坡道上下移动。具有供水可靠、施工简单、水下工程量小、投资较少等优点。对于水位涨落幅度较大且水流速度及风浪较大，选用浮船有困难时选用。
⑶ 山区浅水河流浅水构筑物
有低坝式和底栏栅式，目的是抬升水位，便于取水。
低坝式：由拦河坝、引水渠及岸边式取水构筑物组成。适于枯水期流量小，水层浅薄，不通航，且推移质较多的小型山溪河流。
底栏栅式：由底栏栅、引水廊道、闸阀、冲砂室，溢流堰、沉砂池等组成。适于河床较窄，水深较浅，河流纵向坡度较大，大颗粒推移质特别多的山溪河流。 2.5 水资源的保护与管理
水资源开发利用存在的问题： 1 用水浪费，管理不当。 2 开采不当，水环境恶化。 3 污染严重，淡水资源减少。 2.5.1 水资源保护
水资源保护的内涵：是采取法律、行政、经济、技术等综合措施，对水资源实行积极的保护与科学管理。一方面是对水量的合理取用及对其补给源的保护；另一方面是对水质的保护。
1 水资源保护的目标和措施
目标：在水量方面要做到对地表水资源不因过量引水而引起下游地区生态环境的变化；对地下水源不会引起地下水位的持续下降而引起环境恶化和地面沉降。在水质方面要消除和截断污染源，保障饮用水源和其它用水可用的水质，防止风景游览区和生活区水体的污染和富营养化，注意维持地表水体和地下水含水层的水质都能达到国家规定的不同要求标准。
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采取的措施:
⑴ 加强对水资源的监测和信息收集。
⑵ 进行以流域为单位的江河综合开发利用规划，兼顾上下游合理配置用水。 ⑶ 建立水资源保护区，防止水土流失、水质污染，植树造林补充水源。 ⑷ 进行流域范围内的污染控制与治理，实行排污总量控制，保护水环境质量。 ⑸ 建立和健全有关法规，加强有关机构的建设。 2 水污染的控制与治理
基本目标：保护人民的生活和健康状态不致受到以水为媒介的疾病的影响；保持生态系统的完整不受破坏；保证水资源能长期持久的利用。
防治措施：
⑴ 加强水质的监测、评价与预测工作，及时掌握水质状况。
⑵ 提高工农业用水的效率，积极推行清洁生产，发展循环利用和重复利用技术，减少废水的排放量。
⑶ 制定水污染防治的法规和标准。
⑷ 积极开展流域水污染的治理工作，包括点源治理、面源治理（农田退水及水产养殖）和内源污染（底泥沉积物）治理。 2.5.2 水资源管理
水资源管理：运用行政、法律、经济、技术和教育等手段，合理开发利用水资源，协调水资源的开发利用与社会经济发展之间的关系，处理各地区、各部门间的用水矛盾；监督并限制各种危害水资源的行为；保护水资源的水量及水质供应，以满足社会实现可持续经济发展对水资源的要求。
1目标：实现水资源可持续开发利用、保护水生态环境的良好状态，促进社会经济的不断发展。
2 内容：涉及水资源的开发、利用、保护和防治水害等各方面，具体内容为： ⑴ 实行统筹规划，有限合理地分配水资源。
⑵ 保护水资源水量与水质良性循环和水生态系统安全。 ⑶ 保障城市生活、工业和农业生产的可持续用水。 ⑷ 提高水污染控制与治理和污水资源化的水平。
⑸ 遵循经济规律，改革水资源管理体制，加强管理能力建设。 ⑹ 健全法律措施，实现依法治水、管水。 3 管理措施：
行政措施、法律措施、经济措施、技术措施。
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第3章 给水排水管道系统
3.1 给水排水管道系统的任务和组成 3.1.1 给水管道系统的任务和组成
给水系统包括：水的取集、处理和输配。
任务：原水的取集、处理直至符合用户水质要求的清水送达用户。 给水管道系统组成：
⑴ 输水管（渠）道。它包括一级泵站至水厂处理构筑物的浑水输水管道和二级泵站至配水管网的清水输水管道。起输水作用，管中流量和流速不变。
⑵ 配水管网。作用是将处理后的水分配至整个用水区域和用户。
⑶ 泵站。它将所需用水量提升到所要求的高度。一级泵站抽取源水，二级泵站抽取清水。
⑷ 水量条件构筑物。包括清水池、水塔等。
⑸ 给水管道系统上的附属构筑物。主要有阀门井、检查井、消火栓井、水表井、放空排水井、水锤泄压井。
3.1.2 排水管道系统的任务和组成
排水系统：将城市污（废）水和降水按要求进行收集、处理和排放的工程。 排水系统组成：
⑴ 污水支管。作用是承受来自居住小区污水管道系统的污水或工场企业集中排出的污水。
⑵ 干管。作用是汇集污水支管流来的污水。
⑶ 主干管。作用是汇集各污水干管流来的污水，并将污水输送至污水厂。 ⑷ 雨水支管。作用是汇集来自雨水口的雨水并输送至雨水干管。 ⑸ 雨水干管。作用是汇集雨水支管流来的雨水并就近排入水体。
⑹ 排水管道系统上的附属构筑物。主要包括：检查井、雨水口、出水口、泵站等。
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3.2 给水排水管道系统规划和布置 3.2.1 给水管道系统规划和布置 1 给水系统的总体布局 ⑴ 统一供水系统
概念：城市居民生活饮用水、工业生产用水等，都按生活饮用水水质标准，用统一的管道
系统供给用户，称统一供水系统。
特点：管网中水压均由二级泵站一次提升，给水系统简单。
适用情况：适于城市地形起伏较小，建筑层数相差不大，各种用户对水质和水压要求相差
不大的城市或大型工业区。
⑵ 分质供水系统
概念：采用不同的管道系统，分别将不同水质的水供给用户。
特点：可节约水处理费用或水资源，但管道系统较复杂，实施难度大，应通过技术经济比
较后确定。
适用情况：通常用于工业区或城市局部地区。 ⑶ 分区供水系统
概念：并联分区供水――由同一泵站内的高压泵和低压泵分别向高区和低区供水。 串联分区供水――低区和高区所需水量均由同一泵站供给，低区和高区所需水压由
各自泵站提升，其中高区在低区的基础上再提升压力。
特点：并联分区――供水安全可靠，高区和低区水泵集中在一个泵站内，管理方便。缺点
是增加了高压输水管道。
串联分区――无需设置高压输水管，无需高压水泵。缺点是增加了一个高区加压泵
站，供水安全可靠性不如并联分区。
适用情况：城市地形高差较大，城市供水范围很大，或城市被自然地形分割成若干部分的
大、中城市。
⑷ 区域供水系统
概念：两个以上城镇采用同一给水管道系统，或者若干原先独立的管道系统连成一片，或
者以中心城市管道系统为核心向周边城镇扩展的供水系统。
特点：a 统一规划，合理利用水资源；b 可提高供水系统技术管理水平、经济效益和供水
安全可靠性。
2 配水管网布置
⑴ 树状网：一般用于小城镇。干管布置成树枝状，树状网投资小，供水安全性差。
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⑵ 环状网：一般用于大、中城市。管线布置成环状。投资较树状网大，供水可靠。
配水管网布置总要求：管线应遍布整个用水区；供水安全可靠；力求以最短距离向用户供水（特别是大用户）；按城市规划要求保留管网发展余地；管道一般按规划道路敷设，但尽量避免敷设在高级路面下。 3 输水管渠布置
输水管渠选线及布置要求： ⑴ 应能保证不间断供水。
⑵ 尽量使输水管线最短，以降低造价和输水费用。
⑶ 输水管线应尽量避免穿越河谷、铁路等障碍物以及沼泽、滑坡等地质不良地区，并尽量不占或少占良田。
⑷ 充分利用地行，优先考虑重力流或部分重力流输水。 4 长距离输水管渠和引水工程 3.2.2 排水管道系统规划和布置 1 城市排水体制
⑴ 合流制排水系统：将城市污水和雨水采用同一个管渠系统汇集排除。
直流式：将未经处理的混合污水用统一管渠系统就近直接排入水体。这种方式会污染水源，目前一般不采用。
截流式：晴天，管中汇集的城市污水量少，送至污水处理厂处理后排入水体；雨天，混合污水流量增加，超出部分通过溢流井直接排入水体，部分混合污水仍处理后再排放。这种方式污染程度比直流式大大减轻。
⑵ 分流制排水系统：将城市污水和雨水采用两个或两个以上排水管渠系统汇集排除。 污水排除系统：汇集和输送城市污水的管渠系统。 雨水排除系统：汇集和排除雨水的管渠系统。 合流制优点：管系较简单，造价较低。 合流制缺点：仍会造成水体污染。 2 排水管道系统布置
管道系统布置和定线的原则：尽可能在管线短、管道埋设深度浅的情况下，使最大区域的污水或雨水能自流排除。
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3.3 给水排水管道系统主要设计内容、方法和要求
3.3.1 给水管道系统主要设计内容、方法和要求
设计主要内容：管道系统布置和定线；设计流量计算；求出管道直径；计算管道中水头损失；求出二级泵站扬程及水塔高度；水量调节构筑物容积计算。
1 设计流量计算
设计流量：用以确定各部分供水能力或管道直径的流量。 一级泵站、原水输水管：按最高日、平均时用水量计算。
二级泵站：若管网中无水塔或调节水库，按最高日、最高时用水量计算。
清水输水管道：若管网中无水塔或调节水库，按最高日、最高时用水量计算；若设了水塔或水库，按最高日、最高时用水量减去水塔输出的流量。
配水管网：按最高日、最高时用水量计算。 2 配水管网中的管段设计流量计算 ⑴ 管网流量简化。
a 将非均匀配出的沿线流量简化为均匀配出的沿线流量； b 将均匀配出的沿线流量按一定比例折算成节点流量。 ⑵ 流量分配：任一管段流量等于该管段以后各节点流量之和。
注：这只是初步的流量分配，在确定管径并通过水力计算后，各管段流量还会有所调整。
3 管径计算
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流量一定情况下：
流速大，管径小—管网造价低，管中水头损失大，水泵所需扬程高，从而经常性的输
水电费高。
流速小，管径大—管网造价提高，管道水头损失小，水泵所需扬程低，从而经常性的
输水电费降低。
4 管道系统水力计算 5 水泵扬程计算
6 给水管道系统优化设计基本概念
3.3.2 污水管道系统主要设计内容、方法和要求
主要设计内容：管道系统平面布置；计算设计流量；管道直径和坡度计算；管道埋设深度设计；附属构筑物设计。
1 污水设计流量计算
城市污水量＝居民生活污水量（约为用水量70％－90％）＋工业废水量 设计流量：设计年限内最高日、最高时污水量
设计管段：采用同一设计流量、同一管径和统一坡度的两检查井之间的管段。 管段设计流量＝本段流量＋转输流量＋集中流量 2 污水管道系统水力计算
水力计算目的：在流量已知情况下，求出经济合理的管道直径（或渠道断面尺寸）、管道坡度和埋设深度。
水力参数：管中流量Q、管径D、流速V、管道坡度I、充满度h/D。 污水管道设计的限制条件（或约束条件）如下： ⑴ 管道内应流出适当空间以利于通风和排除有害气体。
⑵ 设计流速：防止固体杂质在管道内沉积，最小设计流速定为0.6m/s；为防止管道冲刷损坏，金属管最大设计流速10m/s，非金属管最大设计流速5m/s。
⑶ 最小管径：街坊和工场区内为200mm，街道下为300mm，防治管径过小造成堵塞。 ⑷ 最小设计坡度：最小设计流速下的坡度。
⑸ 覆土厚度：防止管道受地面荷载破坏，或在寒冷地区，防止管内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道，根据不同情况规定一个最小覆土厚度。 3.3.3 雨水管渠系统设计特点
与污水管道设计不同处：流量的汇集和设计流量计算方法不同，某些设计参数和要求有差
别。
21
1 设计流量
⑴ 设计暴雨强度：指一定年限内可能出现一次的暴雨（称重现期），在一定的降雨历时内，单位汇水面积上的雨水量。
设计时，先确定重现期和降雨历时→查找暴雨强度计算公式（资料提供）→按公式求出设计暴雨强度。
⑵ 汇水面积：指某一管段所承担的汇集雨水的面积。 某管段汇水面积＝本管段汇水面积＋转输汇水面积 ⑶ 径流系数：是径流量与降雨量之比。 设计流量＝径流系数×设计暴雨强度×汇水面积 2 雨水管渠水力计算特点
雨水管道按满流设计，即充满度h/D=1。最小设计流速、最小管径和最小设计坡度的具体限值与污水管渠有区别。
3 雨水径流量的调节：设雨水调节池。 3.3.4 合流制管渠设计特点 3.3.5 排水管道系统优化设计
优化设计目的：保证排水管道系统正常运行情况下，总费用最低。
目前，排水管道系统优化设计主要是以费用为目标函数，以设计规范中有关规定为约束条件，建立优化设计数学模型。 3.3.6 给水排水泵站
1 常用水泵：叶片式水泵。 主要特性参数：扬程和流量。 2 给水排水泵站：
⑴ 一级泵站：将水源的水抽送到水处理构筑物。
⑵ 二级泵站：将处理后符合生活饮用水卫生标准或用户水质要求的水经吸水井 抽水送入城市管网。
⑶ 加压泵站： ⑷ 循环泵站：
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3.4 给水排水管道系统运行管理
给水管道：检漏、管道腐蚀和结垢的防治与清除、管网水质的改善、管网水压和流量测定、
管网调度。
排水管渠：各渠清通、管渠维修、泵站的运行调度。 3.5 给水排水管道材料 3.5.1 给水管道材料
给水管道选材应考虑的因素有：
⑴ 管道承受内压和外荷载强度； ⑵ 管道耐腐蚀性能； ⑶ 管道使用年限；
⑷ 管道运输、施工和安装难易程度； ⑸ 管道内壁光滑程度(涉及水力条件)； ⑹ 管道价格。 给水管材分类：
1 金属管材
⑴ 钢管：常用的是焊接钢管（用于大、中口径管道）和无缝钢管（用于中、小口径管道）。
钢管特点：耐高压，耐振动，重量较轻，管材及管配件易加工；但刚度小，易变形，承受外荷载的稳定性差，易腐蚀；价格较高。
用途：一般作为大、中口径，高压力的输水管道，特别适用于地形复杂的地区。 ⑵ 铸铁管：灰口铸铁管和球墨铸铁管。
灰口铸铁管：耐腐蚀性较钢管强，但质地较脆，抗冲击和抗震能力较差，已逐步淘汰。 球墨铸铁管：耐腐蚀性较钢管强，重量比灰口铸铁管轻，抗冲击和抗震能力比灰口铸铁管强，价格低于钢管但高于灰口铸铁管。
球墨铸铁管用途：一般适用于中、小口径管道。我国目前生产的最大直径为1400mm。 2 混凝土管材：自应力钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土和预应力钢筒混凝土管。 自应力钢筋混凝土管：一般仅用于农村及中、小城镇给水，口径较小。
预应力钢筋混凝土管：特点是价格低，耐腐蚀性能优于钢管，抗震能力比灰口铸铁管强，管壁较光滑，但重量大，运输与安装不便。用于大、中口径管道。
预应力钢筒混凝土管：是在管芯中间夹一层厚约1.5mm左右薄壁钢管，然后在环向绕
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一层或二层预应力钢丝。它兼具钢管和预应力钢筋混凝土管某些优点，如水密性优于钢筋混凝土管，耐腐蚀性优于钢管，但重量较大，运输、安装不便。在大口径管道中颇有发展。
3 塑料管：UPVC、PE、PP、ABS、GRP、RMP等。 共同优点：表面光滑，重量较轻，耐腐蚀性能优良。 4 金、塑复合管材：利用金属的高强度和塑料的耐腐蚀性能。 复合管材基本上是小口径管道，大多用于室内给水管道。 3.5.2 排水管渠材料 对排水管渠的要求是：
⑴ 应有足够的强度以承受外荷载及内部水压（对压力管而言）； ⑵ 应具有抵抗污水中固体杂质的冲刷和磨损的性能； ⑶ 应具有抗腐蚀性能； ⑷ 内壁光滑，不透水； ⑸ 尽量就地取材。 1 排水管道
⑴ 混凝土管和钢筋混凝土管
混凝土管：一般用于管道埋深不大、管径较小的无压自流管，管径一般小于450mm，长1m。
钢筋混凝土管：用于管道埋深较大或土质不良地段的自流管或作为泵站压力管及倒虹管等。
混凝土管和钢筋混凝土管主要优点是价格低，便于就地取材、制造方便。主要缺点是抵抗酸、碱侵蚀及抗渗能力差，重量大。
⑵ 陶土管
普通陶土管一般用于居住区室外排水管。耐酸陶土管适用于排除酸性废水。陶土管均是小直径排水管，管长也较小，施工不方便。
⑶ 金属管：铸铁管和钢管
金属管主要用于承受高内压、高外压、对渗漏要求高的地方。价格高、易腐蚀。 ⑷ 塑料管
性能优良，价格高。 2 大型排水管渠
当管道直径大于1500mm，常在现场建造大型渠道。
24
第4章 水质工程
4.1 水质、水质指标和水质标准 4.1.1 水质和水质指标
水质：就是水及其所含杂质共同表现出来的物理的、化学的和生物学的综合特性。 水中杂质，按来源不同分：无机物、有机物和微生物。
按杂质尺寸分：悬浮物、胶体和溶解物质。 水质指标：按其性质分物理的、化学的和生物的三类。
水的物理水质指标：温度、色度、浑浊度、嗅味、电导率、总固体、溶解性固体等。 水的化学水质指标：主要有pH值、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量、溶
解氧、各种有机物、化学需氧量、生化需氧量、总有机炭等。
水的生物学指标：主要有细菌总数、总大肠菌群等。 4.1.2 水质标准 1 生活饮用水卫生标准 2 工业用水的水质标准 3 地面水环境质量标准 4 污（废）水排放标准
4.2 水的物理、化学及物理化学处理方法
1格栅和筛网 格栅：拦阻大块物体。 筛网：拦截细小的悬浮物。
在河水取水工程中：格栅和筛网设于取水口，拦截河水中大块漂浮物和杂草。
在污水处理厂：设于最前部的污水处理泵之前，拦截大块漂浮物及较小物体，以保护水泵
及管道不受堵塞。
2 混凝和絮凝
混凝：向水中投加混凝剂，混凝剂能在水中生成与胶体颗粒表面电荷相反的荷电物质，从
而能中和胶体带的电荷，减小颗粒间的排斥力，从而促使胶体及悬浮物聚结成易于下沉的大的絮凝体。
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絮凝：将具有链状构造的高分子物质投入水中，高分子物质的链状分子能吸附于胶体和悬
浮物颗粒表面，将两个以上的颗粒连接起来，构成一个更大的颗粒，当生成的絮体颗粒足够大时，便易于沉淀下来被从水除去。
3 沉淀
4 气浮
气浮法：向水中通入空气，利用空气产生的微小气泡去除水中细小的悬浮物，使其随气泡
一起上浮到水面而加以分离去除的一种水处理方法。
接触角：气液界面与固液界面构成的θ角。 亲水物质：θ＜900，难被气泡吸附。 疏水物质：θ＞900，易被气泡吸附。
5 粒状材料过滤
过滤：用细颗粒材料（如石英砂）构成滤层，当水通过滤层时，水中的悬浮物能被截留在
滤层的滤料表面和缝隙中，从而使水得到澄清。
过滤：水由上向下经过滤层过滤。
反冲洗：水自下而上流经滤层，当水的流速足够大时，滤层中滤料开始悬浮于上升水流中，
滤料相互碰撞摩擦，同时在水流剪切力作用下，使滤料表面的积泥脱落下来，随上升水流排出，从而使滤层得到清洗，恢复过滤功能。 6 氧化还原和消毒
氧化还原法：对水中的有毒物质进行氧化或还原，使这些物质经过氧化或还原后转化为无
毒或无害的存在形态，或使之转化为容易从水中分离去除的形态。
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消毒：杀灭病原微生物。 常用消毒剂：氯、臭氧等。
7 曝气和吹脱
水的曝气：使水与空气充分接触，使空气中的组分（如氧）转移到水中或使水中的溶解性
气体散发到空气中。
吹脱过程：把空气通入水中使之与废水接触，溶解于水中的气体便从水中转移到空气中。
8 中和
酸性废水：pH值小于7，较强的腐蚀性，会引起管道的腐蚀，毁坏农作物，危害渔业生产，
破坏生物处理系统正常运行。
碱性废水：pH值大于7，造成设备结垢。
9 化学沉淀
化学沉淀法：向水中投加化学药剂，使之与水中某种物质发生化学反应，形成难溶的固体沉淀物，然后进行固液分离，除去该种物质。
10 电解
电解：电解质溶液在电流的作用下发生电化学反应的过程。
电解法：利用电解的原理处理水中有毒物质的方法。对水进行电解，水中的有毒物质在阳
极或阴极进行氧化还原反应，结果产生新物质，这些新物质在电解过程中或沉积于电极表面，或沉淀在槽中，或生成气体从水中逸出，从而降低废水中有毒物质浓度。
用途：常用于除去废水中的铬、铜、镉、硫、氰以及有机磷等。
11 吸附
吸附：一种物质（吸附质）附着在另一种物质（吸附剂）表面上的过程。
吸附法：使水（或废水）与固体吸附剂相接触，并使污染物吸附于吸附剂上，然后再将水
（或废水）与吸附剂相分离，最终使污染物从水中分离出去。 12 离子交换
离子交换剂：不溶于水的固体颗粒状物质，能够从电解质溶液中吸收某种阳离子或阴离子，
而把本身所含有的另一种相同电荷的离子等当量的释放到溶液中去，即与溶液中的离子进行等量的离子交换。
离子交换剂按交换离子种类分：阳离子交换剂、阴离子交换剂。 阳离子交换过程：
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阴离子交换过程：
离子交换剂再生：
用途：在工业废水中可用于去除或回收各种重金属，以及放射性废水的处理。
13 电渗析
电渗析：在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对水溶液中阴、阳离子的选择透过性
质（即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。
离子交换膜：一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜。
阳膜：在高分子键上连接酸性活性基团（如—SO3H）的膜。在水溶液中，阳膜上留下带负电
荷的基团，构成强烈的负电场，在外加直流电流作用下，吸引溶液中带正电荷的阳离子，带负电荷的阴离子受到排斥。
阴膜：在高分子键上连接碱性活性基团（如—N(CH3)2OH）的膜。
去除过程：在两电极之间放置一系列交替排列的阴、阳膜，并用特殊隔板将这两种膜隔开
形成许多隔室，组成浓淡的两个系统。进入各水室的水经电渗析作用后，完成了离子的分离过程，淡水室引出离子浓度低的处理水，浓水室引出浓缩液。 14 反渗透和纳滤
渗透：纯水和溶液都处于同一压力下，则水将透过膜从纯水一侧流入溶液的另一侧，这种
现象称为渗透。
渗透压：当达到平衡时，溶液一侧的水压力。
反渗透：在溶液一侧外加的压力若超过溶液的渗透压，就会产生一种相反的现象，使渗透
改变方向，溶液一侧的水将透过膜而流向纯水一侧，这种现象称为反渗透。
用途：反渗透可用于海水和苦咸水淡化；在工业废水处理中可用于有用物质的浓缩回收。 反渗透膜特点：孔径极小，只允许水分子通过，能将水中99％以上的无机物及几乎全部有
机物截留。
纳米膜：孔径稍大于反渗透膜，即孔径为纳米级，除盐率低于反渗透膜，但所需压力大大
降低。能比较有效去除水中有机物。 15 超滤和微滤
超滤膜：膜的孔隙尺寸增大到10－200μm。只能截留水中的大分子有机物、胶体颗粒，以
及病毒、细菌等。
微滤膜：膜的孔径增大到0.2μm以上。主要能去除颗粒尺寸比膜孔更大的粘土、悬浮物、
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藻类、原生生物等。
4.3 水的生物处理方法
水的生物处理：利用微生物具有氧化分解有机物的这一功能，采取一定的人工措施，创造
有利于微生物生长、繁殖的环境，使其大量增殖以提高氧化分解有机物效率的一种污水处理方法。
好氧生物处理：指在有氧条件下进行生物处理，污染物最终被氧化分解为CO2和H2O。 厌氧生物处理：在无氧的环境下，污染物最终被分解为CH4、CO2、H2S、N2、H2和H2O以及有
机酸和醇等。
生物法特点：高效、经济。 4.3.1 水的好氧生物处理方法
1 活性污泥法
活性污泥：是一种絮状的泥粒，主要是由大量繁殖的微生物群体构成，还含有一些分解中
的有机物和无机物。即由具有活性的微生物、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能被微生物降解有机物和无机物组成。
活性污泥特点：具有很大的表面积，具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力。 活性污泥法基本流程：
曝气池：通入空气，一方面使污水和活性污泥充分混合，主要是保证混合液中有足够的溶
解氧，使污水中的有机物被活性污泥中的好氧微生物分解。
二沉池：泥水分离，部分活性污泥回流到曝气池。
活性污泥法净化污水过程：主要经历吸附、氧化和絮凝沉淀三个阶段。 氧化阶段是在有氧条件下发生在生物体内的一种生物化学代谢过程。 微生物代谢过程为：
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传统活性污泥法：曝气池采用推流式，即池型为长方廊道形，污水由廊道始断流入，由廊
道末端流出。空气沿廊道均匀送入。特点：曝气池前段有机物浓度高，后段有机物浓度低，而采用的是沿水流均匀曝气供氧，造成前段供氧不足，后段供氧有余。
渐减曝气法：使曝气量沿水流递减，使供氧量与活性污泥的需氧量相适应，能提高氧的利
用率。
阶段曝气法：保持曝气量沿池长方向均匀分配，而使污水沿池长方向分段流入使有机物沿
池长方向均匀分配，活性污泥可以始终处于营养比较均一的条件下分解有机物。
延时曝气法：对曝气池内的污泥进行长时间曝气，使其长期处于营养不足状态，促使微生
物自身分解，使剩于污泥量大大减少。但基建和动力费用较高。
AB法：将活性污泥工艺分为两个阶段处理，A段为高负荷阶段，B段为低负荷氧化再生阶段，
两段各生长着与本段适应的微生物群体。
序批间歇式活性污泥法（SBR）：处理过程都是在一个池内进行，其操作由进水、反应、沉
淀、出水和待机等五个部分组成，在时间上进行各种目的不同的操作。
完全混合曝气法：由曝气区、导流区、沉淀区和回流区组成。
2 生物膜法
生物膜法：是使微生物在滤料或某些载体上生长繁殖，形成膜状生物性污泥—生物膜，在
水接触时，生物膜上的微生物摄取水中的有机物作为营养物质，从而使水得到净化。
处理过程：空气中的氧溶解于流动水层中，通过附着水层进入生物膜供微生物呼吸；水中
的有机物，由流动水层经附着水层进入生物膜，通过微生物的代谢而被氧化分解，使流动水层在其不断流动过程中得到净化；微生物代谢产生的气体从水中逸出进入空气；其它代谢产物则通过附着水层进入流动水层并随其排出。有机物降解主要是在好氧层内进行，厚度约2mm。
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3 氧化塘 氧化塘去除污染物：
⑴ 塘内的水稀释降低污染物浓度； ⑵ 悬浮物在塘内沉积使污染物浓度降低；
⑶ 污水中溶解和胶体状有机物在塘内大量繁殖的菌类、水生动物、藻类和水生植物的
作用下逐渐分解，并被微生物等吸收。
特点：造价低廉，节省能源、管理方便，能有效去除多种污染物，比较适合小规模的污水
处理。
4.3.2 水的厌氧生物处理方法
厌氧生物处理法（厌氧消化），可用于处理有机废水和污泥。
厌氧微生物去除有机物分两阶段：酸性消化（酸性发酵）和碱性消化（甲烷发酵）。 酸性消化阶段：又称产酸阶段，起作用的是产酸菌。首先产酸菌中的发酵细菌将各种复杂
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有机物—碳水化合物、蛋白质、脂肪等分布分解成单糖、肽和氨基酸、丙三醇和脂肪酸等，并通过发酵将水解产物转化为H2、CO2、NH3和挥发性有机酸、乙醇等；然后，产氢产乙酸菌再将丙酸、丁酸、乙醇等转化成H2、CO2和乙酸。
碱性消化阶段：亦称产甲烷阶段。是在产甲烷菌的作用下，把酸性消化阶段的代谢产物进
一步分解成CH4、CO2以及少量的NH3、H2S等。
厌氧细菌分：低温菌、中温菌和高温菌。
厌氧生物处理分三种：常温、中温和高温。中温菌特别是产甲烷菌，种类多、活性高又容
易驯化，所以厌氧处理工艺多采用中温消化。高温消化有利于高温工业废水的处理，同时对病菌灭活和纤维素的分解也有利。
厌氧生物处理特点：能耗低，产生的污泥量少，设备价格便宜；但出水水质差，启动周期
长，操作也较复杂。
4.4 水及污、废水的处理工艺 1 城市自来水厂水处理示意图
2 地下水除铁工艺
3 锅炉用水处理工艺
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4 污泥处理工艺
5 含氰废水处理
4.5 水及污、废水处理技术的新发展 1 水处理药剂研制。
2 高级氧化技术：光催化氧化技术、二氧化钛等强氧化剂氧化。 3 膜技术。 4 生物技术。 5 水质检测技术。
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第5章 建筑给水排水工程
5.1 概述
5.2 建筑给水系统工程
5.2.1 建筑给水系统的分类与组成
建筑给水系统根据用途分三类：
1 生活给水系统：主要供给人们日常生活用水的系统，其水质必须符合国家规定的饮用水水质标准。又可分为饮用水给水系统和杂用水给水系统。
2 消防给水系统：主要供给各类消防设备用水，水质要求不严格，但要求保证足够的水量和水压。
3 生产给水系统：主要供给生产设备所需的用水，其水质、水量和水压要求视生产工艺的类别和设备而定。
以上三类系统可以独立设置，也可以按条件和需要组合设置。
5.3.3 给水方式与管网布置
建筑给水方式设置的基本原则： ⑴ 保证供水安全可靠、管理维修方便；
⑵ 在满足用户用水要求的前提下，应力求给水系统简单、造价最省； ⑶ 应充分利用城市管网直接供水。
建筑给水方式主要取决于城市给水系统的供水情况，以及建筑物本身的高度、卫生设备及消防设备的设置情况等。给水方式有：
1 直接给水方式：将建筑物内的给水系统直接与城市给水系统相连，不另外附设加压或储水设备。
特点：系统简单、维修方便、投资少，但建筑物内的供水完全受城市给水系统的控制。 2 设有水箱的供水方式：在直接给水方式的基础上，在建筑物内设有高位水箱。 特点：供水安全可靠性较好，缺点是高位水箱多设于屋顶，增加了建筑物荷载，也给建筑物的立面处理带来困难。
3 设水泵的给水方式：设水泵直接于城市给水系统相连，在水压不足时启用。 4 设水泵、贮水池、高位水箱联合供水方式：当城市给水系统水压经常不足，又不允
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许水泵直接取水时采用。
5 设气压给水装置的供水方式：气压给水装置是利用密闭压力水罐内空气的可压缩性贮存、调节和压送给水的供水装置，其作用相当于高位水箱。
特点：优点是可以设置在建筑物的任何高度上，安装方便，且易实现自动控制，但给水压力变动较大，运行费较高。
按水平干管的设置位置分为：下行上给式、上行下给式、环状供给式。各种方式优缺点如下表：
5.2.3 建筑给水系统的水质保证
保证建筑给水系统中水质安全的措施有：
1 城市给水系统的供水水质必须满足卫生标准要求。要注意监测和控制引入管的水质。 2 建筑给水系统中管网的布置与贮水设备应注意避免污染。
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3 加强管理，保证水质。 4 注意材料选择，以免污染水质。 5.2.4 建筑内部热水供给系统
建筑内部热水供给系统，主要由两大循环系统组成：
一是热媒系统（第一循环系统）：由热源、水加热器、凝结水箱、凝结水泵和热媒管网组成。锅炉生产的蒸气通过热媒管网送至水加热器加热冷水，通过水加热器的蒸气变成冷凝水流入冷凝水箱，冷凝水再通过水泵泵入锅炉循环使用。
二是供水系统（第二循环系统）：由热水供水管网和回水管网组成。 5.3 建筑排水系统工程
5.3.1 建筑排水系统的分类和组成
建筑排水系统按排除污、废水的类别分为：
1 生活排水系统：主要排除人们日常生活方面的污、废水。 2 工业废水排水系统：主要排除生产工艺过程的污、废水。
3 建筑雨水排水系统：主要收集和排除建筑屋顶及其周围的雨、雪水系统。 建筑排水系统要求：迅速将污、废水排除建筑物外，排水管道系统中的气压应稳定，有毒有害气体不能进入室内，管线简短顺直。
建筑排水系统组成：卫生器具和生产设备的受水器、排水管道系统、清通装置和通气管等。
排水管道系统类型：
1 单立管排水系统：不单独设通气立管。
2 双立管排水系统：排水和通气分别单独设置管道系统，通常用于污、废水合排的多层或高层建筑中。
3 三立管排水系统：由一根排污水的立管、一根排废水的立管和一根通气管组成的管道排水系统。
5.3.2 建筑排水管道的布置与敷设
1 布置与敷设原则 ⑴ 排水畅通；
⑵ 安全可靠，不影响室内卫生与美观；
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⑶ 管线短，造价低； ⑷ 安装维护方便。 2 排水立管的布置 布置原则：
⑴ 尽量靠近排水量大、杂物多的排水点，如厕所的大便器等； ⑵ 尽量远离卧室、靠近外墙布置，以减少出户以后埋地管的长度； ⑶ 应在适当位置，如底层与顶层，设置开、封方便的检查井。
3 通气系统的布置：凡生活污水和含有毒有害气体的生产污水管必须设置伸出屋面一定高度的通气管，通气管与排水管及卫生器具的连接方式应满足规范要求，以及通气系统不能接纳任何污废水，也不能与室内通风管或烟道相通。 5.3.3 建筑雨水排水系统
建筑雨水排水系统按雨水管道设置位置分外排水和内排水系统。一般尽量采用外排水系统。
1 外排水系统：屋顶不设雨水斗，建筑物内部不设雨水排水管道的系统。按屋面设不设天沟，外排水系统又分不设天沟的普通外排水系统和天沟外排水系统。
2 建筑内排水系统：在屋面设雨水斗，建筑内部有雨水排水管道的系统。 5.4 建筑消防系统工程
建筑消防系统按使用灭火剂的种类和灭火方式分为：消火栓给水消防系统、自动喷水灭火系统和非水灭火剂的固定灭火系统。
水作为灭火剂原因：水作为不燃液体与燃烧物接触时会产生大量水蒸气，⑴ 摄入大量热能，降低温度；⑵ 使燃烧物周围的空气稀薄，减少空气中氧气浓度，减弱火势；⑶ 水枪喷射的水具有动能和冲击力，可减弱燃烧强度。
1 消火栓给水系统：将建筑给水系统中的水量用于建筑物的灭火系统。 一般由水枪、水带、消火栓、消防管道、消防水池（箱）、水泵结合器等组成。 2 自动喷水灭火系统：在建筑物发生火灾时能自动打开喷头喷水灭火并同时发生火警信号的灭火系统。
它由水源、加压贮水设备、喷头、管网、报警装置等组成。
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5.5 居住小区给水排水系统工程 5.5.1 居住小区概念
居住小区通常是指城镇居民住宅建筑区。居民居住区分为三级：
1 居住组团：这是最基本的居住区单元，一般占地在10×104㎡以下，住户介于300～800户之间，人口在1000～3000人范围内。
2 居住小区：由若干居住组团构成，占地在10×104～20×104㎡之间，住户2000～3000户，人口7000～13000人之间。
3 居住区：由若干居住小区组成。 5.5.2 居住小区给水系统工程
1 居住小区的给水一般以城市给水系统作为水源。 2 居住小区直饮水给水系统
反渗透直饮水系统：出水水质较纯，其纯度视反渗透膜的性能而定。缺点是在去除
有害物质的同时，也去除了某些对人体有益的微量元素。
超滤直饮水系统：优点是在去除有害物质与致病菌的同时，保留了一些对人体有益
的微量元素，但同时也可能保留了某些有害有机物。
3 居住小区中水系统
中水的水质介于给水和排水水质之间。
居住小区的中水系统是：将居住小区居民使用后的各种生活废水和雨水经处理后，回
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用于小区内的绿化用水或小区建筑物内的厕所冲洗等。
优质杂排水指不包括厕所冲洗水和厨房排水的生活废水。 杂排水只是指不包括厕所冲洗水的生活废水。
4 居住小区水景工程 5.5.3 居住小区排水系统工程
居住小区的排水系统主要是指居住小区的生活污水、生活废水及雨（雪）水的排水系统。
系统布置原则：管线短、埋深小、尽量自流排出。通常沿道路或平行于建筑物敷设。 居住小区的雨（雪）水排水系统可以直接排入城市雨水系统或就近排至附件水体。 生活废水直接从小区排水系统排入城市排水系统。
生活污水排入城市排水管网应满足相应的排放规定，不符合则需在小区设污水处理装置。
5.6 高层建筑给水排水系统的特点
1 给水系统特点：给水系统在竖向上应分区布置。 并联供水特点： 串联供水特点：
2 排水系统特点：按需要增设通气管；底层横管独立排出建筑物，以免下层横支管连接的卫生器具出现正压而喷溅；在立管与横管的连接处设气水混和器或旋流接头、在立管底部转弯处设气水分离器或角笛弯头等。
3 消防系统的特点：安全性要求高，即应设消火栓消防系统，又应设自动喷水灭火系统，两系统的管网应分开单设，且必须环状设置；消防给水方式一般分区设置。
4 热水供应系统特点：
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第6章 水工艺设备及水工艺过程检测和控制
6.1 水工艺设备概述 6.2 水工艺设备分类
水工艺设备分通用设备、专用设备和一体化设备三大类。
通用设备：是指水工艺与工程以外其他行业也应用的设备，均是标准化、系列化设备。 专用设备：是指承担水工艺与工程中某一特定任务的设备。
一体化设备：是指完成整个水工艺过程的设备。它往往是工艺技术、通用设备、专业设备、控制设备、仪器、仪表、器材等的高度集成。
6.3 水工艺专用设备 6.3.1 物化处理设备
物化处理设备：通过物理、化学、或物理化学作用去除水中某一特定物质或承担整个水处理工艺中某一特定任务的设备。
1 拦污机械设备：格栅 2 排泥、排砂设备
刮泥机—将沉淀池中的污泥刮到一个集中部位而后排出，多用于污水处理厂的初沉池。
吸泥机—将沉淀于池底的污泥吸出的机械设备，一般用于自来水厂沉淀池和污水处
理厂二沉池。
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除砂设备用于沉砂池，集砂方式有两种：刮砂型和吸砂型。 3 撇油、撇渣设备
撇油、撇渣设备一般用于气浮池或沉淀池中的浮渣、油污、泡沫等物质的去除。它是利用刮板将漂浮在水面的污泥和油污等物质刮至排渣（油）槽内，达到撇油、撇渣的目的。
4 污泥浓缩脱水设备
污泥浓缩设备是通过对污泥缓慢搅拌，促使夹在污泥中的水和空气外逸，达到浓缩污泥的目的。
污泥脱水的原理：以过滤介质两面的压力差作为推动力，使污泥中水分被强制通过过滤介质，形成滤液；而固体颗粒被截留在介质上，形成滤饼，从而达到脱水的目的。
5 搅拌设备：主要用于药剂溶解和药剂混和。 6 气浮设备
气浮设备是向水中加入压缩空气，使空气以高度分散的微小气泡作为载体将水中的悬浮颗粒浮于水面，从而实现固—液分离的水处理设备。
按产生气泡方式不同分：微孔布气气浮设备、压力溶气气浮设备和电解凝聚气浮设备等。
布气气浮设备—利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成微细气泡，从而进行气浮处理的设备。
电解气浮设备—用不溶性阳极和阴极直接电解废水，电解产生的氢和氧的微小气泡将已絮凝的悬浮物浮于水面，达到分离的目的。
压力溶气气浮设备—
7 投药设备：可分为湿投装置和干投装置。 8 消毒设备 9 过滤设备
是用压力或重力将水通过具有一定孔隙的粒状滤料层，依靠机械筛滤、接触絮凝作用，分离水中悬浮物的水处理设备。
10 离子交换设备 11 膜处理设备
膜处理是指在某种推动力作用下，利用透过膜的选择透过性，达到分离水中离子或分子以及某些微粒的目的。
有电渗析、反渗透、超滤、微滤装置。 6.3.2 生化处理设备
生化处理设备：通过生物氧化作用去除水中某一特定物质或承担整个水处理工艺中某
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一特定任务的设备。
1 曝气设备
作用是向活性污泥反应器提供足够的溶解氧并使活性污泥与污水充分混合、接触。 ⑴ 鼓风曝气
鼓风曝气是将带有一定压力的气体通过曝气扩散器，将空气以微小气泡的形式扩散至曝气池中，使气泡中的氧转移到混和液中。与此同时，气泡在混和液中的强烈扩散、搅动，使泥水充分混和。
曝气扩散器主要分为微孔曝气器、中粗气泡曝气器、动态曝气器和旋混曝气器等。 ⑵ 机械曝气
机械曝气是利用安装在水面的叶轮高速旋转，强烈地搅动水面，造成水与空气接触表面不断更新，使空气中的氧转移到水中去。此外，机械曝气还有提升水流的作用。这种曝气器又称表面曝气器。
2 生物转盘
生物转盘是利用盘片表面的生物膜，将被吸附的有机物氧化分解，达到处理有机废水的目的。
6.4 水工艺一体化设备 6.4.1 小型一体化净水设备
小型一体化净水设备是以地面水为水源，将混凝、沉淀、过滤三个净化单元合理地组合于同一设备内，再配以加药、消毒即可成为一个完整的小型净水设备。
原则：体积小，效率高。 工艺流程见图6—1：
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6.4.2 小型一体化污水处理设备
小型一体化污水处理设备多用于处理生活污水，主要有以下3种“ 1 压力式污水生物处理装置
此种设备将污水调节池、初沉池、接触氧化池、二沉池及好氧污泥消化池集中在一个设备中，配以消毒即成为一个完整的污水处理设备。工艺流程见下图：
2 间歇式生物处理装置
间歇式生物处理装置采用SBR工艺使进水、反应、沉淀、排水和空载排泥五个工序依次在一个SBR反应池中周期性进行，采用全自动操作。 工艺流程图为：
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特定；耐冲击负荷、运行可靠、运行费用低，能除磷脱氮。适用于处理生活污水和其他类似的有机废水。
3 地埋式污水生物处理装置
地埋式污水生物处理装置采用悬浮型生物填料作生物载体，生物量大，易挂膜、不易堵塞；污泥吸附池利用剩余污泥的活性吸附进水有机质，同时兼作污泥池和浓缩池。
特点：能除磷脱氮，剩余污泥量少，处理效率高，运行费用较低。 工艺流程：
6.5 水工艺过程检测和控制
6.5.1 水工艺过程检测方法、仪器和仪表
水工艺过程检测分3个部分：水质检测；水工艺参数检测；水工艺设备运行参数检测。 1 水质检测 ⑴ 水质检测项目 ⑵ 水质检测方法分类 ① 化学分析法
化学分析法是以化学反应为基础的水质检测方法。它是将水中被测物质与另一种已知成分、性质和含量的物质（称试剂）发生化学反应，从而产生具有特殊性质的新物质，由此确定水中被测物质的存在以及它的组成、性质和含量。
主要有滴定分析法和重量分析法。
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a 滴定分析法
又称容量分析法。它是将已知准确浓度的试剂溶液（称标准溶液或滴定剂）用具有计量刻度的滴定管滴入被测水样中。水样中同时加入合适的指示剂。当滴定剂与被测物质完全反应时，指示剂正好发生颜色变化，根据滴定剂用量和浓度可计算出被测物质的含量。
滴定法分成4类：酸碱滴定法、络和滴定法、沉淀滴定法、氧化还原滴定法。 b 重量分析法
是将水中被测物质与其他物质分离后，转化为一定的称量形式，然后用称重方法计算该物质在水样中的含量。
适用于常量分析，比较准确，相对误差为0.1％～0.2％左右。 气化法：利用被测物质本身的挥发性进行测定的方法。
沉淀法：利用被测物质以微溶化合物的形式沉淀出来，再将沉淀物质过滤、洗涤、烘
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干或灼烧，最后称重并计算出其含量。
电解法：利用电解原理，使金属离子在电极上析出，然后称重并求得其含量。 萃取法：利用一种溶剂将水中被测物质萃取出来，然后将有机溶剂蒸发干后称重并求出其含量。
② 仪器分析法
仪器分析法是采用成套的物理仪器，利用水样中被测物质的物理性质（如光、电、磁、热或声的性质）或物理化学性质，来测定水中物质成分及其含量。
a 光学分析法
它是利用被测物质的光学性质，亦即根据被测物质对电磁波的辐射、吸收、散射等性质，测定其成分和含量。
主要有：比色法、吸收光谱法、发射光谱法、火焰光度法、荧光分析法、原子吸收光谱法、比浊法等。
b 电化学分析法
是利用物质的电学性质和化学性质之间的关系来进行定量的分析方法。 主要包括：电位分析法、电导分析法、库仑分析法、极谱分析法等。 c 色谱分析法
又称层析分析法。有气相色谱法、液相色谱法、离子色谱法。 d 色谱联用法 ③ 细菌测定
a 细菌总数测定方法：将1mL待测水样与一定量营养琼脂培养基在培养器皿中混合均匀并经冷凝后，在37℃恒温下培养24h或48h，直接进行菌落计算，即得1mL水中的细菌总数。
b 大肠菌群测定方法 发酵法：
滤膜法：用真空吸滤机使水样通过0.45µm孔径的滤膜，然后将滤膜贴在远腾氏培养基上，在在37℃恒温下培养24h，即可直接计数滤膜上典型的大肠菌群菌落数。
2 水工艺参数检测技术、仪表和设备
水工艺参数检测主要包括：水力特性参数的检测；气体特性参数的检测；其它工艺参数检测。
水力特性参数主要有：流量、流速、水压、水位。 气体特性参数主要有：气体流量、气压。 3 水工艺设备运行参数检测技术、仪表和设备 a 设备运行温度检测—温度变送器
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b 电流、电压过载监测—电流、电压信号变送器 c 转速监测—转速信号变送器 6.5.2 水工艺系统的控制技术
水工艺过程的控制系统一般是由控制对象、检测单元、控制单元、执行单元几部分组成。分为2种方式：人工控制；自动控制。
1 人工控制
⑴ 各水工艺单元分别监测和控制
⑵ 水工艺过程集中监测管理与各工艺单元分散操作控制相结合 控制方式框图为：
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该控制方式通过计算机和数据采集系统对在线式检测仪表的参数进行采集处理，由计算机对工艺过程参数进行巡回检测，并对其进行处理分析记录以及参数越线报警等。计算机不直接参与过程控制，而是操作人员根据检测数据的计算机处理结果进行操作控制
2 自动控制
⑴ 直接数字控制系统
采用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，再将检测值与设定值进行比较，并按已定的控制模型进行计算，然后将调整指令输出到执行机构对被控制对象进行控制，使被控参数稳定在设定值的允许误差范围内。
⑵ 计算机监督控制系统
通过计算机监督系统不断检测被控制对象的参数，并根据给定的工艺参数、管理指令和控制模型计算出最优设定值，同时输出到模拟调节器或DDC计算机控制单元过程，从而使水工艺过程处于最优工作状况。
⑶ 分布式控制系统 ⑷ IPC+PLC控制系统 ⑸ 数据采集和监控系统 6.6 水工艺系统自动化控制的新发展
1 自动化控制系统的智能化发展：模糊控制、神经控制、自动控制的专家系统。 2 自动控制系统的网络化发展
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第7章 水工程施工与经济
7.1 概述
水工程施工：是研究有效地建造水工程构筑物、管道、设备的理论、方法和施工机具的应用性学科。主要包括三部分内容：水工程施工技术与常用设备安装；水工程施工组织与概（预）算；水工程项目建设管理。
水工程经济：是运用工程学和经济学的方法，在有限资源条件下，对土木工程多种可行方案进行评价和决策，最终确定满意方案的新型学科。其内容主要包括：工程经济学基础；水工程建设项目估算；水工程经济分析与评价等。 7.2 水工程构筑物的施工技术
1 土石方工程 主要内容包括： ⑴ 场地平整
⑵ 管道沟槽及建筑物、构筑物基坑的开挖 ⑶ 沟槽及基坑支撑 ⑷ 土石方爆破施工 2 基础处理及施工排水 3 钢筋混凝土工程
钢筋混凝土工程由钢筋工程、模板工程和混凝土工程组成。 ⑴ 钢筋工程：指将混凝土内部的钢筋加工、安装成型的过程。
⑵ 模板工程：指在钢筋混凝土结构中，为保证浇筑的混凝土按设计要求成型并承受其荷载的模型结构（模板）施工与安装过程。
⑶ 混凝土工程：包括混凝土的制备、浇筑、养护以及质量检测等。 7.3 室外管道施工
水工程管道施工包括给水管道系统和排水管渠系统的施工，下管、稳管、接口、质量检查与验收等程序。
1 室外排水管渠系统施工：施工中注意不要损坏管段，特别不要损坏管端。 2 管道的防腐、防震与保温施工。
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⑴ 防腐：主要分为覆盖式防腐处理和电化学防腐两类。
⑵ 防震：a 选择抗震能力强的管材；b 设置柔性接口；c 架空管道应架设在设防标准高于抗震设防烈度的构筑物、建筑物上，并应用防止管道坠落的措施；d 提高砌体、混凝土的整体性、抗震性等。
⑶ 保温：在管道的外表面设置隔热层。 3 管道的特殊施工
⑴ 当水工程管道通过障碍物时，其施工方法应视具体条件与要求，采用一些特殊方法。 ⑵ 管道系统施工完成后要进行质量检查。
a 对于压力流管道，一般采用水压实验法检查接口的严密性。
b 对于生活饮用水管道，管内消毒处理完毕后，应进行管内水质检查。 7.4 水工程室内管道及设备安装施工 7.4.1 室内给水排水管道系统施工
1 管道的加工与连接
⑴ 建筑物内部常用的钢管连接方法有焊接、螺纹连接、法兰连接。
⑵ 室内采用的铸铁管：排水承插铸铁管采用承插连接，排水平口铸铁管采用不锈钢带套接。
⑶ 建筑给水排水用铜管主要是拉制薄壁紫铜管，常用的连接方式有氧气－乙炔气铜焊焊接、承插口钎焊连接、法兰连接、管件螺纹连接等。
⑷ 室内给水排水用塑料管：主要有热熔或热风焊接连接、法兰连接、粘接连接、管件丝接等。连接时应注意不同管材的热膨胀量的影响。
⑸ 复合管连接：主要有卡箍连接、管件丝接、法兰连接、管件锁母压紧连接等。 2 室内给水管道系统施工
⑴ 首先为引入管的敷设：应特别注意其位置及埋深满足设计要求；穿越地下室或地下构筑物外墙时，应设刚性防水套管或柔性防水套管。
⑵ 室内给水管道的敷设：分明装和暗装两种方式。
⑶ 消防设施安装：室内消火栓一般采用丝扣连接在消防管道上，并将消火栓装入消防箱内，安装时栓口应朝外。室外消火栓分地上式和地下室安装，其连接方式一般为承插连接或法兰连接。消防给水管上的阀门应用明显的启闭显示。
3 室内排水管道系统施工
施工顺序:先做地下管线，即先安装排出管，然后安装立管和支管或悬吊管，最后安装卫生器具。
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安装完毕后必须进行质量检查。 7.4.2 室内管道系统附件及卫生器具安装
1阀门
阀门的连接方式一般可分为法兰连接、螺纹连接和对夹连接。对闸阀、蝶阀、旋塞阀、球阀等，阀门安装时不考虑安装方向；而对截止阀、止回阀、吸水底阀、减压阀、疏水阀等阀门，安装时必须使水流方向与阀门标注方向一致。
2仪表
常用的仪表包括水表、压力表、温度计等。水表的连接方式有螺纹连接、法兰连接。安装水表时应注意水表上箭头所示方向与水流方向相同，并配以合适的阀门；应保证水表前后有一定长度的直管段；压力表安装在便于吹洗和便于观察的地方，并应防止压力表受辐射热、冰冻和振动。温度计安装在检修、观察方便和不受机械损坏的位置。
3 卫生器具
卫生器具的安装一般应在室内装饰工程施工之后进行。安装前应检查给水管和排水管的留口位置、留口型式；检查其它预埋件的位置、尺寸及数量是否符合要求。卫生器具固定及连接完成后应进行试水，并采取保护措施。 7.4.3 设备及自控系统安装
水工程采用的设备根据各自的用途大致可分为加压、搅拌、投药、消毒、换热、过滤、曝气等设备。
1 水泵安装
离心式水泵安装流程：水泵基础施工、安装前准备、水泵安装、动力机安装、试运转。 水泵安装完毕后，应进行进、出口管道及附属设备安装。
在水泵机组安装完毕后，机组应在设计负荷下连续试运转不少于2h。 2 其它设备安装 ⑴ 通风机安装。 ⑵ 空气压缩机安装。 3 自动控制系统安装 ⑴ 仪表安装。
⑵ 自动控制设备安装前，应将各元件可能带有的静电用接地金属线放电。
⑶ 控制电缆铺设前应按设计要求选用电缆的规格、型号，必要时应进行控制电缆质量检验，以防输送信号减弱或外界干扰。
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⑷ 自动控制系统安装完毕后应进行调试，调试前应对所有前阶段的工作进行检查，完毕后进行模拟测试。 7.5 水工程施工组织 7.5.1 施工组织与计划
1 施工组织管理的内容：按照工程施工程序，施工组织的内容主要包括落实施工任务、进行施工准备、按计划组织施工、竣工验收及交付使用等。
2 施工组织设计
其主要任务是：规定最合理的施工程序，正确制定工程进度计划，确定合理的施工方法和技术组织措施，做到均衡施工，合理布置施工现场，拟定保证工程质量、降低成本、确保施工安全和防火的各项措施等。
其主要内容包括：工程概况和特点分析，施工方案选择，施工进度计划编制，各种资源需要量计划编制，施工（总）平面图编制等。 7.5.2 工程项目建设管理
工程项目建设管理包括施工企业生产经营管理、工程招标投标、工程建设监理等内容。 1 基本建设程序
基本建设是指国民经济各部门的固定资产扩大再生产的建设。
基本建设程序是指再工程项目建设全过程中，各项工作必须遵循的先后顺序，见图7－1。（课本p168）
2 施工企业生产经营管理
企业的生产经营管理包括生产过程管理和流通过程管理。起关键性作用的是生产目标管理和生产要素管理。
⑴ 生产目标管理，包括计划管理、质量管理和成本管理。
⑵ 生产要素管理，包括技术、材料、施工机械设备、劳动和资金的管理。 3 工程招标、投标与施工合同
工程招标、投标是指对工程施工任务，按照规定的程序，由发包单位邀请各承包单位，在平等条件下参与竞争，以取得工程施工任务的全过程。
工程招标的一般程序见图7-2，工程施工投标的一般程序见图7-3。
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4 工程建设监理
工程建设监理是指监理单位受项目法人的委托，依据国家批准的工程项目建设文件、有关工程建设的法律、法规和工程建设监理合同及其他工程建设合同，对工程建设施工的全过程监督管理。
其主要内容是控制工程建设的投资、建设工期和工程质量，并进行工程建设合同管理及协调有关单位之间的工作关系。
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7.6 水工程经济 7.6.1 水工程经济内涵
水工程经济是用工程经济学的观点，研究水工程项目的经济性并进行经济评价。包括企业财务评价和国民经济评价，即所谓微观评价和宏观评价。
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7.6.2 投资方案评价
1 资金的时间价值
资金的时间价值又称为资金报酬原理。通常指资金在生产和流通的过程中，随着时间的推移能产生增值，其增值部分称为资金的时间价值。
动态评价—考虑了资金的时间价值 静态评价—不考虑资金的时间价值 2 投资方案评价的主要判据
判断方案经济可行性的判据常见的有：静态投资回收期、净现值、内部收益率和动态投资回收期。
⑴ 静态投资回收期
所谓静态投资回收期（Pt）是指投资方案所产生的净现金收入补偿全部投资需要的时间长度（通常以年为单位表示），是反映项目投资回收能力的重要指标。
静态投资回收期（Pt）≤基准投资回收期（Pc）时——投资方案的经济性较好 静态投资回收期（Pt）＞基准投资回收期（Pc）时——投资方案的经济性不好 ⑵ 净现值（NPV）
净现值的经济含义是指任何投资方案（或项目）在整个寿命期（或计算期）内，把不同时间上发生的净现金流量，通过某个规定的利率ⅰ，统一折算为现值，然后求其代数和。这样就可以用一个单一的数字来反映工程技术方案（或项目）的经济性。
NPV（ⅰc）≥0，方案经济性较好，财务上可考虑接受； NPV（ⅰc）＜0，方案经济性较差，财务上不可取。 ⑶ 内部收益率
内部收益率是一个被广泛采用的投资方案评价判据之一，它是指方案（或项目）在寿命期（或计算期）内使各年净现金流量的现值累计等于零时的利率。用IRR表示。
IRR≥ⅰc，方案经济性较好 IRR＜ⅰc，方案经济性较差 ⑷ 动态投资回收期
动态投资回收期是指在某一设定的基准收益率ⅰc的前提下，从投资活动起点算起，项目（或方案）各年净现金流量的累计净现值补偿全部投资所需的时间，用Pt′。
动态投资回收期≤基准投资回收期，项目的经济性较好。 3 投资方案的比较与选择 ⑴ 投资方案的分类
根据方案间的关系可分为四种类型：独立方案、互斥方案、从属方案和混合方案。
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独立方案：指方案间互不干扰，即一个方案的执行不影响另一些方案的执行，选择方案时可任意选择，直到资源得到充分利用为止。
互斥方案：就是在若干个方案中，选择其中任何一个方案，则其他方案就必然是被排斥的一组方案。
从属方案：指接受某个方案以接受另一个方案为前提，则前者为后者的从属方案。 混合方案：指以上三种方案的不同组合方案。 ⑵ 比较原则
应遵守：投资方案间必须具有可比性；动态分析与静态分析相结合，以动态分析为主；定量分析与定性分析相结合，以定量分析为主；宏观效益分析与微观效益分析相结合，以宏观效益分析为主等四个原则。
⑶ 比较方法
静态分析法：静态差额投资收益率法、静态差额投资回收期法、计算费用法。 动态分析法：净现值法、年值比较法、差额投资内部收益率法、效益费用法、最低价格法等。
7.6.3 工程项目财务分析
1 财务分析的目的和作用
财务分析是指在国家现行财税制度和价格体系的条件下，计算项目范围内的效益和费用，分析项目的盈利能力、清偿能力，以考察项目在财务上的可行性。
财务分析的作用：确定拟建项目所需的投资额，解决项目资金的可能渠道，安排恰当的用款计划和选择适宜的筹资方案；衡量项目投资后的财务盈利能力、清偿能力，权衡国家或地方对于水工程这类公用事业型非盈利项目或微利项目的财政补偿或实行减免税等经济优惠措施，或者其他弥补亏损，保障正常运营的措施。
2 财务分析的内容 ⑴ 基础资料分析； ⑵ 财务盈利能力分析； ⑶ 财务清偿能力分析； ⑷ 外汇平衡分析。 3 建设项目总投资
建设项目总投资是指拟建项目从筹建到竣工验收以及试车投产的全部费用，简称投资费用或投资总额，有时也简称“投资”，它包括建设投资（固定资产）和流动资金两部分。
建设项目总投资的构成如下图所示：
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4 资金筹措
水工程项目所需的资金总额由自有资金、赠款和借入资金（负债资金）三部分组成。 5 收入、成本和费用
收入、成本和费用关系图如图7-5所示（见课本P174）。 ⑴ 年销售收入
销售收入是指企业销售产品或者提供劳务等取得的收入，它是企业生产经营阶段的主要收入来源。
⑵ 销售税金及附加
销售税金及附加是指企业生产经营期内因销售产品而发生的消费税、营业税、资源税、土地增值税、城市维护建设税和教育费附加等。
⑶ 总成本费用与经营成本如图7-6所示：
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总成本费用＝可变成本＋固定成本
可变成本＝外购原材料、燃料、动力费＋利息支出＋其他费用 固定成本＝折旧费＋摊销费＋工资及福利费＋修理费 ⑷ 所得税及利润分配
销售利润＝销售收入－销售税金及附加－总成本费用
＝营业外净支出（－）＋其它投资净收益（＋）＋利润总额 利润总额＝所得税＋税后利润 税后利润分配顺序：
⑸ 折旧费及摊销费
折旧费是固定资产在使用寿命期内，以折旧的形式列入产品的总成本中，逐年摊还固定资产投资。
摊销费是指无形资产和递延资产等一次性投入费用的摊销。 ⑹ 流动资金
流动资金是指维持生产所占用的全部周转资金。流动资产、流动资金与流动负债的关系如图7-8所示。
6 盈利能力分析
主要是考察项目投资的盈利水平，财务盈利能力分析采用的评价指标如下：
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7 清偿能力分析
⑴ 作为资金的平衡，要求从筹建期的投资开始至各年的累计盈余呈大于或等于零。即：各年的累计盈余资金≥0。
⑵ 企业偿还债务能力的分析指标
分析指标包括资产负债率、流动比率、速动比率等。 ⑶ 借款偿还期
借款偿还期＝（借款偿还后开始出现盈余的年份数－开始借款年份）＋当年偿还借款额/当年可用于还款的资金额
8 外汇平衡分析 7.6.4 敏感度和风险分析
不确定性分析和风险分析的基本方法，包括盈亏平衡分析、敏感性分析、概率分析和风险决策分析等。
1风险因素：影响到项目的技术经济指标的因素。
2 盈亏平衡分析：是在一定的市场、生产能力的条件下，研究成本与收益的平衡关系的方法。
3 敏感性分析：判断因素对项目经济目标的影响程度。
4 概率分析：是通过研究各种不确定因素发生不同幅度变化的概率分布及其对方案经济效果的影响，对方案的净现金流量及经济效果指标作出某种概率描述，从而对方案的风险情况作出比较准确的判断。
5 风险决策分析：分为确定性决策分析、风险决策分析及不确定性决策分析。 7.6.5 工程项目国民经济评价 1 国民经济评价的意义
是宏观上合理配置国家有限资源、真实反映项目对国民经济净贡献和国家投资决策科
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学化的重要依据。
2 国民经济评价与财务评价的关系
共同之处：评价目的相同、评价基础相同、基本分析方法和主要指标的计算方法类同。 不同之处：评价的角度不同、费用与效益的含义和范围划分不同、费用与效益的计算价格不同、评价依据的主要参数和判据不同。 7.6.6 工程项目概预算
1 概算及预算的意义
认真做好建设项目概算及预算工作，对于合理确定与控制工程造价，保证工程质量，发挥工程效益，节约建设资金以及提高企业经营管理水平，具有十分重要的意义。
2 工程定额
定额是指在一定生产条件下，生产质量合格的单位产品所需要消耗的人工、材料、机械台班和资金的数量标准。
建筑工程定额是用于所有建筑工程的定额，包括基础定额、工程定额、费用定额、时间消耗定额等；一般分为：全国统一定额、专业专用定额、专业通用定额、地方统一定额等。
3 预算费用
⑴ 直接费：指直接用于建筑安装工程上的有关费用。
⑵ 间接费：指不是直接消耗于工程修建，而是为了保证工程施工正常进行所需要的费用。
⑶ 计划利润：指施工企业应获得的利润，用于企业扩大再生产等的需要。
⑷ 其他费用：包括施工图预算包干费、定额管理费、材料价差调整费、税金、还有特殊环境施工增加费、安装与生产同时进行的降效增加费等。
4 概算费用
概算是确定建设项目工程建设费用的文件。按照概算范围分为总概算、单项工程综合概算及单位工程概算。
⑴ 第一部分费用——工程费用
工程费用由建筑工程费、安装工程费、设备购置费、工器具购置费等组成，或由各个单项工程概算组成。
⑵ 第二部分费用——工程建设其它费用
包括建设场地准备费、建设单位管理费、研究试验费、生产职工培训费、办公和生活家具购置费、联合试运转费等。
⑶ 第三部分费用——预备费
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包括基本预备费、涨价预备费。基本预备费指难以预料的工程费用；涨价预备费指防止物价上涨造成建设费用不足而预备的费用。
5 工程概算、预算文件 ⑴ 投资估算书 ⑵ 设计概算书 ⑶ 施工图预算书 ⑷ 施工预算书 ⑸ 竣工结算书
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第8章 城市水工程学科与相关学科的关系
8.1 城市水工程学科体系的组成
城市水工程是研究水的开采、净化、供给、保护、利用和再生等有关水的各个环节的科学。
研究内容：以城市和工业及现代农业为主要对象，研究以水质为中心的水资源的开发利用，实现水的良性社会循环。核心问题是如何有效提高水质、水量，同时又保证水资源的可持续开采。
它的学科体系包括水工程学、水基础科学、水工业设备制造学、水社会学等。 8.1.1 水基础科学
水基础科学主要研究水质、水量运动的状态及其变化规律，内容包括：水体循环和运动的规律；水质及水中物质的转化、转移和分离。它涉及的学科主要有水文学、水文地质学、水化学、水微生物学、水力学等。
1 水体循环和运动规律
水的运动规律是指水在江、河、湖泊、地下及各种人工构筑物（如水库、闸坝、塘槽、管渠）中的流动规律，是水的宏观运动规律。
2 水质和水中物质的转化、转移和分离
水中物质的转化、转移和分离，实际上就是各种水处理方法的基本原理的概括。 转化是指水中某种物质经过物理、化学、物理化学或生物化学作用转化成另一种物质，通常是把有害物质转化为无害的物质，或把溶解性的物质转化为易于去除的固体不溶物。
转移是指水中某种溶解物由水溶液中转移到某固相表面，它一般是物理化学作用的结果。
分离是水处理的最终目的，将用水要求中不需要的物质从水中分离出去。 8.1.2 水工艺与工程学
它是以水质水量为主题的水处理工艺和工程技术的总称。它包括两个基本内容：水处理工艺和水工程技术。
1 水处理工艺
水处理工艺是以水质为中心的水处理技术的总称。包括以下技术内容：
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⑴ 物理水处理技术：以物理方法为主的水处理技术，主要有吹脱、气浮、蒸发、蒸馏、物理场（电磁、超声、微波）等。
⑵ 化学水处理技术：以化学和物理化学方法为主的水处理技术，主要有：沉淀、絮凝、过滤、化学氧化、催化氧化、光化学氧化、中和、吸附、离子交换、软化除盐、水质稳定和膜处理技术等。
⑶ 生物水处理技术：以生物方法为主的水处理技术，主要有：各种天然的和人工的好氧处理、厌氧处理技术以及水生生物处理技术等。
2 水工程技术
水工程技术是研究运用工程技术和有关学科的原理、工艺方法，在水的开采、加工、输送、利用、回收和再生回用以及排放的过程中保持良性社会循环，使其满足人和社会持续发展需求的工程学科。
主要内容包括：给水工程技术、污水工程技术、污水再生回用工程技术和建筑给水排水工程技术等。
8.1.3 城市水工程的学科体系的其他组成
1 水工艺设备制造学
水工艺设备制造学是以机械工程学和电子工程学为基础，与水工艺与工程学紧密结合，以实现产业化为目的的水工业机械制造技术。
它以水工业设备、仪器仪表及重大装备的制造技术为研究对象，服务于水工业设备制造、加工以及水处理工艺成套设备制造等水工业行业。主要包括以下技术：
⑴ 水工业器材制造技术 ⑵ 水工业通用设备制造技术 ⑶ 水工业专用设备制造技术 ⑷ 水处理工艺成套设备制造技术 ⑸ 水工业仪器仪表技术 ⑹ 水工业控制系统 2 水工业社会科学 ⑴ 水工业经济学 ⑵ 水工业规划与管理学 ⑶ 水工业社会学
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8.2 城市水工程学科与相关技术学科的关系 8.2.1 城市水工程学科与水利工程学科的关系
1 学科研究对象不同
水文学科、水利工程学科，主要以水的自然循环及其调控为研究对象，研究水的自然循环过程中的各种规律和水量调控中的工程技术问题，侧重点在于水系流域的全局。
城市水工程学科以水的社会循环为研究对象，侧重点在于水系流域内的城市和工业。 2 学科任务不同
水利工程学其任务合理地开发利用自然界水利资源，达到兴利除害的目的。 城市水工程学科体系是通过水的商品化、市场化和产业化从根本上来实现水的可持续开发利用。较水利工程学科有更强的社会性，在市场经济中更能促进水的良性社会循环。 8.2.2 城市水工程学科与环境工程学科的关系
1 学科研究对象不同
城市水工程学科主要以水的社会循环为研究对象，涉及水的社会循环的各个方面：包括水源保护、供水处理、水的输送、水的利用、污水排放、污水处理、废水回用等各个环节，并把水的整个社会循环当作一个整体作为研究对象。
环境工程学是研究人类与其环境之间发生的各种联系，并运用工程技术手段，保护和改善环境质量的科学。在自然环境方面，它主要研究人类对大气环境及水环境等的依赖性，研究其破坏后对人类的危害以及如何保护这些环境，维持人类社会的持续发展。水环境研究只是它的一个分支，且主要研究水污染的危害以及防止和治理措施。
2 学科研究目的不同
城市水工程学科的研究内容是水资源的开发利用及其相关问题的综合性工程学科。核心问题在于如何以利用为目的，有效提高水质、水量的供应并保证用过的废水无害地回归到自然以再利用。
环境工程学科研究的目的在于为环境保护提供工程技术基础。在学科的社会性上，环境工程学科可持续发展的特性更强，但市场化、商品化的特性较弱。
3 两个学科的共同点
都有水处理工程的研究内容，有一些共同理论基础：水力学、水化学和水微生物学。
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