第二章 室外给水排水工程概述
室外给给水排水工程与建筑给水排水工程有着非常密切的关系。其主要任务是为城镇提供足够数量并符合一定水质标准的水；同时把使用后的水（污、废水〕汇集并输送到适当地点净化处理，在达到对环境无害化的要求后排人水体，或经进一步净化后灌溉农田、重复使用。
第一节 室外给水工程概述
室外给水工程是为满足城镇居民生活或工业生产等用水需要而建造的工程设施，它所供给的水在水量、水压和水质方面应适合各种用户的不同要求。因此室外给水工程的任务是自水源取水，并将其净化到所要求的水质标准后，经输配水管网系统送往用户。
以地面水为水源的给水系统一般包括：取水工程、净水工程、图2－1为以地面水为水源的城市给水系统图。以地下水为水源的给水系统一般包括：取水构筑物（如井群、渗渠等）、净水工程（主要设施有清水池及消毒设备）、输配水工程，如图2－2所示。
1—取水构筑物；2—级加压泵站；3一水净化构筑物；4一清水池；5一二级加压泵站；6一输水管路；7一配水管网；8一水塔
1一井群；2一集水井；3一加压泵站；4一输水管；5一水塔；6一配水管网
一、水源及取水工程
给水工程可分为两大类，一类为地表水，如江水、河水、湖水、水库水及海水等。另一类为地下水，如井水、泉室、喀斯特溶洞水等。
一般说来，地下水的物理、化学及细菌性质等均比地面水好，地下水作水源具有经济、安全及便利维护管理等优点。因此，应首先考虑符合卫生要求的地下水作为饮用水的水源。但在取集地下水时，必须根据确切的水文地质资料，其取水量应小于允许开采量的原则，否则将使地下水源遭受破坏，甚至引起陆沉。
取水工程要解决的是从天然水源中取（集）水的方法以及取水构筑物的构造形式等问题。水源的种类决定着取水构筑物的构造形式及净水工程的组成。
地下水取水构筑物的形式与地下水埋深、含水层厚度等水文地质条件有关。管井用于取水量大、含水层厚大于5m而底板埋藏深度大于15m的情况；大口井用于含水层厚度在5m左右，其底板埋深小于15m的情况；渗渠用于含水层厚度小于5m底板的情况。泉室适用于有泉水露层厚度小于5m的情况。如图2-3所示。
地表水取水构筑的形式很多，常见的有河床固定式、岸边缆车、浮船活动式取水构筑物以及在山区仅有山溪小河的地方取水，常用低坝、底栏栅等取水构筑
物。图2－4为河床式取水构筑物。
二、水处理
水源水中往往含有各种杂质，如地下水常含有各种矿物盐类，地表水含有泥砂、水草腐植质、溶解性气体、各种盐类、细菌及病原菌等。由于用户对水质都有一定的要求，故未经处理的水不能直接送往用户。水处理的任务就是解决水的净化问题。
水处理方法和净化程度应根据水源的水质和用户对水质的要求而定。生活用水净化须符合我国现行的《生活饮用水卫生标准》。
工业用水的水质标准和生活饮用水不完全相同，如锅炉用水要求水质具有较低的硬度；纺织工业对水中的含铁量限制较严；制药工业、电子工业则需要含盐量极低的脱盐水，因此，工业用水应对照生产工艺对水质的具体要求来确定相应的水质标准及净化工艺。
城市自来水厂只满足生活饮用水的水质标准。对水质有特殊要求的工业企业应单独建造生产给水系统。当用水量不大且允许自城市给水管网取水时，亦可用自来水为水源再行进一步的处理。
地表水的水处理工艺流程应根据水质和用户对水质的要求确定。一般以供给饮用水为目的工艺流程，主要包括沉淀、过滤及消毒三个部分。沉淀的目的在于除去水中的悬浮物质及胶体物质。由于细小的悬浮杂质沉淀甚慢，胶体物质不能自然沉淀，所以在原水进人沉淀池之前需投加混凝剂，以加速悬浮杂质的沉淀并达到除去胶体物质的目的。沉淀池的形式很多，常用的有平流式、竖流式、辐流式，以及斜板和斜管式的上向流、同向流沉淀池等，各类澄清池的使用也很普遍。
经沉淀后的水,浑浊度应不超过20mg/L。为达到饮用水水质标准所规定的浊度要求（即5mg／L）尚须进行过滤。常用的滤池有普通快滤池、虹吸滤池及无阀滤池等。
以地下水为生活饮用水源时，其水质能满足《生活饮用水卫生标准》时一般只需消毒即可。只有当水中锰、铁含量超标时应考虑除铁除锰。
在地表水处理过程中虽然大部分细菌被除去，但由于地表水的细菌含量较高，残留于处理水中的细菌仍为数甚多，并可能有病原菌传播疾病，故必须进行消毒处理。
消毒的目的：一是消灭水中的细菌和病原菌；二是保证净化后的水在输送到用户之前不致被再次污染。消毒的方法有物理法和化学法，物理法有紫外线、超声波、加热法等；化学法有加氯、臭氧法等。
图2－5为以地表水为水源的某自来水厂平面布置图。它是由生产构筑物、辅助构筑物和合理的道路布置等组成。生产构筑物指澄清池、虹吸滤池、清水池及泵站等。辅助构筑物指机修间、办公室、化验室、库房等。
三、输配水工程
输配水工程是解决如何把净化后的水输送到用水地区并分配到各用水点。输配水工程通常只包括输水管道、配水管网、加压泵站、调节构筑物等。
允许间断供水的给水工程、多水源供水的给水工程或设有安全贮水池，可以只设一条输水管；不允许间断供水的给水工程一般应设两条或两条以上的输水管。输水管最好沿现有道路或规划道路敷设，并应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽、重要铁道及洪水泛滥淹没的地区。
配水管网的任务是将输水管送来的水分配到用户。它是根据用水地区的地形及最大用户分布情况并结合城市规划来进行布置。配水干管的路线应通过用水量
较大的地区，并以最短的距离向最大用户供水。在城市规划设计中应把最大用户置于管网之始端，以减少配水管的管径而降低工程造价。配水管网应均匀地布置在整个用水地区，其形状有环状和枝状两种。为了减少初期的建设投资，新建居民区或工业区可做成枝状管网，待扩建时再发展成环状管网。
水塔、高地水池和清水池是给水系统的调节设施，其作用是调节供水量与用水量之间的不平衡状况。水塔或高地水池能够把水低峰时管网中多余的水储存起来，在用水高峰时再送人管网。这样可以保证管网压力的基本稳定，同时也使水泵能经常在高效率范围内运行。但水塔的调节能力非常有限，只有当小城镇或工业企业内部的调节水量较小，或仅需平衡水压时才适用。
清水池与二级泵站可以直接对给水系统起调节作用；清水池也可以同时对一、二级泵站的供水与送水起调节作用。一级泵站的设计流量是按最高日的平均时来考虑，二级泵站的设计流量则是按最高日的最大时来考虑，并且是按用水量高峰出现的规律分时段进行分级供水。当二级泵站的送水量小于一级泵站的送水量时，多余的水便存人清水池。到用水高峰时，二级泵站的送水量就大于一级泵站的供水量，这时清水池中所储存的水和刚刚净化后的水便被一起送人管网。较理想的情况是不论在任何时段，供水量均等于送水量，这样可以大大减少调节容量而节省调节构筑物基建投资和能耗。
四、泵站
泵站是把整个给水系统连为一体的枢纽，是保证给水系统正常运行的关键。在给水系统中，通常把水源地取水泵站称为一级泵站，而把连接清水池和输配水系统的送水泵站称为二级泵站。
－级泵站的任务是把水源的水抽升上来，送至净化构筑物。
二级泵站的任务是把净化后的水，由清水池抽吸并送入配水管网供给用户。 泵站的主要设备有水泵及其引水装置，配套电机及配电设备和起重设备等。泵房建筑设计原则按照《室外给水设计规范》（GBJ l3-86）中的规定执行，图2－6为一个设有平台的半地下室二级泵房平面及剖面图。
第二节 室外排水工程概述
日常生活使用过的水叫生活污水，含有大量的有机物及细菌、病原菌、氮、磷、钾等污染物质。工业生产使用过的水叫工业废水，其中污染较轻的叫生产废水，污染较严重的叫生产污水。前者在使用过程中仅有轻微污染或温度升高，后者则含不同浓度的有毒有害及有用物质，成分随产品及生产工艺的不同而异。雨水虽较清洁，但降雨初期流经道路、屋面及工业企业时，因挟带流经地区的特有物质而受到污染，排泄不畅时尚可形成水害。城市污水是生活污水与工业废水泄人城市排水管道后形成的混合污水。所有这些污水，如不予任何控制而肆意排放，则势必造成对环境的污染和破坏，严重者将造成公害，既影响生产，又影响生活并危及人体健康。因此室外排水工程的基本任务是促进工农业生产的发展；保证人体健康；维持人类生活和生产活动的卫生环境。其主要内容为：收集各种污水并及时输送到适当地点；设置处理厂（站）进行必要的处理。为系统地排除污水而建设的一整套工程设施称为排水系统，由排水管网和污水处理系统组成。管道系统是收集和输送废水的设施，即把废水从产生地输送到污水处理厂或出水口，包括排水设备、检查井、管渠、污水提升泵站等工程设施。污水处理系统是处理
和利用废水的设施，包括城市及工业企业污水处理厂、站中的各种处理构筑物等工程设施。图2-7为城市污水排水系统总平面示意图。
排水系统的制度，一般分为合流制与分流制两种类型。
合流制是将生活污水、工业废水和雨水排泄到同一个管渠内排除的系统。最早出现的合流制排水系统是将泄入其中的污水和雨水不经处理而直接就近排入水体。由于污水未经处理即行排放，使受纳水体遭受严重污染。为此在改造合流制排水系统时常采用设置截流干管的方法，把晴天和雨天初期降雨时的所有污水都输送到污水厂，经处理后再排人水体。当管道中的雨水径流量和污水量超过截流管的输水能力时，则有一部分混合污水自溢流井溢出而直接泄人水体。这就是截流式合流制排水系统，这种系统仍不能彻底消除对水体的污染，见图2－8（a）。
分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。排除生活污水、工业废水或城市污水的系统称为污水排水系统；排除雨水的系统称为雨水排水系统（图2－8b）。其优点是污水能得到全部处理；管道水力条件较好；可分期修建。主要缺点是降雨初期的雨水对水体仍有污染。我国新建城镇和工矿区宜采用分流制。对于分期建设的城市可先设置污水排水系统，待城市发展成型后，再增设雨水排水系统。在工业企业中不仅要采取雨、污分流的排水系统，而且要根据工业废水化学和物理性质的不同，分设几种排水系统，以利于废水的重复利用和有用物质的回收。
排水制度的选择应根据城镇及工矿企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、原有排水设施、水质、水量、地形、气候和水体等条件，从全局出发。在满足环境条件的前提下，通过技术经济比较综合考虑决定。新建的排水系统宜采用分流制，同一城镇的不同地区，也可采用不同的排水制度。
排水系统的布置形式与地形、竖向规划、污水厂的位置、土壤条件、河流情况以及污水的种类和污染程度等因素有关。在地势向水体方向略有倾斜的地区，排水系统可布置为正交截流式，即干管与等高线垂直相交，而主干管（截流管）敷设于排水区域的最低处，且走向与等高线平行。这样既便于干管污水的自流接人，又可以减小截流管的埋设坡度（图2－9a）。
在地势向水体方向有较大倾斜的地区，可采用平行式布置，即主干管与等高线垂直，而干管与等高线平行。这种布置虽然主干管的坡度较大，但可设置为数不多的跌水井来改善干管的水力条件（图2－9b）。
在地势高低相差很大的地区：且污水不能靠重力流汇集到同一条主干管时，可分别在高区和低区敷设备自独立的排水系统。
此外，还有分区式及放射式等布置形式，如图2－9（c）、（d）所示。
排水管网的布置应遵循下述原则：污水应尽可能以最短距离并以重力流的方式排泄到污水处理厂；管道应尽可能平行地面的自然坡度埋设，以减少管道埋深；地形平坦处的小流量管道应以最短路线与干管相接；当管道埋深达到最大允许值时，如再继续挖深则将增加施工的难度而不经济，应考虑设置污水泵站中途提升，但应力求减少泵站的数量；管道应尽量避免或减少穿越河道、铁路及其他地下构筑物；当城市为分期建设时，第一期工程的干管内应有较大的流量通过，以免因初期流速太小雨影响管道的正常排水。为检查及清通排水管网，在管道坡度改变处、转弯处、管径改变以及支管接入等处应设置排水检查井。直线管段内排水检查井的距离与管径大小有关，就污水管而言，当管径D<700mm时，最大井距为50m；当管径D＝800～1500mm时，最大井距为90m；当管径1500mm 时，最大井距为120m。当D>2O00mm时，井距可适当增大。 污水处理厂是处理和利用污水及污泥的一系列工艺构筑物与附属构筑物的综合体。城市污水处理厂一般设置在城市河流的下游地段，并与居民区或城市边界保持一定的卫生防护距离。 污水处理就是采用各种手段和技术，将污水中的污染物质分离出来，或将其转化为无害物质，从而使污水得到净化。污水处理技术按作用原理可分为物理法、化学法和生物法。物理处理法就是利用物理作用分离污水中的悬浮物质，如：筛滤、沉淀、气浮、过滤等；化学处理方法是利用化学反应的作用来分离、回收污水中的污染物质，如：中和、混凝、电解、氧化还原及离子交换等；生物处理法是利用微生物的生命活动，使污水中的溶解、胶体状态的有机物质转化为稳定、无害的物质，可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。 生活污水和工业生产污水中所含的污染物质是多种多样的，一种污水往往要用由几种方法组成的处理系统，才能达到所要求的处理程度。对某种污水而言，应根据污水的水质和水量、回收其中有用物质的可能性和经济性、受纳水体的可利用自净容量，并通过调查研究或科学实验和经济比较后方可决定其处理工艺流程。在城市污水处理典型流程中，物理处理即一级处理，生物处理为二级处理，而污泥处理采用厌氧生物处理即消化。为缩小污泥消化池的容积，二沉池的污泥在进入消化池前需进行浓缩。消化后的污泥经脱水和干燥后可进行综合利用，污泥气可做化工原料或燃料使用。 第三节 城镇给水排水工程规划概要 一、城镇给水工程规划概要 给水工程规划的目的是要保证所规划的城镇有良好的供水条件。没有水源就难于建设城市，水源不足、水质不好也会限制城市的发展。故供水条仵的好坏，直接影响城市位置的选择。规划时还应考虑到城市大量取水后，对区域内其他工业用水、农业用水及河道通航等方面的影响。因而规划工作必须从整体出发，全面考虑，尽可能做到布局合理，切合实际，以确保城市规划的严肃性和可行性。 给水工程规划是给水工程专业设计的基础，是专业设计的指导性文件，是城市总体规划中的重要组成部分。其主要任务是：确定用水量定额；估算城市总用水量；确定给水水源；确定供水方案；选定水厂位置及净水工艺；确定管网布置形式；确定水源卫生防护的技术措施等。 城镇总用水量包括生活用水、工业用水和消防用水三大部分。可分别参照室外给水设计规范、单位产品水耗、建筑防火设计规范来确定用水定额并估算总用水量。 水源选择是给水工程规划中的首要任务，必须认真调查反复研究，制定各种方案详细比较，务必使选择的水源水量充沛、水质优良、安全可靠、经济合理。水源的位置，应与城镇总体规划相适应，城镇的各个发展阶段，均不应与水源地发生矛盾。 选择水源时，应根据城镇建设近、远期的规划要求，水文地质资料和取水点及其附近地区的卫生状况和地方病的发病情况等因素来选定在水质、水量及卫生防护方面均较理想的水源。取水点一般应设于城镇水系的上游。 各水源的选择次序一般按经济技术条件决定。如果水源的水量均能保持相同