土木工程与水资源和水环境.docx

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土木工程与水资源和水环境

第三章土木工程与水资源和水环境

第一节水资源与水资源短缺

一、水资源的概念

地球上的水资源，从广义上说是指水圈内水量的总体。

其中海水占总量的97.3%，海水含盐量高，难以被人类利用。

陆地上的淡水资源只占地球上水体总量3%不到，而其中约70%是固体冰川，分布在南北两极地区和中低纬度地区的高山地区，同样很难加以利用。

水资源主要指陆地上容易利用的淡水资源，如河流水、淡水湖泊水及浅层地下水。

这些储量约占全球总水量的0.3%。

二、我国的水资源与短缺

1、我国的水资源分布特点

1）我国的淡水资源

淡水资源主要指河流水、淡水湖泊水及浅层地下水。

淡水资源主要来源于降水补充，45%的降水转为地表和地下水资源量，55%的水转为植物蒸腾或地表水分蒸发。

我国年平均降水深648mm，小于世界平均降水深800mm，小于亚洲平均降水深742mm。

2）水资源的时间分布不均衡

受季风的影响，我国降水年内年际变化大。

夏季，高温潮湿多雨，气候具有海洋性。

冬季受来自大陆的干冷气流的影响，气候寒冷，干燥少雨。

我国大部分地区年内连续4个月降水量占全年水量的60％～80％。

3）水的地理分布与人口的分布不匹配

我国年降水量的分布由东南的超过3000毫米向西北递减至少于50毫米。

长江流域1000～1500mm，秦岭淮河750mm。

水资源主要集中于南方，长江以南地区水资源约占全国总数的81%。

淮河及其以北地区，耕地面积占全国的64%，而水资源占有量仅占全国的19%。

人均占有水资源量约为全国平均水平的19%。

2、我国水资源短缺的原因

1）农业用水

我国2011年，经济社会年度用水量6213.2亿立方米，其中，2011年，我国农业用水4168.2亿立方米（67%）

灌溉水利用效率不高。

2）工业用水

2011年，我国工业用水量1203亿立方米（占总消耗水量的19.36%）。

工业用水重复率低。

3）城市人口的增加及城市化的发展

城市人口的增加和城市化的发展，造成城市用水紧张。

2011年，居民生活用水473.6亿立方米（7.6%）。

4）我国的生态用水

一是城镇绿化、美化等所需用水，占生态与环境用水的60％～70％；二是向湖泊、湿地的生态补水。

2011年生态环境用水106.4亿立方米（1.7%）。

生态环境用水增加。

5）水资源浪费严重

如城市输水管道、农业灌溉沟渠泄露等也导致水资源的短缺。

6）水质下降导致可用的水资源量减少

此外，2011年，建筑业用水19.9亿立方米（0.32%），第三产业用水242.1亿立方米（0.39%）。

3、我国水资源短缺的特点

1）北方资源性缺水

近20a来，中国北方地区水资源明显减少。

其中，海河流域年径流减少了41%，黄河、淮河、辽河流域年径流分别减少了15%，15%和9%。

北方大部分地区存在资源性缺水问题。

2）南方水质性缺水

南方部分流域和地区，水污染已呈现出从支流向干流延伸、从城市向农村蔓延、从地表向地下渗透、从陆域向海域发展的趋势。

3）中西部工程性缺水

缺少水利设施，例如：

水库、旱井。

水资源短缺已经影响我国的可持续发展。

我国目前年需水量约为6180亿m3，而可供水量仅5830m3，缺水达350亿m3。

三、我国的水资源节约规划

2010年，《全国水资源综合规划》：

1、严格用水总量控制

到2020年全国年用水总量力争控制在6700亿立方米以内，2030年全国用水总量力争控制在7000亿m3以内。

2）严格用水效率控制

我国万元GDP用水量约为世界平均水平的3倍，为欧美等发达国家的5倍。

到2020年，全国万元GDP用水量要降低到120立方米，比2009年下降33%左右。

3）严格水功能区纳污总量控制

我国的水资源污染严重，加剧了水资源短缺，需要从严核定水域纳污容量，严格控制河湖排污总量，加强水资源保护。

4）制定用水定额

一套宏观总量指标体系，用以明确各地区、各行业乃至各单位、各企业、各灌区的水资源使用权指标。

一套水资源的微观定额指标体系，用来规定单位产品或服务的用水量指标。

5）制定用水权交易市场规则

建立用水权交易市场，实行用水权有偿转让，实现水资源的高效配置。

6）工农业节水

（1）工业节水

①在缺水地区不建设高耗水的工业项目：

如：

造纸、印染、石油化工、钢铁、纺织等高用水行业。

②提高工业用水效率

我国工业水重复利用和再生利用程度较低，用水工艺比较落后，用水效率较低。

应逐步在工业生产中推广节水新技术、新工艺、新设备、降低用水量、提高水的重复利用率。

2020年我国万元工业增加值用水量降低到65立方米，比2008年降低50%左右。

（2）农业节水

2020年，农田灌溉水有效利用系数提高到0.55。

目前我国大部分地区仍然采取传统的大水漫灌方式，农业节水灌溉面积占有效灌溉面积的35%，灌溉水有效利用系数仅为0.45左右。

7）生活用水节约

降低城市管网渗透率，我国城市管网漏损率均高于10%，不少建筑采用低劣管材、阀门，加上安装质量差，其漏损量亦很可观。

用水终端未采用节水器具、节水水嘴。

计量仪表安装到位。

8）加强污水处理设施建设增加污水处理设施，解决水质性缺水。

到2020年，城市供水水源地水质基本达标，主要江河湖库水功能区水质达标率提高到80%。

到2030年，江河湖库水功能区水质基本达标的控制目标。

第二节土木工程与水资源节约

一、建筑工程节水

1、建筑工程绿色施工节水

《绿色施工导则》提出绿色施工的总体框架：

环境保护、节材与材料资源利用、节水与水资源利用、节能与能源利用、节地与施工用地保护、施工管理六个方面组成。

1）建筑施工用水节约

（1）混凝土搅拌和养护用水节约

混凝土是建筑业用量最大的一种材料。

假设每

m3混凝土搅拌平均用水为185kg。

养护用水系搅搅拌用水的2～5倍。

①采用中水、雨水、基坑降水进行混凝土搅拌和养护

大面积推广非传统水源的利用，如对基坑降水、雨水的收集利用、中水的利用。

雨水的收集利用：

大型的工程项目可以在上部施工适当部位增设集水井或利用消防水池等坑池收集雨水。

基坑降水的利用

在工程降水前，在施工现场先修几个水池，根据工程规模的大小来确定水池的数量，但至少有两个水池（一个为蓄水池，另一个为沉淀池）。

中水利用：

中水主要是指城市生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水。

因其水质介于清洁水（上水）与排入管道内污水（下水）之间，故名为“中水”。

中水水源：

优质杂排水：

包括冷却水、沐浴排水、盥洗排水和洗衣排水；

杂排水：

包括上述优质杂排水和厨房排水；

生活污水：

包括杂排水和厕所排水。

多数情况下，中水水源采用杂排水和优质杂排水。

中水水质应满足下列基本要求：

a.满足卫生要求，主要指标包括大肠菌群、细菌总数、BOD5。

b.满足感官要求，即无不快的感觉、包括浊度、色度、臭味、油脂等。

c.满足设备构造方面的要求，水质不易引起设备、管道的严重腐蚀和结垢。

《城市杂用水水质标准》（GB/T18920—2002），一般城市污水处理厂的二级出水。

②养护用水的节约

采用喷淋的方式，或用湿麻袋或者湿草垫对需要养护的混凝土表面进行覆盖，减少大水漫浇。

立面结构拆模后涂刷养护液，替代用水养护。

平面结构采用洒水覆盖塑料薄膜养护，减少养护用水。

（2）砌体浸润用水的节约

进行砌体施工和外墙贴砖时，需先对砌体材料和墙砖进行发水、浸湿处理。

应优先采用雨水、施工降水、再生水。

水管的末端装上阀门和喷头，用喷淋代替大水漫浇。

（3）洒水降尘与车辆冲洗用水的节约

施工车辆进出场清洗用水可采用高压水设备进行冲洗。

在运输车辆清洗处设置沉沙池，冲洗后的水经沉淀后进行二次回收利用，用于洒水降尘。

充分利用施工废水，例如：

经沉淀的现场施工污水和经隔油处理后的食堂污水可用于降尘。

（4）砂浆搅拌

改砂浆分散搅拌为集中搅拌。

为了避免分散搅拌砂浆所造成的不必要浪费，可以将各班组的分散搅拌改为集中统一搅拌。

并利用非传统水源。

（5）施工现场的用水定额管理

施工现场分别对生活用水与工程用水确定用水定额指标，并分别计量管理。

大型工程的不同单项工程、不同标段、不同分包工程应分别计量用水。

在签订不同标段分包或劳务合同时，将节水定额指标纳入合同条款，进行计量考核。

力争施工中非传统水源和循环水的再利用量大于30%。

（6）生活用水控制

生活区，凡具备条件的应分别计量用水量。

①施工现场办公区、生活区的生活用水采用节水

系统和节水器具，提高节水器具配置比率。

②洗漱池安装延时自闭节水龙头，配置洗衣房为员工免费洗衣。

（7）避免管网渗漏

施工现场供水管网应根据用水量设计布置，管径合理、管路简捷，采取有效措施减少管网和用水器具的漏损。

在生产、生活区每个用水点安装水表。

定期检验整修施工现场的输水管线，保证其状态良好。

2、绿色建筑节水

1）绿色建筑（green building ）的定义：

在全寿命期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。

2）绿色建筑评价指标体系：

①节地与室外环境；

项目符合城乡规划；节约利用土地；绿地等；

②节能与能源利用；

供暖通风；围护结构热工性能；

③节水与水资源利用；

④节材与材料资源利用；

⑤室内环境质量；

⑥施工管理；

⑦运营管理等7类指标组成。

《绿色建筑行动方案》“十二五”期间，完成新建绿色建筑10亿平方米。

3）绿色建筑节水评价标准及措施

（1）控制项：

 ①应制定水资源利用方案，统筹利用各种水资源。

在方案规划阶段制定水系统规划方案，统筹考虑传统与非传统水源的利用。

②给排水系统设置应合理、完善、安全。

③应采用节水器具。

（2）评分项：

Ⅰ节水系统

①采取有效措施避免管网漏损

选用密闭性能好的阀门、设备，使用耐腐蚀、耐久性能好的管材、管件。

②室外埋地管道采取有效措施避免管网漏损。

③设计阶段根据水平衡测试的要求安装分级计量水表

根据水系管网分布情况，分析用水总量和各用水

单元之间的定量关系。

④运行阶段提供用水量计量情况和管网漏损检测整改的报告。

⑤给水系统无超压出流现象

给水配件在单位时间内的出水量超过额定流量的现象，称超压出流现象，该流量与额定流量的差值，为超压出流量。

如：

若不采取减压节流措施卫生器具的实际出水流量将会是额定流量的４～5倍。

用水点供水压力不大于0.20MPa，且不小于用水器具要求的最低工作压力。

⑥按付费或管理单元，分别设置用水计量装置，统计用水量。

按使用用途，对厨房、卫生间、绿化、空调系统、游泳池、景观等用水分别设置用水计量装置，统计用水量。

Ⅱ 节水器具与设备

 ①使用较高用水效率等级的卫生器具

例如：

采用两档冲洗阀，普通住宅可节水12%，宾馆、饭店可节水4%，办公楼可节水27%。

采用脚踏开关淋浴器；采用延时自闭式水龙头，在水压相同的条件下，节水龙头比普通水龙头有着更好的节水效果。

节水量为3%～50%，大部分在20%～30%之间，还有节水延时自闭冲洗阀等。

②绿化灌溉采用节水灌溉方式

绿化灌溉采用喷灌、微灌等节水高效灌溉方式。

设置土壤湿度感应器、雨天关闭装置等节水控制措施。

③空调设备或系统采用节水冷却技术

Ⅲ非传统水源利用

非传统水源nontraditional water source ：

不同于传统地表水供水和地下水供水的水源，

包括再生水、雨水、海水等。

住宅、办公、商场、旅馆类建筑应采用一定量的非传统水源。

绿化灌溉、道路冲洗、洗车用水应采用非传统水源；

冲厕采用非传统水源；

冷却水补水使用非传统水源；

结合雨水利用设施进行景观水体设计，景观水体利用雨水的补水量大于其水体蒸发量，利用水生动、植物进行水体净化。

其它措施：

（1）降雨量集中的缺水地区，应通过技术经济比较，合理确定雨水集蓄及利用方案。

（2）消防用水的利用

由于消防贮水要求满足在火灾延续时段内消防的用水总量，因此会贮存大量的水。

应尽量消防贮水池与游泳池、水景、小区绿化等合用，做到一水多用、重复利用及循环使用。

二、交通土建工程节水

1、施工用水的节约

1）砂石料冲洗废水，经沉淀后可用于洒水降尘；

2）施工机械和车辆清洗水经沉淀后也可用于洒水降尘；

3）施工用水可利用就近的河道取水或利用雨水；

4）混凝土养生用水

养生条件包括温度、湿度都是影响混凝土强度的重要因素，当它们在水泥水化过程中应起的作用受到限制时，将产生不利影响。

湿度对水泥的水化作用有显著影响。

混凝土养生需较大的用水量，可采用节水保湿养护剂均匀地喷涂于混凝土的表面，形成薄膜，防止混凝土表面的水分过快地挥发。

混凝土拆模后，采用养护膜进行养护，只需在铺贴时浇水一次，不需要再浇水，一般保湿期在14天左右。

节水保湿养护膜的用水量是麻袋的100分之1，是农膜的5分之1。

5）水泥稳定碎石

生产搅拌区应设置多级沉淀池场，场地四周应设置排水沟，排水沟与沉淀池连接。

生产搅拌区应设置废水再利用设施，对经过沉淀的废水进行合理利用。

2、公路服务区的节水

服务区用水包括管理人员生活用水；餐饮用水；

公共厕所用水；宾馆客房用水；洗车用水；消防和绿化用水；未预见水量（包括室内卫生器具和管网泄露）。

服务区用水应尽量采用水循环利用，例如中水回用。

中水回用就是将服务区产生的生活生产污水进行处理，达到杂用水标准后重新使用，污水产生量就是中水的最大可能产生量，回用于冲厕、绿化、洗车等用途。

中水水质应达到《生活杂用水水质标准》。

3、道路绿地绿化节水

道路绿地的灌溉用水量较大，道路绿地的灌溉方式要大力采取节水型灌溉措施，如喷灌和滴灌。

采用低压管道灌溉。

充分利用非常规水，使用再生水作为城市绿地的稳定水源，以城市雨水蓄集作为城市绿地的补充水源。

以色列，其城市绿地80％以上是用生活污水和工业废水经过简单处理后，结合现代灌溉技术进行灌溉。