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水循环的形成范文1
【关键词】循环流化床,热水;锅炉;供热
中图分类号:TU984文献标识码: A
1 对集中供热技术的研究分析
集中供热是指以热水或者蒸汽作为热媒,由一个或多个热源通过热网向城市、镇或者其中的某些区域热用户来供应热能的方式。现在集中供热已经成为了一些城市现代化建设的基础设施之一。
1.1利用集中供热的技术,其优点很多,主要有以下几点:1)采用集中供热的方式,能够提高能源的利用率,并节省了大量的能源。城市区域锅炉房的大型供热锅炉的供热效率可达80%~90%,而一般小型的锅炉的供热效率只有50%~60%,这明显提高了能源的利用率,节约了能源。2)采用大型循环流化床热水锅炉集中供热的方式,能够减少对大气的污染,还能够利用到部分垃圾。因为城市供热系统的锅炉房一般会设置在郊区,在锅炉房上面安装高烟囱和废气净化装置,这样对于城市大气的污染就会大大地减小。3)方便对于锅炉房的科学统一管理。城市统一集中供热,大幅度提高了供热的质量和效率,也方便了对供热系统的科学管理。4)安全性提高了,城市集中供热系统采用的是间接供热的方式,供热系统的自动化程度提高了许多,这也就延长了锅炉的使用寿命,使锅炉检修的成本降低了,整个供热系统的安全性也相对提高了。
1.2集中供热系统主要包含热源、热网和用户三大部分。热源主要来自于热电站和锅炉房。锅炉房因区域的不同而分为蒸汽锅炉房和热水锅炉房,蒸汽锅炉主要用在工业上,而热水锅炉则用在民用方面。锅炉主要是以煤、天然气等作为燃料的,还有些地方利用焚烧垃圾的方式来烧循环流化床锅炉,这种方法虽然对垃圾进行了利用,但是也对大气环境造成了较大的污染。核能供热是一种新兴的供热方式,利用核能不仅能够减少矿物燃料的使用量,还能够减少运输矿物燃料的成本。热网是用来对锅炉产生热量进行利用的网络,可以分为热水管网和蒸汽管网,热网的搭建要依照城市或者乡镇的具体地理地形条件、发展规划等。这些管道网络主要用于居民日常的采暖、空调和热水等方面。同时,热网传递的热能还能够用于工业生产上,可以利用这些热能来对产品进行加热、烘干、清洗、溶化、蒸煮等操作。所以说,大型循环流化床热水锅炉集中供热的方式在城市和其他地方的应用都十分广泛,是城镇公共事业的重要组成部分。
2、循环流化床锅炉作为一种高效、低污染的新型锅炉,采用流态化循环燃烧,燃料适应性好。由于采用分段低温燃烧,大幅降低SO2的排放量,另一显著特点是可燃用高硫煤,通过向炉内添加石灰石,显著地降低硫氧化物的排放浓度,以达到良好的环保效果。
3、运行操作系统的优化
设备运作中,要针对料层的温度环节展开优化,实现料层温度的有效控制,避免其温度过高,这样不利于流化床体的稳定运行,从而可能导致一系列的停炉事故的产生,此环节中,如果出现较低的温度,也会导致低温结焦现象。为了解决上述环节的问题,要实现其料层温度的有效控制,要保持其适度性。在应用过程中,针对料层温度的实际变化情况,促进给煤量的有效控制。调整料层温度在控制范围之内。如料层温度超过970℃,应适当减少给煤量、相应增加一次风量并减少返料量,使料层温度降低;如料层温度低于800℃,应首先检查是否有断煤现象,并适当增加给煤量,减少一次风量,加大返料量,使料层温度升高。一旦料层温度低于700℃,应做压火处理,需待查明温度降低原因并排除后再启动。
在工作过程中,实现循环流化床锅炉负荷环节的优化是必要的,要不超过其额定的负荷程度,要使其控制在一定的负荷程度下,从而保障效率的提升,保证其运行周期、使用寿命的延长。通过对上述环节的优化,可以有效避免其超负荷情况的出现,从而避免其后燃现象的出现,促进其锅炉的稳定运行。基于循环流化床的燃烧机理,需要合理的控制炉膛差压、料层差压、流化风量、循环倍率、蒸发量。如果炉膛差压过低,有可能是返料量不够,分离效率低造成的。这将同时造成尾部受热面的加速磨损,过热器、省煤器的磨损泄漏。料层差压偏低,则炉膛蓄热量少,一旦给煤出现问题,容易灭火。
有些厂家为了减低成本,有可能是利用一级破碎进行生产,这样不利于床料的流化环节优化,提升结焦发生率,严重的可能导致停炉,为满足工作需要,要针对其入炉煤的颗粒度展开优化,以满足现实工作的开展,促进其整体应用效益的提升。强行降温、急剧升温、快速升压都危及到锅炉的安全运行。锅炉故障停炉后,急于检修,强制通风降温,由于各部位的膨胀系数不一致、温度不一致,很容易造成炉墙,炉管的损坏。另外,在锅炉启动时,急于求成,快速升压、升温,膨胀不到位,损坏锅炉。
4、锅炉运行过程中应注意的问题
要想有效的提高循环流化床锅炉运行周期,必须在锅炉运行过程中注意以下事项:对负荷进行合理的控制;风量要适宜;对入炉煤进行合理控制;合理的进行参数的调整;做好水冷壁的防磨工作。
4.1对负荷进行合理的控制
根据多数电厂实际运行情况来看,循环流化床锅炉的负荷最好不要超过额定负荷,以控制在80~100%为理想。在此负荷下,操作稳定,效率较高,磨损较轻,运行周期较长。
4.2风量要适宜
二次风量的大小将直接影响到锅炉的安全、经济运行。风量过大过小都会造成相应的不足。所以要有效的控制风量,做到适宜。
4.3对入炉煤进行合理控制
建议在条件允许的情况下,尽量优先考虑燃用优质煤。另一方面,入炉煤的加工粒度应有一定的要求,一般最大粒径≤10mm,粒径≤0.070mm尽量少。
4.4合理的进行参数的调整
无论何种炉型,运行过程中的参数及时调整都是很必要的。基于循环流化床的燃烧机理,需要合理的控制炉膛差压、料层差压、流化风量、循环倍率、蒸发量等等。事实证明,合理的运行过程中参数调整对延长锅炉运行周期的重要性切不可忽视。
4.5做好水冷壁的防磨工作
通常的处理办法是在卫燃带及炉膛出口覆盖耐火材料。另一种办法是对上述部位进行喷涂耐磨材料。目前,尚没有找到比以上两种办法更经济实用的解决办法。
结束语
大型循环流化床热水锅炉供暖方式要细化管理,在供暖期开始前将设备检修维护和保养好,并准备好配件,发现问题立即处理,每天根据天气预报和实际天气温度进行供暖温度在线调整,既维护了企业利益,又确保热用户满意。集中供热系统是复杂的,所以需要不断研究改进,才能使我国的大型循环流化床热水锅炉供热系统水平上升一个台阶,实现安全和高效、节能和环保。
参考文献
水循环的形成范文2
关键词 高效课堂 教学设计 地理
中图分类号:G424 文献标识码:A
水是地球上最活跃的自然因素之一,也是人类生存和发展不可缺少的一种宝贵的资源。地球上水循环和地壳物质循环、大气循环等一样,都是自然界物质循环的重要表现。因此,该节在本章乃至全书中具有重要地位。本节教材紧紧抓住水体运动这一思想,侧重介绍了水循环和洋流的相关基础知识。
结合以上分析,笔者制定了如下教学目标。知识与技能:(1)了解水循环的过程及主要环节;(2)理解水循环的地理意义。过程与方法:(1)通过学习水循环,能运用图解方法正确表示水循环的全过程,培养学生的动手能力和地理空间思维能力。(2)通过学习水循环的过程,用简练的语言表述水循环的过程及意义,并通过案例分析,使学生能够培养综合分析问题的能力。情感态度与价值观:(1)通过分析人类对水循环各环节的影响,树立正确的人地观和科学发展观;(2)增强水资源的忧患意识,树立科学的资源观,养成节约用水的习惯。
在教学中以海陆间循环为主,将三种水循环的过程和环节综合在一幅示意图中,使学生综合把握水循环,最终使学生能理解并说明水循环的地理意义及人类对水循环的影响。本节课采用了导学案、多媒体课件等工具,主要使用了合作探究式学习方法。下面主要阐述一下本课的教学过程。本课共分为六个教学环节:基础问答、沙场点兵、三个臭皮匠、凝练升华、雄辩天下、我的金点子。
新课导入中教师本人演唱自编的歌曲,创设“地理大讲堂”节目现场氛围,教师角色变为节目主持人,引出本课探究内容听老师唱歌集中注意力通过一段教师自编的小曲,来调动学生学习的热情。
第一环节:基础问答。课前已经安排八个学习小组根据导学案内容进行预习。教师安排小组长对对应小组成员进行基础问答检测,时间3分钟。教师对组员进行适当抽查,对小组长预习效果在课下进行检测。 小组长对每位小组成员进行提问检验预习效果,体现小组学习的比学赶帮超的优越性,锻炼小组长的组织能力。
第二环节:沙场点兵。安排一、三、五、七这四个小组派一名代表到黑板前绘图完成水循环的过程及主要环节:海水吸收太阳辐射后蒸发生成水蒸气,上升遇冷,凝结成云,这一环节称为蒸发。水蒸气在高空遇冷,水汽凝结成云致雨,以降水的形式降落地面,这一环节称为降水。一部分水蒸气随大气运动到陆地上空,这一环节称为水汽输送。水蒸气来到陆地上空,同样以降水的形式落到地面。汇聚在地面的水再次蒸发,在植被的表面会发生植物的蒸腾,这些水蒸气同样上升冷凝,成云致雨。落到地面的水会沿着地表低洼的地方流动,最终汇入海洋,这一环节称为地表径流。地表的水顺着土壤的缝隙渗入地下,这一环节称为下渗。渗入地下的水在第一个隔水层之沿着低洼的地方汇入大海,这一环节称为地下径流。这就完成了水循环的过程。组织大家推选一名代表对各小组作品进行点评,并给予不同星级的奖励。(在学生画图期间巡视,并引导。进行指导和纠正) 小组代表到黑板前绘图,并能用简练语言描述水循环的类型、过程和主要环节。其他同学在导学案上完成绘图任务。 通过自己动手画图,加深对水循环过程和各环节的理解,并通过表述和点评锻炼学生的语言表达能力和逻辑思维能力。
第三环节:三个臭皮匠。设计活动:组织探究合作探究——以我们的“母亲河”黄河为例探究:(1)黄河参与了哪种类型的水循环呢?(2)我们人类活动怎样影响了黄河的水循环呢?(3)黄河塑造了怎样的地表形态?(4)李白《将进酒》中的名句:“黄河之水天上来,奔流到海不复回”这句诗当中蕴含着什么地理原理,又存在什么错误呢?(教师可以适当参与小组讨论,对讨论的思路加以必要的指导) 小组合作探究:看图、思考、讨论、作答(1)黄河主要参与海陆间大循环,因为她属于外流河,但其源头也参与内陆水循环。(2)我们人类通过抽水灌溉、拦坝蓄水、跨流域调水、破坏植被或植树造林等多种方式影响黄河流域的地表径流、地下径流、下渗、植物蒸腾等环节。(3)黄河塑造了上游的河流峡谷、中下游的冲积平原、河口三角洲等地貌。(4)诗中所说的“天上”来指的是黄河的主要补给类型为大气降水,“奔流到海”说明黄河是外流河,“不复回”错了,因为黄河参与了海陆间大循环,黄河的水通过海水蒸发、水汽输送、降水等环节还能回来。 通过合作学习和讨论,一方面通过案例分析渗透了本课的重点、难点:水循环的地理意义和人类的水循环影响,便于难点的突破;另一方面也加强了学生合作意识及地理科学素养培养,同时认识到了自然界水的动态平衡,受到辩证唯物主义教育。
第四环节:凝练升华。学习了水循环的过程,我们来认识一下水循环的意义。结论:水循环维持了全球水的动态平衡;水循环使得地球上的各种水体处于不断更新状态;水循环是地球上最活跃的能量交换和物质转移过程之一。思考,讨论、作答通过对水循环过程的理解,在老师的引导下,学生之间讨论出水循环的意义,并揭示出不断学习,不断更新知识的重要性。
第五环节:雄辩天下。给出辩论题目“水资源通过水循环可以得到更新,那么水是“取之不尽、用之不竭”的资源。学生根据自己课下搜集到的资料分成正反两方阵营,对本题目进行观点阐述、自由辩论、总结发言等环节。“真理越辩越明”,通过辩论激发学生学习的新,增强水资源的忧患意识,树立科学的资源观。
第六环节:我的金点子。播放视频MTV《水》片段。引导学生提出自己节水的金点子。教师加以归纳总结:大力发展绿化,增加森林面积涵养水源。推广节水技术,提高水资源的综合利用率。发展节水农业,采用先进的灌溉技术。提高公民节水意识,提高水价。保护水资源,减少水污染。修水库、跨流域调水。海水淡化。学生自由发言,从开源和节流两个方面提出自己的金点子。加深和巩固本节课的内容,完成本节课的学习。树立节水意识和环保意识。
本节课笔者设计了下面的板书,为的是使学生有清晰的知识脉络,能够形成知识框架,便于学生理解掌握:
自然界中的水循环
一、 水循环的能量来源:太阳辐射、重力能。
二、 水循环的过程、环节和类型
海陆间大循环——蒸发、水汽输送、降水、下渗、地表径流、地下径流
内陆水循环——蒸发(植物蒸腾)、降水、下渗
海上水循环——蒸发、降水
三、 水循环的意义
水循环的形成范文3
关键词:城市水循环经济
一、城市水循环提出的重要性
水是社会经济建设与发展的基础性、战略性资源。但是,近年由于人们多注重水资源的经济性,忽略其循环的自然规律和健康性,导致水资源短缺、水环境恶化等一系列问题,这些问题的出现严重制约了社会经济的持续健康发展。21世纪是协调人口、资源、环境与发展的世纪,人类社会只有建立起物质循环型的城市才能持续发展。张杰院士认为,社会用水的健康循环是循环型社会的基础,通过实现健康水循环,可以使水的社会小循环与自然大循环相辅相成、协调发展,实现人与自然和谐发展,维系良好的水环境。
城市是人类生存环境给自然系统所加的最重负担。城市水生态环境是一个建立在自然环境之上的高度人工化的环境,既具有自然环境的复杂性、易变性、难于恢复性,还具有人工环境独有的人类活动主导性,易受外界干扰性的开放性,输入输出不均衡性。城市化的进展直接或间接地改变着水环境,影响城市居民的生活质量和社会福利。据预测,到2020年我国城市化水平将达到50%左右。为此,必须深刻地研究城市化对城市水循环要素的影响,采取科学的对策,健全城市水循环系统,提高城市水资源承载能力和水环境容量,促进城市的可持续发展。在加快城市化进程的同时,需处理好城市水循环与城市发展的关系,搞好城市水资源开发及保护以确保城市化进程的顺利进行。
循环经济具有减量化、再利用、再循环三大操作原则,即3r原则。减量化属于输人端方法,旨在减少进入生产和消费过程中物质和能源的流量;再利用属于过程性方法,目的是延长产品和服务的时间强度;再循环属于输出端方法,要求物品完成使用功能后重新变成再生资源。实现水资源可持续利用和城市水循环也要遵循这三个原则。水循环经济是指运用自然生态系统中水循环运动规律重构水经济系统,使水社会循环能和谐地纳入自然生态系统的水循环过程中,形成健康的社会水循环,建立一种新形态的水闭路循环流动性经济。其内涵是要实现水资源的可持续利用,建立水循环经济性的社会。把经济社会建立在水资源循环利用的基础上,改变过去水资源——使用消费——污水排放的单向流动的线性经济;变成水资源——使用消费——污水再生处理——水再循环,形成水资源在经济——社会——环境复合生态系统中的往复循环流动的闭路循环经济。
二、影响城市水循环的因素
(一)人口规模的增大对城市水循环造成影响
人口规模的扩大对用水需求的影响体现在两个方面:一是直接影响。人类饮用、清洁都需要淡水资源,人口增加首先增加的是生活用水,这一用水量的增加基本上与人口同比例增加。而且,伴随人们生活水平的提高,人均生活用水量的增加可能会快于人口增加的速度。二是间接影响。现代社会人口的增加往往还伴随着技术的进步和产业的发展,无论工业、农业还是服务业,其规模的增长都会导致用水量的增加。不过,这种规律只反映了人类发展的一般进程,具体到一个地区,鉴于不同产业对水资源消耗量的差异,地区产业结构调整的方向会对间接用水产生较大的影响。在特定地域、特定阶段,因人口规模扩大导致的产业发展进而造成的用水需求变动的方向是不确定的。
在水资源供给方面,北京市水务局数据显示,北京水资源由两部分构成:一是本地区降雨形成的水量;二是上游入境水量。北京市水资源公报显示,北京多年平均降水总量98亿立方米,蒸发约60亿立方米,形成总量约为37.4亿立方米的水资源;北京多年平均入境水量16.1亿立方米,二者合计53.5亿立方米。实际上,北京平均每年可以利用的地表水总量仅约为14亿立方米,加上25.6亿立方米地下水,共计约40亿立方米。
在水资源需求方面,北京每年生产生活用水总量约为34.5亿立方米(2006年全市总用水量为34.3亿平方米,2007年为34.8亿平方米,2008年为35.1亿平方米),40亿立方米供给,34.5亿立方米需求,北京的水似乎够用。但近年来北京降水量明显减少,入境水量也连续9年减少,从10亿立方米逐年下降到7亿立方米,与常年平均数据16.1亿立方米相差甚远。供给方面,北京可利用水资源往往不足40亿立方米;需求方面,随着大量外来人员涌入北京,用水量也在随着增加,导致北京地表水流出量少于流入量,以及地下水逐年减少。为解决水资源短缺问题,北京市采取了大量行之有效的措施,农业用水、工业用水都有所下降。但就目前情况来看,节水空间已经非常有限。况且,人口扩张,工业、服务业等生产用水也会随之增加。同时,随着公众对生态环境要求提高,生态用水也应当得到足够保证。就目前形势,一旦北京遇上连续干旱,情况就很危急。
(二)城市化的发展对水资源循环利用的影响
水循环的形成范文4
这是孩童常常提出的问题,但这个问题的答案似乎并不是我们想象得那样简单。一般而言,我们认为降落之后的雨水有3个主要的去向:变为水蒸气进入到大气;形成径流,进而形成江河湖泊;下渗形成地下水。
其实,水蒸气从陆地表面进入到大气,包括了两个不同的生物物理过程:一是与太阳辐射直接相关的蒸发,二是通过生物调节的植物蒸腾作用。在一般人的印象中,大地、江河、湖泊的蒸发似乎是陆地表面向大气“供水”的主要来源,但近期经过科学家研究发现,植物的蒸腾是水汽从陆地表面上升的主要方式,占到整个水汽总量的80%~90%。
蒸腾,大气水分的主要来源
地表蒸发失水与植物蒸腾失水,合起来被称为“蒸散”。人们对蒸散中蒸腾的比例向来很感兴趣,一般通过原位的树液测定技术或者同位素技术来区分蒸发和蒸腾。比如,近期新墨西哥大学的研究人员通过同位素拆分技术发现,植物的蒸腾每年向大气输送大概6.2万立方千米的水分,是陆地水循环的主要方式。不同类型的生态系统蒸腾的比例是不同的,从稀树大草原到热带雨林,蒸腾占蒸散的百分比依次增加,如草原只有51%,而热带雨林的比例是70%。6.2万立方千米的水量看着是个很大的数字,但跟全球的水循环相比,这绝对不是什么天文数字了。整个地球的水量大概是1.338×109立方千米,但96.5%的水是海水,不能供植物蒸腾或者供人类饮用。海洋表面很少有植物或者植物的蒸腾作用,只有近海岸的红树林才有显著的蒸腾,但由于份额太小,因此对于海洋生态系统而言,蒸发是主要的水循环方式。因为整个地球表面的75%是海洋洋面,海洋蒸发占到全球蒸发总量的86%左右,是全球水循环的主要方式。
陆地生态系统的“活跃水”,即淡水,只占到全球水量的2.5%。而这2.5%中又有68.6%的冰帽、冰河和永久性积雪不能被利用。还有30.1%是地下水,地下水是干旱、半干旱地区植物蒸腾的主要水源。在热带、亚热带和温带地区的植物还可以利用土壤水和临时降雨。至此,我们或许会了解蒸腾为什么是陆地生态系统水循环的主要方式了:蒸发主要发生在土壤表面,而植物由于具有扎入深层土壤的根,还可以利用土壤水和地下水。蒸腾是植物通过根吸收水分蒸发到大气的过程,主要靠植物根的分布、叶片气孔对干旱的敏感性、植物本身应对水分亏缺的能力共同调节。如在干旱少雨的季节,植物会通过落叶的方式来减少蒸腾的面积,从而减少水分利用。长时间的干旱少雨还会促使植物延长根须,以便获得深层土壤的水源。如目前人们所知道的最大根深植物牧羊树就分布在非洲荒漠,它可以深入地下达68 米。有意思的是,一些外来的深根性植物(如柽柳),由于高蒸腾速率,致使地下水水层下降,造成其他一些中等根深的植物死亡、灭绝。因此,植物对蒸腾的调节方式还会改变当地的物种组成,显著改变水循环的方式。
植物气孔,调节蒸腾的阀门
气孔是叶片上水汽逸出和二氧化碳吸收的“阀门”,调节着蒸腾作用和光合作用。不同的植物气孔对蒸腾的控制能力不同,所以形成了多样化的“水分利用策略”。对草本植物或树龄不大的树而言,它们的蒸腾能力很强,气孔对蒸腾的控制能力相对较弱,而植物的生长速度往往较快。但随着环境条件变差,植物就会懂得“节约用水”,如干旱来临的时候,很多植物都会通过气孔加强对蒸腾的控制。由于叶片失水和吸收二氧化碳的通道都是气孔,因此植物蒸腾失水的主要目的是吸收二氧化碳,它们总是倾向于以最少的水分损失换取尽可能多的二氧化碳。但这对植物而言是个永远都无法调和的矛盾,没有只吸收二氧化碳而不散失水分的植物。即使对于景天酸科的仙人掌,它也只是把蒸腾失水与二氧化碳吸收在时间上分开进行而已,这样它就可以以最小的代价获得最多的二氧化碳了。
除了吸收二氧化碳,蒸腾对植物的第二个好处是帮助植物降温。在阳光充足的条件下,叶片所吸收的辐射如果不能有效地耗散,便会在1分钟的时间内迅速升至100℃。很难想象没有蒸腾作用的植物如何进行一系列的生理活动。蒸腾流从根到叶片的流动,还会促使土壤中的营养物质和溶液(如无机养分、氨基酸和植物激素)运输到植物体内。
水循环的形成范文5
白云和乌云的区别在于厚薄,不在于颜色。当云聚集的水汽和尘埃逐渐增多时,它的厚度和不透光性也在逐渐增加,所以看到乌云就知道快要下雨了。白云是指停留大气层上的水滴或瓦斯或冰晶胶体的集合体。云是地球上庞大的水循环的有形的结果。
云是大气中的水蒸气遇冷液化成的小水滴或凝华成的小冰晶,所混合组成的漂浮在空中的可见聚合物。云是地球上庞大的水循环的有形的结果。太阳照在地球的表面,水蒸发形成水蒸气,一旦水汽过饱和,水分子就会聚集在空气中的微尘(凝结核)周围,由此产生的水滴或冰晶将阳光散射到各个方向,这就产生了云的外观。并且,云可以形成各种的形状,也因在天上的不同高度、形态而分为许多种。
(来源:文章屋网 )
水循环的形成范文6
关键词:水资源规划给水排水
传统的或现行的城市给水排水专业规划的基本要求是:如何满足城市生产与生活用水的需求和保证排水快速安全;而城市流域水资源循环利用与可持续发展规划概念是:除保证城市生产与生活用水的需求和安全外,是将一个城市或一个区域的供水或污水废水都把它看成是一种资源,而对这种资源进行系统的规划,使之合理的进行处理与循环利用,达到本区域或本流域的水环境平衡,保持社会经济的可持续发展,构筑资源节约型,环境友好型城市。
1社会水循环与自然水循环的关系
社会水循环是自然水循环的一个附加组成部分,对自然水循环产生强烈的相互交流作用,不同程度地改变世界上水的循环运动。开发利用水资源是人类对水资源时空分布进行干预的直接方式,在人类大兴水利带来巨大生产效益和能源效益的同时,社会水循环对自然水循环带来的负面影响也日益显现出来。主要表现在以下几个方面:①水循环的途径被改变(时空变化),人工水库、人工运河、大坝、长距离跨流域引水等水利工程都大规模地截流水量,改变水循环的途径,使下游河段过水量减少,甚至干涸,导致河流对地下水补给量锐减。跨流域的调水,会加大地表水分支流域,水流的分散性增强,有可能影响地表水的更新周期和运动节律;②水循环量发生变化。人类提取的径流量每年达到全球可更新水资源量的10%左右,显著地改变了地表河流的入海量,使得不同层次区域上水循环量发生了显著的变化。③水质的变化,水体经过人类用水循环的干扰后,在水中化学物质的种类和数量上都有了极大的增加。污染源包括未处理的污水、化学排放物以及农田中冲刷的和渗入地下的农用化学品。
2我国社会水循环现状与传统城市给排水规划观念的反思
目前,我国总体上来看,社会水循环仍是一种粗放式、单向流的循环机制。即从流域上游或地下水含水层取水,经过用户一次利用之后,大部分排放至下游水体中。在整个水循环过程中,水只是一次性得到利用,并没有形成负反馈机制。全国可开采水资源总量的58%已经被使用,工农业发展和生活用水的增长全部依靠增加水资源的开采量来得到满足。但是,这些用于农业,农灌尾水和农田径流挟带着大量的化肥、农药回归水体,城市用户产生的大量污水大部分直接排放,不断地加大了对自然水循环的干扰,从而造成了两者之间的尖锐矛盾。
据预测,全国可开采利用的水资源,不考虑从西南调水,扣除生态环境用水后约为8000~9500X108m3,到2050年,全国需水量可能达到7000~8000X108m3,届时将接近可开采量的极限。到21世纪中叶,预计我国城市污水仍有较大增长,其中生活污水增长量占据了总增长量的较大份额。
就传统的城市给水规划而言,给水规划是以满足城市用水量要求,保证供水水质为最终目的,常把重点放在寻找水源上。但由于区域水资源受到污染,或暂时受到污染,水源水质不能满足城市供水水源的水质标准要求,在一时难以选择到理想的水源时,许多城市不是如何想办法治理和防止区域流域污染,而仍是从源头、上游取水。总的来看,城镇发展取水用水一直沿用这样一种线性思维:从近处取水不足时从上游或周围地区调水,用后排放、废弃;水资源仍不足时,考虑从更远一些的地方去调水。这种思维方式的流行,促使很多地方建设的引水工程其规模越来越大,距离越来越远,而把城市河流变成了天然下水道。这种用水策略越来越依赖城市内陆腹地河流上游地区水源的可用性。但这种可用性面临着越来越大的挑战。尤其是河流上游地区的用水增加,而下游地区可利用水资源量不断下降,同时水质也在不断恶化。
这种传统用水模式的弊端是:①大量的长距离调水工程,带来日益增长的巨额费用,造成越来越重的财政负担和水价的上涨;②可供用水量会日益衰减,水质安全问题难以保证;③河流生命将逐步丧失,景观和地貌会加速改变;④城市和地区之间的冲突和潜在纠纷会日益增加。
在传统的排水模式方面,城市排水则是以防止雨洪内涝、排除和处理城市污水、保护城市公共环境和本区域流域水质为目的,普遍认为污水是有害的,应尽快排除到城市下游。这种观念导致的结果往往是保护了局部的生活环境,危害了广大流域地区。这种传统排水模式的弊端是:①对城市排水规划理念的认识不明确,内容过于粗糙,排水规划只是简单地根据用地规划和城市道路规划划分排水区域,确定排水体制,大致勾勒出排水主干线和污水处理厂的位置,没有进行必要的区域水资源方案论证和综合协调,缺乏科学合理的方案比较;②传统城市排水规划只局限于单一的排放而不具备水资源循环利用与持续发展的观念,没有确立雨水、污水亦是一种资源以及要优先利用然后再排放的思想;③局限于本城市或本区域的排水规划,缺乏流域综合开发与利用的观念;④城市排水规划与市政污水与雨水处理设施建设缺乏有效的协调和配合;⑤缺少雨水污水资源化利用的技术配套措施。
总之,在我国传统的城市给排水规划理念中,比较多地受到“改造自然”、“人定胜天”等思想的影响,没有把人类作为流域内生态系统的一部分来加以研究和考察,片面地强调满足人类社会发展的愿望,以致干扰甚至破坏了流域和区域生态系统的协调和均衡。
3城市可持续发展的社会水循环理念
其实,在流域的城市群中,大多数城市都是临水而建,通过若干年的建设与发展,从城市功能上基本连成一体,一个城市的下游同时是另一个下游城市的上游。作为良好的水环境并不是局部地域而是整个流域。
在一座城市中,健康的水循环是要求城市具有完备的给水排水系统,既要有安全、可靠的供水系统,为居民提供洁净的饮用水,又要有污水收集、处理、深度净化、有效利用与排除系统。
如何建立城市可持续发展的社会水循环理念,在与传统的城市排水系统相比,至少在理念上具有以下三个方面的根本性变化。
4城市水资源循环利用与可持续发展规划理念
提出城市流域水资源循环利用与可持续发展规划概念,主要是基于对目前现行的城市给水排水专业规划在规划理念上一种转变的探讨,是实现现代城市给排水规划概念的关键,城市给排水规划由传统观念向现念转变可归纳为以下几个方面:
从人对自然的索取向人与自然的协调共生、更有效地利用水资源可再生特性的观念转变;从以需定供,向以供定需转变;从以管理出厂水质为主,向管理用户水质转变;从各自为政、各取所需,向资源共享、流域统筹管理转变;从重常规处理工艺,向深度强化处理工艺转变;从开源与节流并重,向以节流为先,治污为本,科学开源,综合利用转变;从重污水达标排放,向污水资源化利用转变;从只注重终端处理,向既注重终端处理更注重始端管理转变;从单纯的雨水防洪排涝,向水资源利用角度强化雨水的管理和利用转变;从传统管理,向信息化管理,社会化服务,法制化监控,多元化投资转变。
在现代城市供水系统的规划与设计中,新的供水规划理念是:首先考虑的是任何保护本区域的流域水源,科学分析流域水源的水量与水环境容量,全面提高水资源使用效率;在缺水城市和地区,要向当地政府和规划部门提出调整产业结构及控制用地规模,限制大耗水工业的发展,提高工业重复用水率;对与城市供水存在一定矛盾的上游农业区应积极发展节水农业,包括调整种植结构、产业结构使之与资源条件相匹配并推行节水灌溉,为下游城市提供丰裕的水资源环境;在城市用水规模预测中把工业节水指标考虑进去,并使工业复用水率这一主要节水控制指标落到实处;城市取水规划应立足于依靠本地区河流的水资源来解决,最大限度地控制远距离调水,在保证生态用水量的情况下控制取水规模。一般认为取水量不超过径流量的40%是较为合适的;在缺水严重的地区,在取水量不得已超过径流量40%时,必须根据河流生态需水的质和量要求,利用再生水补给,增加相应份额的生态用水量;上游城市的用水和排水不影响下游城市的用水,实现水资源共享,每个城市既需要限制取水的数量,也要控制排水的数量和质量,不至于污染下游河段,从而保证整条河流的水资源利用是可持续的。
随着社会的发展和环境意识的增强,我国水污染控制经历了由单一污染源的治理、污水达标排放到区域综合防治、总量控制的两个阶段。但其中废水处理设备运行率、利用率、污染物去除率大部分不高,很多设备没有发挥作用。同时对城市污水处理厂的重视也不够,尤其缺乏污水再生、再循环的理念。
在新的排水规划理念中,首先应该考虑的是如何保护本区域的流域水源,科学分析流域水源的水环境容量,根据地形与地貌,以流域来划分排水分区,确定排水体制,制定排放标准以及处理工艺路线,提出节能减排目标,提高水资源使用效率。
在进行城市总体规划时,要及时编制区域水资源规划。排水规划应改变以往总是服从于总体规划,被动地与城市总体布局相配套的工作观念和工作方式。应主动探索,为总体规划提出与区域水资源规划和排水规划密切相关的合理化建议,例如,为满足区域水资源规划要求,在作总体规划时,明确提出需要保留的天然水系和满足排水要求的道路设计与高程设计等;要积极与水利、城市防洪等专业规划配合,合理利用水资源。要树立流域观念,打破行政区划,站在全流域的高度来考虑城市及区域排水规划。