第二章　城市水资源

第一节　城市水资源的涵义

一、城市水资源的概念

20世纪70年代后期以来，社会经济快速发展，水的自然循环规律也发生着变化，使水资源的开发利用出现了新的问题，主要表现在以下三方面。

（1）水资源量严重不足　随着社会的发展，人口不断增加及城市化进程的加快，城市需水量逐渐增加。另一方面，由于温室气体排放增多，温室效应加剧，一些水利设施的不合理设置和运行，导致一些地区降水量显著减少，河流断流。城市化进程中路面覆盖面增大，降水入渗小，使城市内的地下水得不到有效的补充。这种水的自然循环规律的变化引起城市内水资源量有着逐年减少的趋势。在社会因素和自然因素的共同影响下，城市周围的水资源量逐渐不能满足城市生产和生活的需求。

（2）水资源污染日趋严重，水质不断恶化　工农业生产和人民生活过程中排放出大量的“三废”物质使当地的水源遭受严重污染，导致城市周围的水资源功能下降。为保持供水量，必须增加水处理设施，从而增大了供水成本。当水体功能从技术和经济方面考虑已不能满足城市的供水要求时，水资源量减少，此即形成所谓水资源的水质性减少。另一方面，由于水资源的循环和污染物的扩散性能，城市附近原来未被利用的水资源也会遭受不同程度的污染，使本来就具有的水资源供需矛盾更加尖锐，给城市经济和环境带来极大的不利影响，严重地制约着社会经济的可持续发展。

（3）水资源开发利用过程中带来了一系列环境问题　水资源供需矛盾导致一些地区无序地开采地下水，地下水漏斗逐年扩大，从而出现了如区域地下水位持续下降，地面沉降，地下水硬度上升等严重的环境地质问题。一些具有多层含水层的地下水由于井的施工质量低劣、特别是管外封堵不严密，在大降深的情况下形成上层污染水污染下层水的状况；傍河取水水源地由于降深增大可使被污染的地表水加快污染地下水；沿海地区由于地下水严重超采，出现了海水倒灌现象。这些问题直接导致区域供水目的层地下水的水质性减少。

城市附近的地表水体实际上成为居民生活和工业污废水的受纳水体。由于缺乏有效地规划与监管，城市与工业使用后的水不达标排放，或者污染总量超过环境容量，地表水的水质日趋恶化。多数城市与工业基地附近地表水的水质指标远大于《地面水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅴ类标准值，俗称“劣Ⅴ类”水体，完全失去了正常的使用功能。

城市发展遇到了水资源的制约，迫使政府多渠道解决水资源的供需矛盾问题，同时也引起了国家对水资源管理行政的调整和优化。同时水资源的属性及与城市的关系问题也越来越引起研究者的重视，针对最大限度地利用传统意义的水资源，并多渠道开源以满足城市需水量的研究不断深入，并由此产生了“城市水资源”的提法。

城市附近的地表水和地下水资源不能满足城市的需求，迫使城市供水水源地由城区向郊外扩展，甚至出现了跨地区、跨流域调水工程。通过水价的经济杠杆作用和节水工作的推进，企业的水循环利用率不断提高，生产废水有条件地循环使用。随着环境保护工作力度加大，水和废水处理技术水平的不断提高，污废水通过有效处理后水质可以达到特定用户的用水要求，也成为城市与工业可利用的水量。一些严重缺水地区，不得不利用高盐度、高氯化物、高硫酸盐、高硫化氢等低质水处理后作为生产用水。随着城市供用水矛盾的不断加剧，规划和设计部门转变理念，推行分质用水，特别是推行利用中水和当地雨水进行浇洒绿化，小区内则推行利用建筑中水。沿海地区不断加大了海水利用率，海水淡化利用量逐年增加。这些用水的变化，大大扩展了水资源的内涵，也促进了相关水处理和利用技术的不断进步。因此，城市水资源可理解为一切可为城市生活和生产活动所用的水源，其范畴包括城市及其周围的地表水和地下水、被调来的外来水源、海水、城市雨水、生活与工业再生水、建筑中水、低质水，以及污（废）水等。

二、城市水资源的类型

从城市水资源的概念可以看出，城市水资源包含空间、属性和使用功能三方面的类型。从空间角度可分为本地水资源和区外水资源，从属性方面可分为地下水、地表水、城市雨水、建筑中水、低质水、再生水、污（废）水等。从满足城市集中式供水水源水量要求角度考虑，城市水资源的主要类型可归纳为地下水、地表水、低质水及再生水等四种。

（一）地下水

地下水是储存并运动于岩层空隙中的水。根据其埋藏条件可将其分为上层滞水、潜水和承压水三种类型；根据含水层的岩性不同，可将其分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水三种类型；根据其所在含水层的深度，可分为浅层水、中层水和深层水。

上述地下水的诸多类型是基于不同的研究角度而划分的，它们之间具有一定的联系，如储存于松散岩类含水层中的水有上层滞水、潜水或承压水，同时，这种水所在的含水层埋藏深度不同时，又有浅层水、中层水或深层水之分。为叙述方便，下面分别加以说明。

1.上层滞水

地面以下一定深度会有连续的地下水面，地下水面以上至地面部分称为包气带，地下水面以下部分称为饱水带。饱水带中的岩层按其给出与透过水的能力，划分为含水层和隔水层。能够给出并透过相当数量水的岩层称为含水层；不能给出并透过水，或者能给出或透过很少水的岩层称为隔水层。

上层滞水是赋存于包气带中局部隔水层上面的重力水。如在较厚的砂层或砂砾石层中夹有黏土或亚黏土透镜体时，降水或其他方式补给的地下水向下渗透过程中，受透镜体的阻挡而滞留和聚集便形成了上层滞水。

上层滞水完全靠大气降水或地表水体直接渗入补给，水量受季节控制显著。当透镜体分布较广时，可作为小型水源。但由于水从地表补给上层滞水的途径很短，要特别注意其污染防护。

2.潜水

潜水是饱水带中第一个具有自由水面的含水层中的重力水。潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。其自由水面称为潜水面，潜水面至地面的距离称为潜水位埋藏深度，潜水面至隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。潜水面上任一点距基准面的绝对标高称为潜水位，或称潜水位标高。

由于潜水面之上一般不存在或无稳定的隔水层，因而潜水在其全部的分布范围内均可直接接受通过包气带中水的补给。当与地表水或相邻承压含水层有水力联系时，也接受这些水的补给。天然状态下，重力作用使水由高地向低处径流，以泉或渗流排向下游，有条件时排出地表形成沼泽，或流入地表水体。

潜水可直接接受大气降水、地表水等补给，含水层厚度较大，渗透性较好时，富水性较大。它易于得到补充和恢复，因而是非常好的供水水源。但因其易受到污染，所以选用时要特别注意水源的保护。

3.承压水

承压水是充满于两个相邻隔水层之间的地下水。相邻隔水顶板和隔水底板之间的距离为含水层厚度。当隔水顶板被揭穿时，地下水在静水压力作用下，上升到含水层顶板以上某高度，该高度为承压水头，井中静止水位的高程为该点的测压水位。测压水位高于地面时，钻孔能够自喷出水，形成自流水。

承压水受隔水顶板的限制，与大气降水、地表水的联系较弱，因而气候、水文因素对其影响较小。天然条件下，主要通过含水层出露地表的补给区获得补给，并通过范围十分有限的排泄区排泄，有时也可通过上下相邻的含水层得到越流补给或排泄。所以它不像潜水那样具有一致的补给区的排泄区，而是补给区与排泄区明显不一，有的相距十分遥远。

由于承压水特殊的埋藏条件，使其不像潜水那样容易得到补充和恢复，但当含水层厚度较大时，往往具有良好的多年调节性能。

水力循环缓慢时，承压含水层中可保留年代很古老的水，甚至保留与沉积物同期形成的水。可见承压水的水质差异很大。一般承压水补给、径流条件愈好，水质就愈接近于入渗的大气水或地表水。补给、径流条件愈差，水与含水岩层接触时间愈长，从岩层中溶解的盐类就愈多，水的含盐量就愈高。

承压水一般不易就地受到污染，但其补给区实际上具有潜水含水层的性质，易受污染，因此在开发利用承压水时，将其补给区作为水源污染防护的重点区域之一。另外，水流循环缓慢的承压含水层一旦被污染后很难使其净化，因此，一定要加强对其污染的防护。

上层滞水、潜水和承压水的形成条件见图2-1。

4.松散岩类孔隙水

含水层为松散沉积物，含水层岩性为砂、砾石。随着沉积物的类型、地质构造、地貌形态以及所处的地形部位等不同，孔隙水的分布、富水性以及补给、径流和排泄均有差异。

（1）洪积物中孔隙水　洪积物中的地下水常分布于山脉与平原的交接部位，或山间盆地的周缘的松散洪积扇中。地下水的特征具有明显的分带性。洪积扇上部，颗粒粗大，给水度大，渗透性良好，十分有利于吸收降水及由山区汇积的地表径流，此带为补给区，水量最为丰富，水质优良，但水位埋藏较深。洪积扇中部，地形变缓，颗粒变细，渗透性变差。靠近中下部时，地下径流受阻，常形成壅水，地下水位变浅，在适宜的条件下以泉或沼泽的形式出露于地表，此即洪积扇的前缘。洪积扇下部，即没入平原地带，水位埋深又加大，岩性进一步变细，渗透性明显减小，富水性减弱。

（2）冲积物中孔隙水　冲积物中的地下水常由河流发育有关，其分布、补给、径流、排泄及水质均与其沉积物所在的部位相关。现代河流沉积物中的地下水常与河水发生水力联系，在河流补给有充分保证，而水质又不影响地下水水质的情况下，傍河取水往往是较为理想的取水方式。

（3）湖积物孔隙水　湖积物中的地下水常与河流冲积物相类似，但其沉积物能否构成含水层与沉积物粒度成分有关，完全取决于沉积当时的环境条件。只有对沉积环境做出正确的分析，才能对含水层的性质与分布范围做出正确的判断。当含水层与现代湖泊有水力联系时，无论有无其他补给源，湖水量是含水层可利用水量的最终保证。

（4）滨海三角洲中孔隙水　滨海三角洲常形成渗透性良好的含水层，但地下水一般为半咸水，在海潮涨落幅度较大而地形坡度较小的地区，半咸水的分布更广，这种水不能直接用于供水。在三角洲沉积高于地表或海平面达一定高度时，入渗的大气降水可将部分咸水淡化，在含水层中形成咸淡水分界面。在开发此类地下水时，要注意防止由于淡水水位降低而引起的海水倒灌现象发生。

5.基岩裂隙水

裂隙水是指储存和运移于坚硬岩石裂隙中的水。水的运动受裂隙方向及其连通程度的限制。不同的岩石受到不同的应力作用产生不同的裂隙。根据岩石中裂隙发育的种类可将裂隙水分为成岩裂隙水、风化裂隙水和构造裂隙水三种类型。

（1）成岩裂隙水　成岩裂隙是在岩石成岩过程中受到内部应力作用而产生的原生裂隙。具有成岩裂隙的岩层出露地表时，常赋存裂隙潜水。具有成岩裂隙的岩体为后期地层所覆盖时，也可构成承压含水层。

不同的岩石裂隙发育不同，导致富水性也有所不同。如岩浆岩中成岩裂隙水较为发育；深成岩中成岩裂隙张开性差，密度小，后期构造裂隙在此基础上进一步发育时，才能构成较好的含水层，往往具有脉状裂隙水的特征；玄武岩经常发育柱状节理及层面节理，裂隙均匀密集，张开性好，贯穿连通，常形成储水丰富、导水畅通的潜水含水层。补给条件较好时，水量丰富，可作为中型甚至大型供水水源。

此外，岩脉及侵入岩体接触带成岩裂隙特别发育（受后期构造作用时，可发育成构造裂隙），其产状大多近于直立或急倾斜的，在周围相对隔水的岩层中，常构成成岩裂隙承压水，但一般规模比较有限，水量不大。

（2）风化裂隙水　各种成因的岩石，脱离原有成岩环境，暴露于地表，在温度变化和水、空气、生物等各种风化营力作用下，遭到破坏，形成风化裂隙。它们常在成岩裂隙和构造裂隙的基础上，经由物理、化学和生物的风化作用而形成。由于风化营力在地表最为活跃，故岩石的风化裂隙随深度加大而减弱，一般在数米到数十米深度内，形成均匀、密集、相互连通的网状风化裂隙带，仅在局部沿着构造断裂带发育，可以深入地下相当深处。

风化裂隙一般发育比较密集均匀，有一定张开性，赋存于其中的水通常相互沟通，具有统一的水位。被风化的岩石构成含水层，下部一定深度未被风化的基岩构成隔水底板，形成潜水。

由于风化带呈壳状包裹于基岩表面，厚度有限，又常受到冲刷和切割，故风化壳常呈不连续分布。因此，风化裂隙含水层的厚度与规模一般不大，补给范围有限，可作为小型分散的供水水源。

（3）构造裂隙水　构造裂隙是岩石在构造运动过程中受到应力作用而产生的裂隙。构造裂隙受到育受岩石性质、边界条件和应力强度及分布等因素的综合控制，因此，裂隙发育一般极不均匀。

根据形成构造裂隙时应力分布及强度性情况可将其分为脉状构造裂隙、层状构造裂隙和断层3种基本形式。

脉状构造裂隙是在应力分布相当不均匀，且强度有限时形成的。岩体中张开性构造裂隙分布不连续，互不沟通。形成若干互不联系的含水裂隙系统，没有统一的水位。规模大的含水裂隙系统补给范围大，水量充足，可形成较大的水源地。如果该系统与地表水或其他含水层相连通，则更是良好的供水水源。规模小的含水裂隙系统补给有限，井孔揭露时初期水压很大，但不久水位骤然下降，水量也急剧减少，一般不能作为集中供水水源。

层状构造裂隙在应力分布较为均匀且强度足够时形成。岩体中形成比较密集均匀且相互连通的张开性构造裂隙。层状构造裂隙水常具有统一的水位，可以是潜水，也可以是承压水。形成承压水时，往往是柔性的脆性岩层互层，前者构成具有闭合裂隙的隔水层，后者形成张开裂隙构成含水层。补给条件良好时，层状含水层中常可开采相当数量的地下水。

断层是在强大的构造应力作用下形成的，常穿越岩性与时代不同的多个岩层。断层的规模大小悬殊，大断层可延伸数百公里，断层带的宽度可达数百米，深达数公里。

具有水文地质意义的断层类型有张性断层、压性断层和扭性断层。张性断裂由张应力产生，多为正断层，断层带以疏松的角砾岩为主，透水性好，但断层带旁侧的裂隙并不发育。压性断层由于强大的压力形成，常使岩层极度破碎压密，甚至产生片岩化。因此，破碎带本身往往是隔水的，但破碎带两侧裂隙较发育，尤其是断层上盘的岩石，其透水性往往比破碎带中心部分还好。扭性断层延伸远，随两盘岩性及应力强度的不同，断层破碎带分布角砾岩、糜棱岩等，断层旁侧裂隙发育，或有分支断层。

断层是局部性构造裂隙，根据其通水能力又可分为导水断层和阻水断层。导水断层是特殊的水文地质体。断层破碎带及其旁侧裂隙强烈发育部分，构成一个统一的储水空间，可以看作急倾斜的层状含水体。导水断层不仅是储水空间，同时还是集水廊道与导水通道，往往能提供较大的水量，但从局部看其性质与层状裂隙水相近。从整体上看，分布较为局限，与脉状裂隙水又有相似之处。因此，可把它看作一种独立类型的裂隙水——带状裂隙水。阻水断层常由压性断层构成，特别当其发育于柔性岩层中时，通常不透水或透水性极弱。阻水断层将原来统一的含水层切割分离，形成互不连通的块段。受阻的地下水水位抬高，常使地下水滞流汇水。

6.岩溶水

岩溶水是赋存和运移于岩溶化地层中的地下水。溶穴是岩溶水的储存和运移场所。溶穴是由岩石被溶蚀后而产生的。可溶岩石和具侵蚀性的水流是岩溶发育的基本条件，而水的流动是岩溶发育的必要条件。可溶岩石在化学溶解及随之产生的机械破坏作用，以及化学沉淀和机械沉积作用下形成典型的岩溶地貌景观，在地表有石林、孤峰、落水洞、波立谷等，在地下则形成溶孔、溶洞、暗河等。

可溶岩包括卤化物类岩石，如食盐、钾盐、镁盐等；硫酸盐类岩石，如石膏；碳酸盐类岩石，如石灰岩、白云岩、大理岩等。其中碳酸盐类岩石分布最广，因此，通常所说的岩溶主要指发育于该类岩石中的岩溶作用与现象。

水在可溶岩中运动时进行差异性溶蚀，使岩层中原有孔隙和裂隙扩展，因此岩溶水的分布比裂隙水更不均匀。岩溶水主要赋存于以主要岩溶通道为中心的岩溶系统中，并未形成统一的含水层。

岩溶水在大的洞穴中呈现无压水流，有时甚至形成地下湖，而在较小的管路与裂隙中，则形成有压水流。因此，在同一岩溶含水体中，无压水流和有压水流并存。有压水流在尺寸变化的同一岩溶通道中流动时，断面大的地段流速变慢，断面小的地段流速变大。由于速度水头的变化，致使同一岩溶水体呈现不同的水位。

岩溶含水层水量往往比较丰富，常可作为大型供水水源。我国北方地区的许多城市利用岩溶水作为城市供水水源，但有些地区岩溶水位埋深较大，凿井深度较大，工程投资及运行费用也较高。在地质条件适宜的情况下，岩溶水出露地表，形成岩溶泉。当岩溶分布较广，补给充分时，这些泉的流量稳定，水量较大，水质较好时为理想的城市供水水源。

7.浅层水、中层水和深层水

在人们的习惯中，浅层水、中层水和深层水总是从地下水位或井的深度来划分。这样会形成许多错误的认识。如深埋的承压含水层，其隔水顶板未被水井揭穿时，该层的水位并不能被测得，这时认为该水是深层水。但当其隔水顶板被穿透时，在水压的作用下，井中水位很快上升到一定高度，有的甚至会高出地面而形成自流水，此时，若按水位划分，认为该水为浅层水。这样，处于同一层位的水就被命名为两种不同的水，显然是不合理的。

从井的深度划分也不合理。如埋深较浅，且含水层厚度较大的潜水，可能很浅的井便可测得潜水位，并能取得一定的水量，此时认为该水为浅层水。继续向下钻进，只要不揭穿该潜水的隔水底板，该井中的地下水位就无任何变化。但按井深划分时，此时又认为是深层水。这显然是矛盾的。

浅层水、中层水和深层水应按含水层的埋藏深度而划分。这样既反映出地下水的埋藏特征，又可结合井的深度，因为当含水层埋深较大时，井深必须达到该含水层所在的深度时才能取得该层地下水，实现了含水层埋深与井深的统一。

目前，浅层水、中层水和深层水的具体划分界线也较为模糊。按含水层的埋藏深度划分时，一般以地面以下第一层稳定连续的隔水层为界，以上划分为浅层水，以下划分为中、深层水。划分中、深层水的界限时首先要考虑第二个稳定连续的隔水层，第一、第二个稳定隔水层之间的水为中层水，第二个稳定隔水层以下的水称为深层水。当第一稳定隔水层下具有多个稳定连续的隔水层时，要考虑结合当地较深开采井的平均深度，有时还应参考目前技术条件下凿井设备的经济施工深度而定。

（二）地表水

地表水是指存在于地壳表面，暴露于大气的水。从其储存和运移场所角度考虑，地表水又分为陆地地表水和海水两种类型。陆地地表水以其自然属性可分为河流、冰川、湖泊、沼泽水4种水体，以其功能和属性又包括河水、湖泊和水库水等。陆地地表水直接接受大气降水和冰川融水的补给，水流交替活跃，其水量和径流特征具有明显的地域特征。

与地下水相比，地表水源水量较为充沛，分布较为广泛，因此，许多城市利用地表水作为供水水源。

1.河水

中国大小河流总长度约42×10⁴km，流域面积在100km²以上的河流约5万多条，河川径流总量27115×10⁸m³。

河流是地球上最活跃的水体。它不仅拥有丰富的水量，而且蕴藏着巨大的能量，同时又是许多生物赖以生存的场所。因此，自古以来河流就是人类主要的生存基础。

河流的主要形态指标有河源、河口、河段、河长、河宽、河床等，主要特征指标有河流的水位、流量、流速及含沙量等。

（1）河流的形态　在水流、河床、地形条件及泥沙运动的共同作用下，河流的形态常发生变化。从山区至山前平原，河谷由“V”形向“U”形转变，特别是在上游地区，往往形成深切的“V”形谷，两岸十分陡峭，水流速度很快。中游地区地形坡度相对平缓，水流较为平缓，河谷变宽，形成“U”形河谷。下游地处平原区，地形开阔，地势变缓，水的动力明显减弱，从而形成较为开阔的河道。由于洪水反复作用，水动力变化，平原河流也常常形成复杂的河谷形态。

平原河流按平面形态与演变特点分为顺直微弯型河段、弯曲型河段、分汊河段、游荡性河段等几种类型。

顺直微弯型河段中河床较为顺直或略有弯曲，河岸的可动性小于河床的可动性。这类河段多位于比较狭窄顺直的河谷，或河岸不易冲刷的宽广河谷中。当沙波在推移过程中受到岸的阻碍时，其一端与岸相接，另一端伸向河心，形成沙嘴。在沙嘴处泥沙淤积，形成边滩。边滩束缩水流，使对岸河床冲刷，形成深槽。最终形成边滩与深槽犬牙交错形状的河床形态（图2-2）。

弯曲型河段河床蜿蜒曲折，河岸可动性大于河床可动性，易在两岸发展河弯，使河床变形（图2-3）。在弯曲型河段中，由于横向环流作用，使凹岸不断冲刷、崩退，凸岸不断淤积、延伸，结果使河弯更加弯曲。当两个弯道靠近时，洪水期水流往往可冲决河岸，最终使两个弯道相通形成直段，即所谓的“河流的截弯取直”，弯曲部分往往形成牛轭湖（图2-4）。

分汊河段的河道呈宽窄相间的莲藕状，宽段河槽中常有江心洲，河道分成两股或多股汊道（图2-5）。分汊河道的汊道经常处于缓慢发生、发展和衰退的过程中。

游荡性河段形成是由于河岸与河床的可动性都较大，在水流作用下河段迅速展宽变浅，形成大量沙滩，使水流分汊（图2-6）。

（2）河流的水文特征

①河流的补给　河流主要由雨水补给，因此河流水量与流域的降雨量在时程上密切相关，由于各流域雨量随季节变化，河流的径流量随之发生很大的变化。此外，同样的雨量，由于下垫面条件的不同，其形成河川径流的量也不同。

河流的补给除雨水补给外，还有雨雪混合补给、冰川补给及人工补给等几种补给源。雨雪混合补给的河流除具有雨水补给的特点外，每年冬末春初，气温逐渐升高时，流域坡面上的积雪开始融化，河流水量也逐渐增加，当融雪水量较多时还会形成桃汛。冰川补给是当冰川运动到气温大于0℃的地点融化成水后经过各种途径补给河流。冰川补给的河流与融雪水补给的河流具有相似的水文特点，但前者的水文特征比后者更有规律。人工补给是通过工程将客水引入河流的补给方式，它对于维持区域水资源平衡，实现水资源的合理调配和高效利用具有重要作用。此外，工农业废水和生活污水也是不可忽视的人工补给源，但水质未达标的污水排入受纳河流常引起严重的水污染。

河流的补给方式有地面补给和地下补给两种。地面补给包括地表坡面汇流和直接降落到河面的雨水。这类补给因受气象因素及下垫面因素的影响较显著，汇流历时短，变化情况较复杂，河流的流量有可能在短时间内有较大的变幅。地下补给是当河流切割含水层后，河水与地下水产生水力联系，当地下水水位高于河水位时，通过地下径流的方式将地下水从含水层中流入河流的补给方式。该补给是枯水季节河水水量的主要来源。

②径流的变化特征　由于气候在年内和年际常发生变化，因此河川的径流在年内和年际也有明显的变化。如在年内由于季节的不同，河川径流表现出洪水和枯水季节的不同径流特征。

径流的年内变化表现为一年中各段时间内径流量不同。洪水期内，当遭遇暴雨后，大量地面径流注入河槽，河流水量猛增，水位猛涨，引起断面流量迅速增加，这便形成洪水。在枯水季节，由于降雨很少，地面径流很少补给河流，河槽中流动的河水主要由地下水补给，当地下水补给量很少，甚至无补给时，河槽内便会产生断流。

③河流冰情　当气温低于0℃时，河槽中会出现流冰，有的甚至产生封冻现象。冰冻现象可造成河道堵塞，影响取水工程设施的正常运行。

④泥沙　河川径流形成过程中，由于水流对土壤的侵蚀、河槽的冲刷及泥石流等作用，河水中会有大量的泥沙。含沙的水流推动了河床的演变，同时影响着水流的流态。更重要的是引起河水水质的变化，影响了河水的取用，增大了供水的成本。

2.湖泊和水库水

（1）湖泊的特征　中国湖泊总面积约8×10⁴km²，其中面积在1000km²以上的有11个，面积在1km²以上的湖有2800余个。这些天然湖泊以青藏高原和长江中下游平原最为集中。

湖泊是由于局部地区地层下陷，或谷岸的崩塌形成洼地，得到降水或地下水补给时蓄水而成。湖泊的发展一般经历少年期、壮年期、老年期和消亡期。少年期保持形成湖泊盆地的原有形态，虽有沉淀发生，但对湖盆尚无显著影响。壮年期沿湖有岸滩形成，在河流注入处出现泥沙沉积的三角洲。老年期湖内浅滩到处扩展，整个湖盆形成平缓均一的盆地，四周围绕着三角洲及散布的沿岸浅滩。消亡期湖边水生植物随着湖盆的淤浅而逐渐向湖中扩展，沉水的植物可能逐渐被挺生的植物所代替，湖面变为沼泽或经人工围垦成为耕地。

湖泊按其起源分为坝造湖、盆地湖（包括侵蚀湖、火山湖、构造湖、冰川湖、堆积湖和泻湖）、混合湖；按泄水条件分为内陆湖、外流湖；按湖水成分分为淡水湖、微咸湖和咸水湖。

湖泊的水源与河流相同，有地表水和地下水。湖水量变化和水面状态变化均会引起湖水水位的变化。前者与水量平衡要素的变化有关，水位涨落的范围较大，而后者由于湖面上风的作用及气压的变化，引起水位涨落的范围则较小。

在诸多湖水量平衡要素中，流入湖泊的地面径流量是引起湖水量与水位变化的主要因素。这种径流变化决定于水源的种类。如以降水为水源的，则湖泊水位夏秋高涨，冬季降落，如以融雪水为水源，则春季略有上涨，如以冰川为水源的，则冬季水位最低，七、八月间水位最高，如以地下水为水源的，则一般对湖泊水位的影响不大。此外，水位还受风浪、温度、潮汐影响而有一日的涨落变化；受年际径流量的变化而表现为年际的周期性规律；还受地质因素的影响，如湖盆升降引起水位的多年变化，喀斯特湖盆也会引起水位的突然变化。

（2）水库的特征　水库是人工修建的湖泊。按其形态分为湖泊型水库和河床型水库。湖泊型水库淹没的河谷具有湖泊的形态和相似的水文特征。河床型水库淹没的河谷较为狭窄，仍保持河流的某些形态和水文特征。

水库由挡水坝、溢洪道、泄水闸、引水洞等构筑物组成，它的主要作用是对天然径流进行调节。在洪水期拦蓄洪水、削减下游的洪峰流量；在枯水期可按用水要求，利用蓄水以补天然不足。

水库的库容由有效库容、防洪库容和死库容三部分组成（图2-7）。有效库容也称为兴利库容，即储存供水所需的库容，这部分水量在枯水期弥补天然河流流量的不足。相应的水位称为正常挡水位或正常蓄水位。防洪库容是用以滞留洪水的库容。常与有效库容重叠以降低挡水坝的高度。防洪库容应在洪水到来之前放空，以便对洪水起滞留作用。放水时当水库水位下降至正常挡水位时，要关闭溢洪道顶闸门，保证水库调蓄的正常运行。放空后的水位称为汛期前限制水位，或称防洪限制水位。若溢洪道顶高程为正常挡水位，则防洪库容与有效库容分开，水库水位高于溢洪道顶高程即正常挡水位时，多余弃水即从溢洪道下泄，防洪库容单纯起滞留洪水的作用。死库容为设计最低水位以下部分的水库库容。相应水位称为死水位。死库容及死水位的确定与灌溉、发电等方案需要有关，还兼有淤沙作用。

当发生设计洪水时，为削减洪峰流量、滞留洪水量所达到的最高水位，称为设计洪水位，当发生校核洪水时，滞留校核洪水所达到的最高水位，称为校核洪水位。

3.海水

我国近海包括渤海、黄海、东海和南海，位于北太平洋的西部边缘。东西横跨约32个经度，南北纵贯44个纬度，海水资源丰富。

海水是地球上最丰富的水，但由于其含有较高盐分而影响了其使用，一般只宜作为工业冷却用水。随着海水淡化技术水平的提高，应用领域不断拓展，缓解了淡水资源不足的矛盾。

海岸潮汐和波浪对海水取水构筑物影响较大。平均每隔12小时25分钟出现一次潮汐高潮，在高潮之后6小时12分钟出现一次低潮。潮水涨落幅度各海不同，如我国渤海一般在2～3m之间，长江口到台湾海峡一带在3m以上，南海一带在2m左右。海水的波浪是由风力引起的。风力大、历时长，则会形成巨浪，产生很大的冲击力和破坏力。

海滨地区，特别是淤泥质海滩，漂沙随潮汐运动而流动，可能造成取水口及引水管渠严重淤积。

（三）低质水

1.低质水的内涵

低质水主要指天然状态下含水层中储存的，但由于水质问题而不能被城市生产或生活直接使用的水，也包括由于人类生活和生产活动所污染的地表水或地下水。当地其他水资源严重缺乏，而低质水的水量较大时，应考虑将其作为城市的供水水源，但应进行低质水处理利用和区外引水的技术与经济比较。

2.低质水的主要类型和特征

根据低质水的内涵解释，低质水具有广泛的类型，即凡是水质不能直接使用的天然和污染后的水均为低质水。这里主要介绍高盐度水、高硬度水、含H₂S水和高硫酸盐水，以及受污染的地表水和地下水。

（1）高盐度水　高盐度水是指天然储存于含水层中的地下水。常见的有苦咸水和盐碱水等两种形成机理完全不同的高盐度水。

苦咸水常储存于封闭的地质体中，沿海地区由于海水入侵，在含水层中淡水与海水混合，或者含水层被海水污染后，后期补给的淡水溶解了被吸附于含水层颗粒的盐分，达一定浓度时便成为苦咸水。苦咸水主要是口感苦涩，很难直接饮用，长期饮用可导致胃肠功能紊乱，免疫力低下。

盐碱水是干旱、半干旱地区地下水位较浅，蒸发强烈的地区常见的水。潜水在强烈的蒸发条件下由包气带毛细管上升，水分被蒸发后，水中溶解的盐类离子浓度逐渐增高，由于矿物溶度积的控制，水中钙离子、镁离子与碳酸根离子或重碳酸根离子形成碳酸钙沉淀而脱离水溶液，而钠离子、氯离子、硫酸根离子浓度增高，从而形成盐碱水。根据离子成分的相对关系，分为三种水：一是碱水，含苏打；二是盐水，即含盐高的咸水；三是碱性盐水，即水不仅含盐高，而且含苏打。这三种水通称为盐碱水。盐碱水口感苦涩，长期饮用可导致胃病和消化道疾病。此外，盐碱水中的离子会加速钢筋的锈蚀，水中的高含量盐还可以和混凝土本身的凝胶发生作用，从而降低混凝土的强度。

（2）高硬度水　高硬度水常出现在我国北方地区和岩溶水分布地区的地下水，是指水中钙、镁等金属离子含量超过450mg/L（以CaCO₃计）的水。由于其中钙和镁的含量远远大于其他金属离子含量，因此习惯上水的硬度也以水中钙镁离子的总量计算。

形成高硬度水有原生和次生两种方式。原生高硬度水是由于水中溶解了含水介质中的钙岩和镁岩及其他金属岩类。从化学角度考虑，高硬度水的形成环境是氧化、酸性条件，并且有充足的二氧化碳存在；从水力条件考虑，还应具备一定的循环条件，以使原位易溶岩向溶解态方向发展。如我国北方岩溶水中总硬度普遍达到或者高于标准值，就是在上述化学与水力循环条件下产生的。

次生高硬度水是指在人类活动影响下，使水中钙镁等金属离子不断增加而形成的高硬度水。研究表明，在含水介质存在易溶岩的情况下，长期增大地下水位降深，形成降落漏斗的地区往往出现水中硬度逐年增高的现象。此外，一些酸性物质污染地区，地下水中硬度也会普遍增大。造成这种现象的主要原理是，当地下水水位下降后，改变了地下含水介质的氧化还原环境条件，酸性增强，从而溶解了更多的钙镁和其他金属离子。酸性物质进入含水介质后将直接溶解岩类，从而使水中硬度增加趋势加快。

高硬度水对生产和人类生活影响很大。水中含有钙和镁盐时，在一定的碱度条件下，以碳酸氢的形式存在。而钙镁的碳酸氢盐不稳定，遇热后生成钙镁的碳酸盐。反应式为：

　　 （2-1） 　　

　　 （2-2） 　　

反应式（2-1）和式（2-2）中均有CO₂气体逸出，并且吸收热量Q。当水进入锅炉、热交换器等加热器以后，加热过程给上述反应提供了热量，促使化学平衡向正反应方向进行。随着温度增高，化学反应速度越快，CaCO₃、MgCO₃在器壁上积累形成水垢的速度就越快。对于使用真空作业的热交换器来说，CO₂和水蒸气逸出速度越快，结垢速度就更快。当水垢积累到一定的厚度，就会严重影响热交换效率。对于普通的热交换器来说，只有定期清洗才能保证正常运转；对于高温设备，如锅炉，由于列管和水垢的导热速率和膨胀系数不一致，如不及时清洗，在高温的情况下容易导致管壁破裂，甚至爆炸的危险性。

高硬度水直接影响人类健康。长期饮用高硬度水可引起消化不良、结石，还会引起心血管、神经、泌尿、造血等系统的病变。高硬度水的口感较差，严重影响茶饮、饭菜的口味和质量。沐浴时头发和皮肤常有干涩和发紧的感觉，严重时易促进皮肤老化进程。利用高硬度水不易洗净衣服，干燥后的衣服发硬变脆。使用高硬度水后餐具和洁具上常留有斑点，难以清洗。家用热水器结垢严重，不仅浪费能耗，还有严重的安全隐患。此外，盛装饮用水的容器中长期积累的硬垢会吸附大量重金属离子，盛装饮用水时，这些重金属离子就会溶于饮用水中，可能导致各种慢性疾病。

（3）含H₂S的水　H₂S是无色、有臭鸡蛋气味的毒性气体，溶解于水后形成氢硫酸。在火山附近地下水中常含有一定量的H₂S气体。此外在油田水、煤矿矿井水、沉积构造盆地以及高硫酸盐地区地下水中均含有H₂S气体。

地球内部硫元素的丰度远高于地壳，岩浆活动使地壳深部的岩石熔融并产生含H₂S的挥发成分，所以火山活动地区岩浆中常常含有H₂S。H₂S的含量主要取决于岩浆的成分、气体运移条件等，因此岩浆中H₂S的含量极不稳定，而且也只有在特定的运移和储集条件下才能聚集下来。水在循环过程中溶解了其中的H₂S，因此某些地热水中常常含有一定量的H₂S气体。

除岩浆活动外，含水岩层中的H₂S主要来源于生物降解、微生物硫酸盐还原、热化学分解、硫酸盐热化学还原等。

煤田常处于相对封闭的构造盆地，大量有机物被封存于地下深处，早期发生含硫有机质的腐败分解，含硫有机物在腐败作用主导下形成H₂S。这种方式生成的H₂S规模和含量不会很大，也难以聚集。

在煤化作用早期阶段，由相对低温和浅埋深的泥炭或低煤级煤（褐煤）发生细菌分解等一系列复杂的微生物硫酸盐还原过程。微生物硫酸盐还原菌利用各种有机质或烃类来还原硫酸盐，在异化作用下直接形成硫化氢，因此为原生生物成因H₂S气体。大部分生物成因H₂S可能溶解在地层水中，在随后的压实和煤化作用下从煤层中逸散，且早期煤的显微结构还没有充分发育为积聚气体的结构，因此一般认为早期生成的原始生物成因H₂S气体不能被大量地保留在煤层内。该过程是H₂S生物化学成因的主要作用类型。这种异化还原作用是在严格的厌氧环境中进行的，但是地层介质条件必须适宜硫酸盐还原菌的生长和繁殖，因此在地层深处难以发生。

成煤后因构造运动，煤系地层被抬升，而后剥蚀到近地表。参与作用的细菌由流经渗透性煤层或其他富有机质围岩的雨水灌入，特别是当地温下降至最适于硫酸盐还原菌大量繁殖的温度时，煤中的硫酸盐岩被还原，生成较多的H₂S。在相对低的温度下，煤化过程中产生的湿气、正烷烃及其他有机物经细菌降解和代谢作用而生成次生生物气。因此微生物硫酸盐还原作用还可能在次生生物气阶段形成H₂S气体。

煤在地下高温高压环境中在热力作用下会形成热解瓦斯和裂解瓦斯气，在此过程中煤和围岩中含硫有机质和硫酸盐岩也会发生热化学分解（裂解）作用和热化学还原作用，均可生成H₂S气体。热化学分解是指煤中含硫有机化合物在热力作用下，含硫杂环断裂后形成H₂S，因此生成的H₂S气体又称为裂解型H₂S。硫酸盐热化学还原主要是指硫酸盐与有机物或烃类发生作用，将硫酸盐矿物还原生成H₂S和CO₂。硫酸盐热化学还原成因是生成高含H₂S天然气和H₂S型天然气的主要形式，它发生的温度一般大于150℃。当煤和围岩中有机质硫含量及煤中硫酸盐硫含量较低时所形成的H₂S含量一般较低。当围岩中硫酸盐岩含量较高时，可产生较多的H₂S气体。

除煤系地层和石油地层中含有H₂S外，一些沉积构造地区也存在H₂S。这些地下水中H₂S含量较高，主要是早期微生物作用生成的高H₂S的古代封存水。

此外，高硫酸盐岩地区（如奥陶系峰峰组）含有丰富的石膏地层，在水的淋滤过程中溶于水中。当有机污染物进入含水层后，在硫酸盐还原菌的作用下可将还原成H₂S，从而形成含H₂S的岩溶水。

含有H₂S的水不仅有明显的臭鸡蛋味，而且具有明显的毒性，人体吸入可刺激黏膜，引起呼吸道损伤，出现化学性支气管炎、肺炎、肺水肿、急性呼吸窘迫综合征等。H₂S也是强烈的神经毒素，可引起中枢神经系统的机能改变。高浓度的H₂S可使人体大脑皮层出现病理改变。接触极高浓度H₂S后可发生电击样死亡，即在接触后数秒内呼吸骤停，数分钟后可发生心跳停止，也可短时间内出现昏迷，并呼吸骤停而死亡。此外，含有H₂S的水对设备具有较强的腐蚀作用。

（4）高硫酸盐水　硫酸根是水中常见的溶解态离子，主要来源于介质的溶解和补给水。当其浓度超过250mg/L时，称为高硫酸盐水。

天然水中的高硫酸盐水主要分布于含硫矿区、煤系和含石膏等地层，且水循环条件较好的地区。含硫矿床在氧化环境下可形成而溶于水中。北方岩溶水中硫酸盐含量普遍较高，主要是奥陶系峰峰组地层中的石膏溶滤所致。

此外，在工业废水污染的地下水和地表水中常常出现高硫酸盐水，其污染源为采矿废水，发酵、制药、轻工行业的排水。含有硫酸盐的矿有煤矿、硫铁矿和多金属硫化矿。在采矿过程中，矿石中含有的硫及硫化物被氧化而形成硫酸盐，其含量可达每升几千毫克。味精废水、石油精炼酸性废水、食用油生产废水、制药废水、印染废水、制糖废水、糖蜜废水、造纸和制浆废水等均含有较高的硫酸盐，其主要来自于生产过程中加入的硫酸、亚硫酸及其盐类的辅助原料。此类废水在含有高浓度的同时，一般还含有较高的有机质。在酸雨地区由于SO₂排放量较大，氧化后形成硫酸而进入土壤和地下水中，可使浅层地下水中硫酸盐的含量增高。

水中硫酸盐含量较高时水呈现酸性的特征。高硫酸盐可引起水的味道和口感变坏。在大量摄入硫酸盐后可导致腹泻、脱水和胃肠道紊乱。

（5）受污染的地表水　我国《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类：Ⅰ类水体主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类水主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；Ⅲ类水主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；Ⅳ类水主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类水主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

根据《室外给水设计规范》（GB 50013—2006），取水工程水源的选用应通过技术经济比较后综合考虑确定，并应选择水体功能区划所规定的取水地段，且原水水质符合国家有关现行标准。由此可见，满足Ⅱ类环境质量标准的地表水体才可作为集中式城市供水水源的源水。当水体的环境质量超过Ⅱ类时就不能直接利用，但通过处理达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）时可以取用，而当水体环境质量超过Ⅲ类时就不适宜用于水源水。根据这样的规定，一些接近或者超过Ⅲ类的地表水体就认为是低质地表水。

（6）受污染的地下水　《地下水质量标准》（GB/T 14848—1993）依据我国地下水水质现状、人体健康基准值及地下水质量保护目标，并参照了生活饮用水、工业、农业用水水质最低要求，将地下水质量划分为五类：Ⅰ类主要反映地下水化学组分的天然低背景含量，适用于各种用途；Ⅱ类主要反映地下水化学组分的天然背景含量，适用于各种用途；Ⅲ类以人体健康基准值为依据。主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水；Ⅳ类以农业和工业用水要求为依据。除适用于农业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水；Ⅴ类不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。

从上述分类情况可见，Ⅰ类和Ⅱ类水均适用于各种用途，且反映了地下水化学组分的天然背景值。根据污染的概念，当水质指标超过背景值时就认为地下水遭受到了污染。因此，对于地下水而言，超过Ⅱ类水质标准即为污染水，接近或者超过Ⅲ类的水认为是低质地下水。

（四）再生水

1.再生水的概念

“再生水”是从水的循环使用过程和结果而言的。使用过的水中溶解了大量的溶质，这些成分有些是新水中没有的，有些是浓度显著提高，伴随着这种再溶解过程，水的性质发生了巨大变化，从而失去了某种特定的使用功能，形成了污水。通过一定的处理手段使水中的有害成分降低甚至去除，从而使水再次达到某种特定使用功能的过程称为水的再生，由于将废弃的水又进行了利用，因此这种水也称为“回用水”。

从工程角度考虑，“再生水”主要是指城市生活污水或工业废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。从水质角度考虑，由于其水质介于自来水（上水）与排入管道内污水（下水）之间，亦故名为“中水”。从处理水的来源考虑，再生水的原水来源于城市污水（生活污水和工业废水）、建筑物内部生活污水、生活社区污水等，因此习惯上由城市污水集中处理后回用的水称为“再生水”，或者“回用水”，建筑物内部或者社区生活污水集中处理再用于建筑和社区生活杂用的水称为“建筑中水”。

再生水利用是解决城市水资源短缺总量的重要措施。目前再生水应用于厕所冲洗、园林和农田灌溉、道路保洁、洗车、城市喷泉、冷却设备补充用水等，应用十分广泛。《城市污水再生利用　分类》（GB/T 18919—2002）根据用途将再生水分为农、林、牧、渔业用水、城市杂用水、工业用水、环境用水、补充水源水5类20个应用范围，详见表2-1。

本书从城市集中供水水源的意义出发，作为城市水源的重要组成部分，再生水主要是指应用于工业用水、城市杂用水和环境用水，一般是通过敷设于市政道路的中水管道输送至用户。

2.再生水的水源

再生水通过水的重复利用大大地提高了水的使用价值。再生水来源于前次使用的新水，其水量决定于工艺排出的污水量，其水质取决于用水工艺的可溶质。因此城市污水是再生水的水源。

（1）污水的组成　污水是生活污水、工业废水、被污染的降水以及排入城市排水系统的其他污染水的统称。

生活污水是人类日常生活中使用过的，并为生活废料所污染的水。工业废水是工矿企业生产活动中用过的水。它又分为生产污水和生产废水两种。生产污水系被生产原料、半成品或成品等污染的水；生产废水则指未直接参与生产工艺，未被生产原料、产品污染或只是温度稍有上升的水。前者需要处理，后者不需处理或只需进行简单处理，如间接冷却水。被污染的降水主要指初期降水。因冲刷了地表上的各种污染物，污染程度很高，需要进行处理。

生活污水、生产污水或经工业企业局部处理后的生产污水，往往都排入城市排水系统，故把生活污水和生产污水的混合污水叫做城市污水，在合流制排水系统中还包括进入其中的雨水，在地下水位较高的地区，还包括渗入污水管的地下水。

（2）城市污水量预测　城市污水量可按污水产生法和用水量折算法两种方法进行预测。前者按污废水量标准计算，后者以用水量标准计算后进行折算。

①污水产生法　城市生活污水包括居住区生活污水和工业企业生活污水及淋浴污水。居住区公共建筑污水量一般包括在生活污水量标准之内。居住区生活污水量Q₁按下式计算：

式中　Q₁——居住区生活污水量，m³/d；

n——居住区生活污水量标准，L/（人·d）；

N——居住区人口数，人；

K_Z——总变化系数，其中K_Z=K_dK_h，K_d为日变化系数，K_h为时变化系数。

工业企业生活及淋浴污水量Q₂可用下式计算：

式中　Q₂——工业企业生活污水及淋浴污水量，m³/d；

A₁——一般车间最大班职工人数，人；

A₂——热车间最大班职工人数，人；

B₁——一般车间职工生活污水量标准，L/（人·班）；

B₂——热车间职工生活污水量标准，L/（人·班）；

C₁——一般车间职工最大班使用淋浴的职工人数，人；

C₂——热车间最大班使用淋浴的职工人数，人；

D₁——一般车间的淋浴污水量标准，L/（人·班）；

D₂——高温、污染严重车间的淋浴污水量标准，L/（人·班）；

T₁——每班工作时数，h；

T₂——淋浴时间，h。

工业废水量Q₃取决于产品种类、生产过程、单位产品用水量，以及给水系统等。工业废水量按下式计算：

式中　Q₃——工业废水量，m³/d；

m——生产过程中每单位产品的废水量标准，m³/单位产品；

M——产品的平均日产量；

T——每日生产时数，h；

K_Z——总变化系数，其中K_Z=K_dK_h（K_d通常为1；K_h冶金工业1.0～1.1；化学工业1.3～1.5；纺织工业、食品工业、皮革工业1.5～2.0；造纸工业1.3～1.8）。

合流制排水系统中的部分雨水以一定的截流倍数进入污水管道而成为污水。英国截流倍数为5，德国为4，美国为1.5～30，日本为最大时污水量的3倍以上，我国最新修订的《室外排水设计规范》（GB 50014—2006，2014版）规定截流倍数宜取2～5，这就意味着在雨季有更多的污水量进入污水处理厂，从而可产生更多的再生水量。

污水管埋设于地下水位以下时，地下水可能通过污水管道和检查井渗入，工厂和其他用户设有分散的给水设施等形成的污水量均成为污水进入污水厂，因此应对这些未预见污水量进行估算。

城市污水总量为上述生活污水量、工业废水量、合流制截留雨水量、地下水渗入量和其他未预见污水量之和。

②用水量折算法　城市用水量包括综合生活用水量、工业用水量、浇洒绿化用水量、管网漏失水量和未预见水量等，其中可形成并收集进入污水处理厂的用水量主要有综合生活用水量和工业用水量和未预见用水量。

综合生活用水量Q₁可用下式计算：

式中　Q₁——最高日或平均日综合生活用水量，m³/d；

n——最高日或平均日综合生活用水量标准，L/（人·d）；

N——城市人口数，人。

工业用水量Q₂根据生产工艺、用水过程，并结合水的重复利用率确定工业用水量，包括生产用水量和企业内生活用水量。工业企业用水量根据生产工艺要求确定。大工业用水户或经济开发区一般单独进行用水量计算，一般工业企业的用水量可根据国民经济发展规划，结合现有工业企业用水资料分析确定。

未预见用水量Q₃是指对人口预测、用水普及率、工业用水测算等因素不能周全考虑而可能导致遗漏的用水量，因此在以污水量折算为目标的用水量计算中应根据综合生活用水量和工业企业用水量预测时难以预见因素的程度确定，也可采用两种用水量之和的8％～12％计算。

综合生活污水量和工业废水量由用水量结合建筑物内给排水设施水平和排水系统普及程度，以及生产工艺等因素进行折算，综合生活污水量按综合生活用水量的80％～90％予以折算确定，即

Q₄=Q₁α₁+Q₂α₂+Q₃α₃

式中　Q₄——最高日或平均日综合生活和工业污水量，m³/d；

Q₁——最高日或平均日综合生活用水量，m³/d；

Q₂——最高日或平均日工业企业用水量，m³/d；

Q₃——最高日或平均日未预见用水量，m³/d；

α₁——综合生活污水量折算系数，一般取0.8～0.9；

α₂——工业企业废水量折算系数，根据工艺和水的重复利用率确定，一般取0.6～0.8；

α₃——未预见污水量折算系数，可取0.8左右。

同样，当污水管埋设于地下水位以下时，也应考虑地下水可能通过污水管道和检查井渗入的污水量，还应考虑合流制管道截流的雨水量。因此城市污水总量为上述折算的综合生活污水量、工业废水量和未预见污水量，以及地下水渗入量、截流雨水量之和。

3.再生水的水量和水质

（1）再生水量估算　城市污水和工业废水通过深度处理后产生的再生水又被折减，深度处理后的出水量占深度处理单元进水量的比率称为产水率。对于满足一般工业冷却和杂用水的深度处理工艺其最大产水率为80％左右，对于反渗透工艺，产水率只有60％～75％。

（2）再生水的水质特点　再生水的水质取决于用户对水的质量要求，但其指标值常常受限于深度处理工艺。因此再生水的水质要求应以现行的再生水水质标准选择控制项目和指标限值。

目前，有关再生水的标准有：《城市污水再生利用　分类》（GB/T 18919—2002），《城市污水再生利用　城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002），《城市污水再生利用　景观环境用水水质》（GB/T 18921—2002），《城市污水再生利用　地下水回灌水质》（GB/T 19772—2005），《城市污水再生利用　工业用水水质》（GB/T 19923—2005）。这些标准充分考虑了用户需求、污水处理厂排放标准、现有技术水平和处理成本等因素，但这些标准存在分类偏差、使用范围不一，与《污水再生利用工程设计规范》（GB 50335—2002）指标不同，某些名称不一致等问题。2007年水利部在上述再生水国家标准的基础上，颁布实施了《再生水水质标准》（SL 368—2006）。该行业标准根据再生水利用的用途将再生水水质标准分为五类，即地下水回灌用水标准、工业用水标准、农业林业牧业用水标准、城市非饮用水标准和景观环境用水标准，并规定了相应的控制项目和指标限值，有效地解决了上述水质标准不协调的问题。

三、城市水资源的特点

（一）城市水资源的性质

1.具有较大的内涵

城市水资源比传统意义上的水资源具有更加广泛的内涵，它既包括传统意义上所指的水资源，如城市及其周围的地表水和地下水、被调来的外来地下水和地表水，还包括海水、城市雨水、生活与工业再生水、建筑中水、低质水，以及污（废）水等。

2.突出了水资源的使用功能

无论是地下水，还是地表水或其他形式的水，只要能为城市所用就认为是城市水资源。充分体现了高效用水和节约用水的内涵。

3.隐含了水资源利用中的技术和经济因素

水源能否使用，首先要看其水量和水质是否满足要求，还要考虑利用过程的技术上的可行性和经济上的合理性。从这个意义上讲，即使水质优良、水量丰富的地下水或地表水也并不一定是城市水资源，只有从技术和经济上能够取用的那部分才算作城市水资源。相反，城市污水只要处理技术可行，费用经济合理，水质能够满足用水要求，就是城市水资源。

4.拓展了水资源的地域范围

城市水资源并不单指城市及其周围的可用水源，还包括能够在技术与经济合理的条件下从区外调用的各种可用水源。

5.体现了多渠道开源的思想

城市水资源具有较大的内涵，这也表明城市所利用水的多种性。由于将海水或低质水和污水也列为可利用的水源，开拓了水源的来源。

6.可推动水处理技术的进步

海水、低质水和污水要达到使用的程度，必须进行相应的处理，但目前有些处理技术还不成熟，或者不够经济，影响了其利用的效率。因此，要利用这些水资源就必须开展相关项目的深入研究，从而推动水处理领域的技术不断进步。

7.有利于环境保护

污水处理后回用，减少了排入环境的污水量，减轻了其对环境的污染，有利于城市的环境保护和可持续发展。

（二）城市水资源的特征

1.城市水资源的水量特性

作为城市水资源的地下水和地表水部分是传统意义上水资源的一部分，因此具有水资源的一些共同特性。

（1）可恢复性和有限性　大气圈、水圈、岩石圈中的水，彼此之间都有密切的联系。水在这些圈层的循环使水从一种形式转化为另一种形式。一定时期内，某一圈层或某一种形态的水可能减少，但它们只是从该处转化到另一处，或一种状态转化为另一种状态，总水量不会变化。由于水的循环，暂时减少的水可能会再得以补充，这就是城市水资源的可恢复性。

但是，某一特定的含水体（如开采水源地），水量并不一定能够全部得以恢复。此外，传统意义上的水资源仅指淡水资源，但全球淡水量还不足全球总水量的3％，而真正能容易开发利用的河水、湖泊水及地下交替带中的地下水等水资源量约不足地球总水量的0.3％。可见城市水资源是很有限的。

（2）时空分布不均性　由于储水构造、气象、地形、地貌以及人类活动等各不同，因此，水资源在时空上变化很大，不同地区、不同区域、不同年代和不同季节中分布情况极不平衡。常形成空间上、年际上和季节上的分布不均匀。

（3）统一性　从自然界水循环角度考虑，大气降水、地表水、土壤水（非饱和带水）和地下水等是水资源在不同时间和空间上的表现形式，它们之间在不同的条件下相互转化、相互补给。因此，在水资源开发利用中，只有很好地掌握大气降水、地表水、土壤水（非饱和带水）和地下水的相互转化关系和转化规律，才能有效地、持续地利用好城市水资源。如果其中一个环节遭到破坏，就会影响整个水循环过程。可见，城市水资源是一个不可分割的整体，要统一管理、统一规划、统一保护。

（4）多功能性和不可替代性　水是人类生活和生产中重要的物质。如果没有了水，人类将无法生存，工农业生产无法进行，生态环境将变得无法去想象。因此城市水资源是一种不可替代的物质。

（5）利害双重性　人们生活和生产都离不开水，水确实给人类的发展起到了重要的作用。但自然界也常出现洪、涝、旱、碱等自然灾害，给人类带来一定的灾难。因此，一定要掌握水资源的自然规律，按客观规律办事，只有这样才能做到兴利避害，使城市水资源更高地为人类服务。

城市水资源除具有水资源的一般特点外，还有以下一些特殊的特征。

（1）多样性　城市水资源包括一切可被城市利用的水源，既有地下水和地表水，又有海水、大气降水、低质水和污水，它们之间具有一定的联系，在利用过程中常构成一个非常复杂的循环系统。

（2）集中利用性　城市供水和用水的显著特点是集中性。新水集中使用后，同时集中产生出污水。对于地下水和地表水较为缺乏的城市，应同时将污水集中处理后再利用，从而减少对新水量的依赖。

（3）脆弱性　城市水资源的开发和使用过程与人类活动关系密切，因而极易受到污染。有些区外的水源虽然周围无任何污染源，但在供给和使用过程中也可能受到污染。

（4）可复用性　城市水资源中的污水是生活和生产过程中将新水污染后排出的水。处理后回用的污水相对原来的新水而言，是对新水的复用。而传统意义上的水资源利用后被排放，一般不直接回用，排出的这部分水只有通过自然界水循环方式才有可能再被利用。

（5）可再生性　城市污水经过处理达到使用功能后即可再利用，从而成为城市水资源。相对新水而言，这部分处理后达标的水恢复了其原来所具有的使用功能，即污水被再生。污水的再生利用对于缓解当前和今后城市用水与供水的矛盾起到重要的作用，同时对于改善城市环境，防止污染具有十分积极的意义。

2.城市水资源的水质特征

城市水资源类型众多，归纳越来具有如下水质特征。

（1）不同类型城市水资源水质差别较大　城市水资源的内涵广泛，并且体现了水的循环利用，因此水质十分复杂。对于常规意义的水资源，地表水相对地下水更宜于被污染，污染的地表水超过质量标准后便成为低质水。地下水具有水质相对稳定的特性，除处于特定地质环境时溶解某些矿物成分而超标外，多数地下水的水质指标符合饮用水卫生标准。重复使用的水经多次使用后溶解了大量污染物质，水的性质也会发生明显变化，必须根据用户要求进行深度处理达标后再利用。

（2）低质水的水质指标超过正常使用功能要求　低质水是解决严重缺水城市用水的有效水资源，但这些水中含有大量的特殊成分，水的性质也具有明显的改变，如高硫酸盐水的pH偏小，苦咸水中碱度较高，高硬度水中钙镁离子含量增高。这些水质严重影响生活和工业设备的正常运行，这些水也必须通过处理后才能使用。

（3）污水的水质成分十分复杂　生活和生产过程中使用的水直接或者间接地溶解一些污染物质，归纳起来主要有病原体污染物、耗氧污染物、植物营养物、有毒污染物、石油类污染物、放射性污染物，酸、碱、盐无机污染物，热污染等。污水中污染物的种类和含量与生活和生产工艺密切相关，如生活污水中有机污染物占多数，而重金属含量较小，工业废水中含有大量的重金属等有毒污染物、石油类污染物、耗氧污染物等。随着再利用频次增多，污水的成分也将更加复杂化。

（4）再生水的水质与用途相适应　污水成分复杂化影响其使用的范围，要全部处理到原水的水质状态技术经济明显不合理，因此再生水的水质是根据不同用途的水质标准为目标。

（5）城市水资源的水质与技术经济密切相连　不同类型的城市水资源具有不同的水质，多数水需经过处理达标才能使用，而处理成本费用随原水水质与再生水水质相关。对于特定的城市，应考虑多种水资源的综合利用，以使技术上可行，经济上合理，避免一味追求污水的再生回用率而增加单位产品的成本，也应杜绝大量使用常规水资源而造成水资源的浪费和导致水环境的恶化。

3.城市水资源的能源特征

水（H₂O）是由氢、氧两种元素组成的无机物，自然界的水通常是溶解了酸、碱、盐等物质的复杂溶液。水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质，在转化过程中将吸收或者释放热量。

在20℃时水的热导率为0.006J/（s·cm·K），冰的热导率为0.023J/（s·cm·K），在雪的密度为0.1×10³kg/m³时，雪的热导率为0.00029J/（s·cm·K）。水的密度在3.98℃时最大，为1×10³kg/m³，温度高于3.98℃时，水的密度随温度升高而减小，在0～3.98℃时，水不服从热胀冷缩的规律，密度随温度的升高而增加。水在0℃时，密度为0.99987×10³kg/m³；冰在0℃时密度为0.9167×10³kg/m³。因此冰可以浮在水面上。

水的热稳定性很强，水蒸气加热到2000K以上也只有极少量离解为氢和氧。常见液体和固体物质中水的比热容最大，在1个大气压（1×10⁵Pa），20℃时水的比热容为4.182kJ/（kg·K），其值随着温度和压力的变化而变化（见表2-2）。

水的较高比热容决定了一定质量的水吸收（或放出）较多的热后自身的温度却变化不大，有利于设备和环境的温度调节；同样，一定质量的水升高（或降低）一定温度就会吸热（或放热），这有利于用水作冷却剂或取暖。因此，水具有很好的能源（热和冷能）利用价值。

水中溶解物质影响水的热理性质，因此不同城市水资源具有各异的能源使用价值，归纳起来具有如下特性。

（1）城市水资源具有储能的功效　任何城市水资源均具有水溶液的热理性质，但不同类型的水资源由于其溶解成分不同，热理参数不尽相同，导致热能量有所不同。

不同类型的水资源储存能源类型不同，如地表水具有吸收环境热量的功效，可使环境温度保持在一定的范围；地下水储存和运移于地下恒温层时，其温度保持稳定，因而具有稳定水温的功能，当高温水灌入后，冷热水及其含水层间进行热量交换，最终达到了含水介质的温度，这就是地下水冷能利用的基础。储存和循环于地下恒温层以下的地下水，受地温梯度变化的影响，随着循环深度的增加水的温度逐步增高，开采这种地热水或者蒸汽可直接用于供热、发电等。可见地下水具有储存冷热能的双重功效。

城市污水在使用过程中吸收环境的热量，通过相对封闭的收集管网系统进入污水处理厂后还能保持高于环境温度的状态，甚至在冬季北方城市污水也能保持在5～8℃。处于火山和岩浆活动地带的含H₂S水一般水温高于20℃，主要是吸收了和储存了地热能。这些水资源均具有能量利用的价值。

（2）城市水资源具有传递能量的作用　水在管道和设备接触过程中，在温度梯度作用下进行热量交换，把热量通过水的吸收带出至环境，达到冷却、稳定设备工作温度的效果，这就是应用十分广泛的循环水冷却系统。

水源热泵技术是城市水资源能量传递的最新技术，目前应用渐趋成熟。它通过热交换可将通过输入少量高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位的转移。水体可分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在夏季热泵将环境中的热量取出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给环境制冷的目的；而冬季环境温度低于水的温度，通过水源热泵机组从水源中提取热能后送到环境中供热。由于地下水的水温常年稳定，因此便于热泵机组稳定运行，而地表水、污水等水体温度受环境影响较大，给热泵的运行稳定性保持方面带来不便。

（3）城市水资源具有水量和能量双重利用特性　目前，城市水资源的利用方针是在满足用户水质要求的前提下优先保证水量的使用，但有些水源同时具有较高的温度，这就为实现水资源的量和能的双重利用奠定了基础。如地下低温热水，其水质指标基本能够满足水厂原水水质，而本身也具有高于20℃的水温。如果在进入水厂之前通过热交换器将热量提取出来利用，交换后水的温度显著降低，其水质仍然是符合水质标准的原水，这样就达到了水量和能量的双重利用，大大提高了水的使用价值。

虽然城市水资源具有水量和能量的双重利用性，但实际利用时应从水质稳定、水量保护、环境的热平衡等因素考虑合理选用其利用方式。

所谓水质稳定是指提取热能后能否保持水的基本性质，能否满足原水的水质要求。因为温度是影响水性质的最活跃因素，降低水温后改变了一些盐类的溶度积常数，对应离子可能会接近饱和甚至过饱和而易于生成沉淀。因此过度地提取热量后有可能不利于净水工艺的正常运行，这就有必要深入研究满足净水工艺前提下的热量交换率。

所谓水量保护是指循环于地下的热水受循环条件限制水量可能有限，这样的水一般不能以水量为主要目标，提取热能后应该采取回灌等措施保持热水资源。

保持环境热平衡对生态环境保护、地下水水质稳定等具有重要意义。过度向海水和河流等水体中排放冷却循环热水可使水体温度升高，从而引起热污染，打破水体中微生物、化学成分间的平衡，导致生态环境的恶化。向地下含水层中过度注入热水或者冷水，也会改变地下水环境中的反应平衡，从而可能引起地下水的水质发生重大变化。