第1章 绪论
　　1.1 城市水务学的定义和形成
　　1.1.1 基本概念与发展背景
　　据全国科学技术名词审定委员会的解释，城市水务（urban water affaires）学是一门对城市水资源开发、利用、保护等中的相关事务进行系统研究的一门学科，主要内容包括水资源、城乡防洪、灌溉、城乡供水、用水、排水、污水处理与回收利用、农田水利、水土保持、农村水电等涉水事务。从其研究内容来看，城市水务学科并非属于水文水资源学科的分支，也不同于把由建设、环保、交通等部门分别进行管理的城市防洪、城镇供水、排水、污水处理、航运等方面的事务简单地划归水利的管理范畴，而应该是以水循环为机理、以水资源统一管理为核心、以城市建设与运行管理中所涉及的所有学科相交叉的一门学科。
　　城市是非农业生产的基地和非农业人口的生活聚居地，其聚集性特点决定了城市水资源的开发利用有三个显著特征：一是开发强度大，用水量相对集中；二是对供水的保证率和安全性要求高；三是城市排放的废污水对环境危害大。而目前，水体污染降低了供水安全性、用水浪费加剧了水资源供需矛盾和设施建设能力不配套导致投资浪费已成为当前城市水资源开发利用中的三大问题，导致这三大问题的根本原因在于当前城市水循环处于非良性循环中，系统运行效率较低，人们缺乏必要的对城市水循环规律的认识，难以按照城市水循环所固有的规律进行水资源的开发、利用和保护。上述现存城市水循环非健康运行模式，势必造成城市缺水和水环境污染问题愈加严重的局面，最终将影响社会和谐发展。而一个健康的城市水循环是合理、高效开发利用水资源，保护水环境的关键所在。
　　目前，我国城市缺水与水环境问题已经表现得十分突出。据统计，全国669座城市中有400余座供水不足，其中较严重缺水的有110座，城市年缺水量已达60亿m3。与此同时，我国的水污染形势也十分严峻，目前全国有25%的地下水受到污染，35%的地下水源不符合生活用水水质标准；平原地区约有54%的地下水不符合生活用水水质标准，一半以上的城市市区地下水污染严重。在很多城市已形成了污染、浪费与缺水并存的不良局面，这进一步加剧了城市水资源供需矛盾，为城市水资源管理工作增加了难度。据有关专家预测，2030年、2050年我国城市用水需求将分别增长至1220亿m3和1540亿m3，如不及时采取措施促进城市水健康循环，城市水资源供需矛盾将会进一步加剧（钱正英和张光斗，2000）。因此，深入研究城市水循环的循环规律、特性和特征，建立一套较为合理的城市水循环分析评价理论方法，用来指导改善城市水循环现状和城市水资源的开发、利用和保护工作已是迫在眉睫。
　　21世纪被称为“水的世纪”，水问题的严重性和重要性已日益成为社会各界的共识，水资源匮乏已成为关系到贫困、可持续发展乃至世界和平与安全的重大问题。近年来，联合国组织不断地强调大城市水资源是世界水资源问题中的重点，而城市水资源问题的核心问题在于管理，因此研究城市水务管理问题是一个迫在眉睫的课题。
　　城市水务是城市辖区内防洪、水资源、水源、供水、排水、污水处理及回用等所有涉水事务的统称，它为城市社会、经济、环境三个系统提供服务，并受这三个系统的制约（朱元生和金光炎，1999）。图1-1描述了城市水务系统与社会、经济发展及环境之间的关系：首先，城市水务系统要为人们的日常生活服务，提供饮用水以及其他生活用水，同时又应该采取有效的节水措施，以保护有限的水资源；其次，水务系统还要服务于经济系统，为其提供生产用水，但是供水量又受到经济结构的影响，不同的企业对水资源的需求不一样，因此应当合理并且有效地分配水资源；最后，水务系统与生态环境也是相辅相成的，水资源来源于大自然，受地面硬化比例、水体污染和乔木、灌木、草地在绿化面积中的比例的影响，因此，城市环境系统会影响城市水源地的水量与水质，与此同时，城市水系统又为环境系统提供生态用水，是生态环境优化的有效保障。
　　图1-1 城市水务与社会、经济及环境的关系
　　从功能上来说，城市水务系统包括水资源环境、水源、供水、用水、排水、水处理与回用，以及相关的资源管理和产业管理，其主要任务是为城市水资源开发、利用、治理、配置、节约和保护提供技术支撑，它是城市建设与发展的基础（芮孝芳，2004）。人类对城市水务系统的管理控制主要经历了以下4个阶段：
　　（1）放任阶段。在工业化与城市化初期，人们对水资源的开发是没有规划的，没有形成统一的供水系统，而污水的处理也只是简单地把污水用管道输送到远离城市的地方，对污水不做任何处理。因此，水资源没有得到合理的利用，同时给环境也带来了巨大的破坏。
　　（2）水务管理起步阶段。随着城市规模的扩大以及经济的不断发展，人们逐渐意识到统一管理供水系统的重要性，同时，由于与水有关的环境污染问题日益严重时，需要政府管制的参与，修建污水处理厂，但此时的污水处理方式仅仅是在管端对污水进行处理，因此并没有成型的污水处理方式和系统的供水管理理论。
　　（3）科学管理阶段。生产力的进一步发展不但推动了经济的发展，也推动了水务管理理论的发展，人们开始将运筹学、生态学、经济学等领域的相关知识应用于水务系统的日常经营和管理，并提出了科学管理的理念。在这一阶段，城市拥有了比较完善的生活用水、工业用水供应机制，而且进一步发展了污水处理机制，将污水处理的注意力转移到生产的源头，即改变生产材料、设备和工艺，推行清洁生产。
　　（4）人类发展与自然和谐阶段。城市和经济的进一步发展对水务系统提出了更高的要求，需要人类发展与自然环境相互协调。这一阶段水务管理的重点不再是生活中的某个部分或者某个环节，而是活动的直接参与者——人，将目光转向人类社会自身，通过调整人类的生产、消费与生活方式来达到与自然的和谐。
　　综上所述，城市水务工作能够为城市发展提供防洪安全和供水保证以及水环境与水资源保障。以区域水资源的可持续利用保障城乡社会经济的可持续发展，对实现我国跨世纪的现代化宏伟目标具有重要的现实意义和深远的历史意义。
　　1.1.2 水务系统理论与发展
　　起初人们对水务的研究着重于水资源自然属性的研究，局限于对水资源的开发利用，研究水资源的时空分布规律和运动规律。随着人类进步和社会发展，特别是现代系统科学的革命（主要以系统论、控制论、信息论的创立为标志），人们对水资源系统的认识和解决水资源问题的思维方法有了根本的改变。
　　从系统的角度将系统论的理论应用于水资源管理始于1953年，美国陆**程兵团首次用计算机模拟了密苏里河上6个水库的联合调度。1955年美国哈佛大学制定了水资源大纲，重点研究现代水资源系统工程的方法论。1957年加利福尼亚大学成立了水资源中心。20世纪60年代初，美国西部资源会议制定了以水资源为重点的长期科研规划。这些活动都推动了水资源系统工程的发展。60年代，英、苏、法等国都开展了水资源系统工程的研究，并建立了相应的科研机构。例如，美国北大西洋区域的水资源规划，阿根廷的科罗拉多河流域规划，苏联的巴古参茨克水电站的施工设计等都应用系统分析方法进行了水资源系统的优化工作。中国在红水河梯级水电站的开发规划、水电站群参数优选和水库优化调度，以及地区水资源科学分配研究等方面也取得了很大的效益①。
　　以上的这些实践，还仅仅局限在运用系统的理论与思想进行水资源管理，停留在单纯的方法论阶段。随着实践的深入与认识的加深，系统理论逐渐升华至指导水资源管理的认识论高度。特别是将水资源系统与社会系统相结合所形成的系统理论，强调社会中人、机制对自然水循环系统的影响作用，对解决现实中存在的缺水危机更具有指导意义。
　　水资源系统的复杂性以及水对社会经济的多种作用是学术界所公认的，但对水资源系统的定性及其所应包含的部分、与相关联系统间的从属关系还存在一定的争议。根本的分歧在于：一部分学者认为水资源系统是组成自然人工复合系统的一部分；另一部分则认为水资源系统即是复合系统的整个部分。界定水资源系统的所属位置及其内涵对确定水资源系统的研究内容有重要作用。
　　1.1.3 水行业政府监管的必要性
　　我国以水务统一管理为重要特征的水务管理体制改革进入了一个全新的发展阶段。截至2010年10月底，全国成立水务局和由水利局承担水务统一管理职责的县级以上行政区1251个，占全国县级以上行政区总数的53%。目前，全国已成立各级水务局1250个，占全国县级以上行政区总数的40%；水利局承担水务统一管理职责的单位301个，占全国县级以上行政区总数的13%。统计显示，2010年年底全国共有污水处理厂2269座，与2007年的1413座相比，三年间增加了856座。2010年全国城市污水排放总量为425.6×108m3/a，比2007年增加了83.6×108 m3/a；排水管道长度为22.7×104 km，比2007年增加了6.2×104km；污水处理能力为1.17×108 m3/d，比2007年增加了0.35×108 m3/d；污水处理总量为273.2×108 m3/a，比2007年增加了78.2×108 m3/a；城市污水处理率为64.2%，比2007年提高了7.14%。
　　从1990年开始，我国城市水务的市场化改革开始起步，首先是大规模的公司化改造，一大批国有资产通过出售、合资和合作的方式，进行了股份制重组。随着《关于加快市政公用行业市场化进程的意见》和《市政公用事业特许经营管理办法》的出台，我国城市水务的市场化进入到了特许经营阶段。在这一阶段中，政府通过招标的方式，与特许公司签订定期服务合同，以合同的方式规范企业的行为和实现政府的公共目标。成都、沈阳和上海等城市的水务产业的调查表明，各省市都相继出台了具体实施办法，对于推动城市水务的市场化进程起到了积极作用。但实施过程中，矛盾重重，包括政府管理不到位、被管制公司非效率化等问题。这些实质上反映了两个方面的事实：①特许经营权实施在什么范围内有效，在什么范围内缺乏效率；②围绕着特许经营权机制实施，政府的管制体制应该如何去适应。前者是关于特许经营权的回报率管制本身的认识，后者涉及我国管制的重建问题，即政府在城市水务的市场化过程中扮演什么样的角色。对于这方面的讨论，大多数文献都还建立在未市场化的前提上，对于正在实施过程中出现的相关问题，认识不够明确，因此理清这两者各自面临的问题以及两者之间的关系，对于加快水产业的市场化改革，提高城市水务的效率有着重要的意义。
　　水行业是一个自然垄断性质非常显著的为公众服务的基础设施产业。自然垄断行业一是具有规模经济的特点，二是行业的生产经营中需要大量的沉淀资本。自然垄断行业中，一方面无管制的自杀性竞争将导致社会生产力的破坏；另一方面，垄断企业利用垄断权力操纵市场将可能导致价格上涨、质量下跌，造成社会福利的损失。因此，在涉及公共利益的情况下，应优于市场先考虑公共利益，而这种根据公共利益的判断在当地经济和社会中需要政府表达。由此为了改善效率和增进社会福利，保护公共利益，政府有必要参与管理水行业，对自然垄断进行进入管制与价格管制。
　　因此，政府出于公共利益的考虑，作为公众利益的代表，对公共资源进行管理成为一种必然趋势及有效手段。目前，政府管理仍然是世界上几乎所有国家都采用的一种管理公用事业的手段。公用事业得到政府的排他性的授权，在一些特定的条件下和一些特定的市场从事活动。特定的条件一般包括：①政府保留控制进入的权利；②政府保留管制价格的权利；③政府保留为公共利益而制定质量标准和某些其他服务条件的权利；④被授权者有责任向所有消费者提供上述②和③两条确定的“合理”服务。
　　在新的体制下，水务系统责任越来越大，事情越来越多，要求越来越高。面对新形势、新情况、新要求，我们积极探索，勇于实践，把水资源的开发、利用、治理、配置、节约、保护有机结合起来，以实现水资源管理质与量的统一、除害与兴利的统一、开发与治理的统一、节约与保护的统一，着力解决洪涝灾害、干旱缺水

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 城市水务学的定义和形成 1
1.2 城市水务学基础理论 5
1.3 城市水务学研究目标和主要研究内容 5
1.4 城市水务事业改革与发展趋势分析 6
第2章 城市水务与城市水文系统循环 10
2.1 问题的提出 10
2.2 城市水文学研究 12
2.3 城市水务循环系统理论分析 19
2.4 城市水务循环系统水量平衡模型 23
2.5 城市水务循环系统经济技术评价指标模型 25
第3章 城市供排水系统工程 35
3.1 城市供水水源及取水工程 35
3.2 城市供水与区域供水系统 37
3.3 地表水取水构筑物 40
3.4 地下水取水构筑物 49
3.5 城市给水管道系统工程 56
3.6 城市排水系统工程 71
第4章 城市防洪排涝工程 101
4.1 城市防洪排涝知识 101
4.2 城市防洪排涝工程建设与管理 115
4.3 城市设计暴雨 132
4.4 城市产汇流计算方法 134
4.5 城市交叉建筑工程项目防洪影响评价 147
4.6 城市建筑工程防洪评价实例 164
第5章 城市污水处理回用工艺设计与适用性研究 171
5.1 概述 171
5.2 城市污水处理工艺选择 175
5.3 城市污水处理工艺设计 187
5.4 分散式生活污水处理技术 193
5.5 城市污水污泥处理处置和工艺设备评价 196
第6章 城市水务系统管理与运行机制 205
6.1 水务管理现状及存在问题 205
6.2 城市水务市场构建与监管机制 206
6.3 节水型社会建设与水资源供需管理 213
6.4 水权 234
6.5 水价政策与水价格制定模式 246
6.6 城市水务系统安全分析 249
第7章 城市人工湿地、生态景观与生态建筑 256
7.1 城市人工湿地的定义及研究意义 256
7.2 城市污水处理人工湿地组合模式的构建 259
7.3 城市人工湿地的景观价值和特征 262
7.4 城市人工湿地景观设计研究 265
7.5 城市生态建筑理论与设计 274
第8章 城市水环境评价与保护 279
8.1 概述 279
8.2 水环境评价 279
8.3 水功能区的划分与管理 284
8.4 水质模型与纳污总量的计算 288
8.5 城市水环境的管理 291
8.6 城市水环境的保护措施 294
第9章 城市水生态系统建设与城市生态规划 298
9.1 概述 298
9.2 城市水生态的规划及其内容 298
9.3 城市生态规划理论方法 302
9.4 城市水生态系统的建设及其管理 307
9.5 城市水生态系统的修复技术 312
第10章 城市水务管理信息化系统设计 315
10.1 城市水务管理信息系统 315
10.2 城市水务管理决策支持系统 323
10.3 数字水务管理系统设计实例 325
参考文献 344