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城市供水系统设计与优化 本书概要： 本书深入探讨了现代城市供水系统的全生命周期设计、运行、维护与优化策略。内容聚焦于如何构建一个安全、可靠、高效且可持续的城市供水基础设施，以满足日益增长的人口和工业需求。我们从水资源勘察、水源地保护入手，详细阐述了从水源到用户端的整个水处理和输配网络的设计原则、关键技术和管理挑战。 第一部分：水资源评估与水源地保护 第一章：城市水资源现状与需求预测 本章首先对城市水资源总量、水质特征进行全面评估。涵盖了地表水、地下水资源的补给、排泄规律分析，以及气候变化对水资源可持续性的影响。重点介绍了水资源承载力分析方法，包括水衡算模型和水质水量平衡模型在长期规划中的应用。 随后，详细讲解了城市用水需求的预测方法。从历史数据分析、人口增长模型、经济发展指标到不同行业（居民生活、工业生产、市政服务）的需水特性分析，构建多情景下的需水预测体系。强调了非常规水资源（如中水回用和雨水收集）在供水结构优化中的潜力。 第二章：水源地保护与水质风险管理 水源地是城市供水的生命线。本章细致剖析了水源地划定标准、分级保护体系和保护区的管理措施。内容包括对工业污染源、农业面源污染和生活污染源的识别与控制技术。 风险管理方面，本书引入了基于风险评估（Risk Assessment）的水源地保护框架。讨论了突发性水污染事件的应急预案制定、预警机制建立以及快速响应技术，确保在极端情况下供水安全。此外，探讨了生态修复技术在退化水源地恢复中的应用。 第二部分：水处理工艺与深度净化技术 第三章：饮用水处理厂（WTP）工艺流程设计 本章详尽介绍了现代饮用水处理厂（WTP）的标准工艺流程，包括预处理、混凝、沉淀、过滤和消毒等核心单元操作。 预处理与混凝技术： 探讨了不同原水水质对应的预处理方案（如预氧化、曝气除铁除锰）。深入分析了混凝剂的选择标准、最佳投加量确定（基于Jar Test和Zeta电位分析），以及新型混合器设计对混凝效率的影响。 沉淀与澄清技术： 对比分析了平流沉淀池、辐射流沉淀池以及脉冲波沉淀池的设计参数和运行特性，重点讨论了高浊度水处理中的沉降效率优化。 过滤技术： 全面覆盖了快速砂滤、慢速砂滤、双层滤料滤池、以及膜过滤技术（微滤MF、超滤UF）在饮用水净化中的应用。详细阐述了滤池的反冲洗优化策略，以延长运行周期并节约水资源。 第四章：深度净化与非常规污染物控制 随着环保标准的提高，传统工艺难以应对新兴污染物。本章聚焦于深度净化技术。 高级氧化工艺（AOPs）： 详细介绍了臭氧氧化、UV/H2O2、芬顿（Fenton）及其改进工艺在去除有机微污染物（如内分泌干扰物、药物残留）中的机理、反应动力学及工程应用。 活性炭吸附技术： 对比了颗粒活性炭（GAC）和粉末活性炭（PAC）的应用场景。重点探讨了活性炭的饱和寿命预测、再生技术（热再生、气相再生）的经济性评估。 膜分离技术在深度处理中的集成： 深入分析了纳滤（NF）和反渗透（RO）在高盐度、高硬度水质处理中的性能表现、膜污染控制策略（如化学清洗周期优化）及能耗分析。 第五章：消毒技术与水质稳定 消毒是保障饮用水安全的关键环节。本章系统阐述了氯消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒和紫外线（UV）消毒的优缺点、杀菌机理及副产物控制。 生物稳定控制： 强调了管网微生物增长的风险，介绍了通过控制余氯、pH值和生物可同化有机碳（BDOC）水平，实现管网水质的生物稳定化技术。 消毒副产物（DBPs）控制： 分析了三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）等DBPs的形成机理，并提出通过优化预处理和调整消毒剂投加点来实现DBPs最小化的设计思路。 第三部分：供水管网设计与运行优化 第六章：供水管网水力学与布局设计 本章是输配系统设计的核心。首先介绍了城市供水管网的水力学基础，包括水头损失计算、管材选择标准（如韧性、耐腐蚀性）和管径优化设计。 管网布局优化： 详细讲解了管网的树状结构、环状结构的设计原则，以及在复杂地形和高密度城区中管网的优化布局方法，确保压力和流量的均匀分布。 水锤与压力控制： 深入分析了快速阀门操作、泵站启停等引起的瞬时压力波动（水锤现象）的产生机理，并介绍了安装水锤消除器、缓闭阀等压力控制措施的设计规范。 第七章：泵站设计与能效管理 泵站是供水系统的主要能耗点。本章侧重于泵站的选型、布局与节能运行。 泵站设计参数： 介绍了确定设计流量、设计扬程（考虑水头损失和所需剩余压力）的科学方法。对比分析了变频调速（VFD）泵组与多台固定速度泵组的运行特性和经济性。 能效优化： 阐述了基于实时需水的智能泵控策略，如何通过优化泵的运行组合，降低单位产水量的能耗（Specific Energy Consumption, SEC）。 第八章：管网漏损控制与健康监测 漏损控制直接关系到水资源利用效率。本章系统介绍了漏损管理的各个环节。 漏损评估与分区计量（DMA）： 详细讲解了如何通过创建DMA，结合夜间最小流量分析、压力波动监测等方法，准确评估和量化系统漏损。 管网老化与爆管预测： 引入了基于地理信息系统（GIS）和历史数据分析的管道可靠性评估模型，预测易失效管段，指导预见性维修计划的制定。 新型监测技术： 探讨了声学泄漏定位技术、压力传感器网络在管网实时健康监测中的应用，实现从被动抢修到主动维护的转变。 第四部分：供水安全保障与智慧水务 第九章：二次供水设施设计与管理 二次供水是连接市政管网与用户端的桥梁。本章关注二次供水的卫生和安全问题。 设计规范与水箱/水池卫生要求： 详细规定了水池的容积设计、防倒流装置（真空破坏器）的设置、通风和排污设施的标准。 二次供水水质在线监测： 介绍了浊度、余氯、pH值等关键指标的在线监测设备选型与数据追溯体系，确保用户终端水质达标。 第十章：智慧水务与供水系统集成化管理 本章展望了未来供水系统的发展方向，即信息化、智能化管理。 SCADA系统集成： 阐述了如何将水厂、泵站、管网压力/流量传感器与中央控制系统（SCADA）进行高效集成，实现远程监控和自动化调度。 数据分析与决策支持： 探讨了大数据、物联网（IoT）技术在供水系统中的应用，如何通过对海量运行数据的深度挖掘，辅助管理层做出更科学的供水调度、能耗优化和资产管理决策。 结语： 本书旨在为供水领域的工程师、规划师和管理者提供一个全面、深入且具有前瞻性的技术参考，以应对新时代城市供水面临的复杂挑战。
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