lesson1 water supply 给水工程。
如我们所熟知，供水对生命的存在至关重要。不论是人，动物，还是植物都需要饮水。社会的基本功能也需要水来保证：
公共健康清洁，工艺流程用水，发电过程的冷却。本课我们将从以下两方面谈供水：
1、地下水 2、地表水。
地下水。1,地下水是通过水井被抽取的重要直接水源，因为地下水常补给地表径流，它也是一种重要的非直接水源。
2,在接近地表部分的曝气区，土壤微孔内水、气共存。这个区域在沼泽地区的厚度可能为0，而在山区其厚度可能达到几百英尺，其中存在着3种水汽。暴风雨过后，重力水通过较大的土壤空隙运送。
毛细水通过毛细作用来通过较小颗粒空间而被抽出，它可以用于植物的吸收。吸湿水除在最干旱气候条件下外靠分子作用保持。曝气区中的吸湿水不能作为供水水源被抽取。
3，曝气区下的饱和区，土壤微孔内充斥着水，这就是我们所说的地下水。含有大量地下水的地层成为含水层。两区的分界线称为地下水或浅层地下水面，地下水静水压力与大气压相等。
含水层可能延伸到很深的地方，但由于覆盖土壤的重力通常使空隙压密，在600m以下的区域几乎没有水。可以从含水层自由排出的水量叫“单位产水量”。
4,土壤中的流量如图一所示，流量与面积和流速的乘积成正比。
式中表面流速与土壤中水的实际流速不等，因为土壤颗粒所占体积大大降低了水流面积。
5,正如水流经管道或明渠会损失能量一样，水以速度v’流过土壤也会损失能量，单位长度损失的能量被定义为：δh/δl=energy lose
符号δ的意思是“变量“。则此等式表示水在土壤中流经长度l能量减少h
6，在潜水含水层，沿单位距离水位线的下降高度即为水流方向的坡度。地表水的高度是水的势能，水从高处流向低处沿程损失能量。水流通过多孔介质如土壤与能量损失的相关性用达西公式表示：
q=ka(δh/δl)
达西公式给我们一种直觉：q随着水流面积的增加和压力的下降而变大。驱动力（上下游的压力）越大，流量越大。
k是渗透性的相关系数，是间隔测量土样运送水能力的一种方法，可由如图2的渗透仪测量得到；k随土壤变化的不同变化很大，小到黏土的0.0005m/天，大到砾石的5000m/天，渗透系数通常用渗透仪在实验中测得，渗透仪由土样和流经的液体如水构成。在给定驱动力（随压力变化）下通过一已知土样区域得到的流量，可计算出渗透性。
7,如果井如图3所示打到潜水含水层，当水被抽出，含水层的水会流向水井。接近井部分的水，其流经的面积会日益缩小，此时需要更多达的表面流速（实际流速），更大的流速引起更多的能量损失，能量梯度要求增加，形成漏斗式水位降低。如果流入井的速度和其被抽取的速度相等，则达到了平衡条件，此式水位降低保持恒定。
但如果抽取的水量增加，通向井的辐射流需要弥补，则导致井更深，即更大的水位降。
8,这个等式可用建在潜水含水层两个观测井的水位测量数据来计算距离水井任意距离给定水位降的抽水量，如图5所示。而且，知道井的直径可以估算出井内水位的降低，这是下降中心重要的一点。如果水位一直下降到含水层的地步，这口井就枯了——从中无法抽取到理想流量了。
尽管从上式引出的观点使用税潜水含水层，它还适用于承压含水层，承压含水层的压力由观测井测出。
9,同一水层多个井之间会互相干扰引起更大的水位降低。如图6所示，一口井形成一个下降中心，如果另一口井被设立，则降落漏斗会重置，引起两口井更大的水位降。如果多口井都一直打到含水层，重叠井之间相互作用会耗尽地下水源，导致所有的井都枯竭。
10,当然，相反的情况也成立。如果一口井作为注入井，则注入的水会从这口井流向其它井，提高地下水位，减少水位降。这种明智的取水井和注入井的利用方法是一种控制重要污染物和垃圾的方法。
11,以上讨论建立在很多假设之上。首先，我们假设含水层是均匀无限的--即所有地区土壤渗透性在所有地方的方向、距离上都是相同的。其次，假设水井穿透整个含水层且对整个含水层开放。
最后，抽水量假设恒定。显然，任何情况都可能导致假设错误，而且含水层行为模式只是此研究的开端，地下水运营模型是一门复杂的科学。
地表水。12,因为地表水量在一年甚至一周内的波动范围都是很大的，且它的水质也受到污染源影响。所以它在供水方面不像地下水一样可依赖性强。
如果一条河流有平均每秒10立方英尺的流量，这并不意味着社区的供水可以依赖这10立方英尺。
13，地表水流量的变化可以大到在干旱期对于极小的需求量都无法满足，所以必须设立存储设施来在雨季存水。水库要求大到可以提供可靠的供水量。然而，存储设施昂贵，如果其设置不必要的过大，意味着国家资源的浪费。
14,评估水库合适大小的一种方法是用累积曲线来计算历史需求容量，然后利用统计来**风险和造价。历史需求容量取决于欲建水库地区河流量的总和，和总流量随时间的变化。需水量随时间的变化被绘于同一条直线上。
全部来水量与需水量之间的差值就是水库所必须具备以满足需求的库容。
15,如果只有有限河流流量数据可利用，则如图7所示的大量曲线用处不大。一年的数据几乎不能提供长期变化的有效信息。
16,如果确切的数据不可用，则长期的变化可以通过统计学数据测量。给水工程通常以满足以20年为固期的需求量来设计，即库容不够充足以抵消干旱的情况20年一遇。国家可能建造更大库容，例如去保证50年一遇库容不足。
通过计算，比较增加重要投资对提高用水**量的效益会对决定有所帮助。一种计算方法要求首先收集许多年水库库容的数据，根据干旱严重程度排列这些数据，然后推算每年干旱的可能性。
17,此步骤是自然现象重复的频率分析，抽查的频率是10年一次或5年一次，或者“十年一旱”和“五年一旱”，但是连续3年干旱然后30年无旱仍被称为“十年一旱”。为30年一遇的旱灾作准备的水库工程量大而昂贵，为10年一遇的旱灾准备则会水库的工程量小而略便宜。
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