环境科学水环境_环境科学水环境

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第四章水环境

第一节地球上的水

水圈：

海洋、陆地、大气中固态水、液态水、气态水构成的一个大体连续、相互作用又相互不断交换的圈层。水的分布

水的循环

1.水的自然循环

2.水的社会循环

人与水的关系－水的用途

1、生活用水

2、生产用水农业用水

3、生态用水

第二节水资源

水资源的含义

天然水量并不等于可利用水量，水资源则一般仅指地球表层中可供人类利用并逐年得到更新的那部分水量资源。如大气降水，江河、湖泊、水库、土壤和含水层的淡水。

水资源的特性： ①作用上的重要性②补给上的有限性③时空上的多变性 ④利用上的多样性

水资源的短缺

全球的水资源短缺

 联合国世界淡水资源综合评价报告指出，世界约1/3人口生活在面临中度和高度水紧张的地区，水资源的短缺制约了当地经济和社会的发展，如果不采取行动，预计2025年世界人口的2/3或近55亿将有面临着这种局面的风险。

我国的水资源短缺联合国已将我国列为全球13个最缺水的国家之一。

农业缺水、城市缺水、生态缺水。

水资源开发与利用对策 ：开源、节流、治污、管理

开源水利工程措施（时间、空间上的调节）其它措施（雨水、海水、再生水利用）

节流城市节水－－节水型城市农业节水－－节水型农业

治污开源节流、治污为本

综合管理核心：提高用水效率综合管理：一龙管水，多龙治水

经济手段：水价

第三节、水灾害

水灾害——水过多、过少所形成的对人类生存发展的不利影响。水过多：洪灾、涝灾、潮灾…… 水过少：旱灾

洪水灾害——由于水体（江、河、湖等）中的水量超过其最大容纳限量而溢出的现象。

1.洪水危害

范围广：陆地2/3，江河中下游

损失大：人员伤亡，财产损失

■黄河1117年(宋)：决口淹死百余万人1642年(明)：水淹开封城, 全城37万人，淹死34万人

■1998年长江、松花江、嫩江流域特大洪水，受灾人口2.23亿，死亡3004人，倒塌房屋5万间，受灾农作物3.18亿亩。直接经济损失2342亿元

2.形成原因（1）自然因素：暴雨、融冰、融雪等（2）人为因素 A．都市化B．荒地毁林C．修建水坝

（3）地质因素：滑坡、断裂、海啸、冰凌洪水 工业用水.防洪减灾原始社会、奴隶社会：适应生存封建社会：土堤技术，堤防工程近现代：坝工技术，水库建设由于堤防不断加高，洪水蓄泄的空间越来越小，防汛负担和防汛风险也不断加重，加高加修堤防与抬高洪水位的恶性循环，如万一溃堤决口，将造成更大的毁灭性灾害。

江河洪水是一种自然现象，要完全消除洪灾是不可能的。人类既要适当控制洪水，改造自然；又须主动适应洪水的客观规律，协调人与洪水的关系。要约束人类自身的各种破坏生态环境和过度开发利用土地的行为，从无序、无节制地与洪水争地转变为有序、可持续地与洪水协调共处。

人与洪水的协调共处，考虑工程措施与非工程措施的结合，成为防洪减灾发展的方向。

工程措施——指通过兴建水库、修筑堤防、整治河道、开辟分洪区等工程，改变洪水的自然状况，包括调蓄洪量、削减洪峰、加大泄量，分洪、滞洪等，以防止或减轻发生洪水灾害的不利影响。

（1）水库工程：水库的主要作用是拦蓄（滞）调节洪水，削减洪峰，减轻下游防洪负担。

长江三斗坪——三峡水利枢纽坝址

*长江三峡水利工程：

■坝址控制流域面积l00万km2，设计正常蓄水位l75m，防洪库容221.5亿m3。

■荆江河段两岸地区的防洪标准将由目前的不足10年一遇提高到百年一遇。

■电站装机总容量l820万kW，每年约替代原煤4000 ~5000万t。

（2）堤防工程

运用工程措施“挡”住洪水对保护对象的侵袭。

★用河堤防御江河、湖的洪水泛滥

湖北荆江大堤，海河干流防护堤。

★用湖堤防御湖泊的洪水泛滥

洞庭湖防洪蓄洪工程，江苏洪泽湖大堤。

★用围堤保护城市地区不受洪水侵袭

汉口长江防水墙，上海黄浦江防汛墙。

★用海堤或挡潮闸防御海潮

秦山核电站防浪工程，钱塘江口造滩防浪工程。

（3）分蓄行洪工程

开辟分洪区，分蓄（滞）河道超额洪水。

黄河的东平湖分洪区（如图）

（4）河道整治

人工扩大河槽、裁弯取直、清除阻水建筑物，以加大江河的泄洪量。

下荆江裁弯工程（如图）

（5）绿化工程

通过植树造林、涵水固沙，防止或减轻洪水灾害。

黄河上游水土保持工程，黄河护岸丁坝绿化（如图）

多种工程措施协同——

■上中游：修建水库，植树造林

■中下游：修筑堤防，整治河道，分洪区

非工程措施——非工程措施不是控制洪水，而是通过工程以外的法规/政策、经济、技术等多种控制手段，以减轻洪灾损失的各种措施。

（1）建立洪水预报预警系统

（2）洪泛区（分蓄洪区）的运用和管理

（3）救灾黄河护滩抢险现场（如图）

干旱灾害——特定地域长期无雨或严重少雨，以致水资源供给不足，而对人类生产、生活与生态环境所发生的严重不利影响。

1.旱灾的危害渐进性：洪灾一条线，旱灾一大片

时间长：数月—数年

旱灾危害的主要表现：■农业减产：植物生长不良，生物量减少，饥荒。

■供水不足：工业和城市用水短缺，人畜饮水困难。

■生态破坏：土地退化，植被死亡，物种灭绝。

2.干旱的分布：全球陆地面积的25%年平均降雨量小于250mm，属于干旱地区。

我国是世界上干旱危害较严重的国家之一。

我国近代各次自然灾害中最严重的一次灾难：

1876－1878年连续三年干旱，遍及河南、山西、陕西、甘肃、山东、安徽等18个省，在旱灾中心地区，80％的人被饿死，死亡人数达1300万人。

3.旱灾的减灾措施

（1）加强长期预报

（2）推广人工降水、主要是根据不同云层的物理特性，向云中播撒水滴、盐粉或溶液滴、碘化银或固体二氧化碳（即干冰）等催化剂，使云滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面，形成降水。这是人工影响天气中进行得最多的一项试验及应用。

（3）发展节水灌溉

■改进地面灌溉方式： 河南人民胜利渠，浙江防渗渠。（如图）

■发展喷灌、滴灌： 浙江余姚茶园喷灌，电动时针式喷灌机，滴灌。（如图）

第四节水污染

一、水污染的主要来源

1.点污染源A.工业废水：废水中污染物浓度大废水成分复杂且不易净化带有颜色或异味

B生活污水主要来自家庭、商业、学校、旅游服务业及其他城市公用设施，包括厕

所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、沐浴排水及其他排水等。生活污水中99.9%是水，固体物不到0.1%.大量合成洗涤剂

2.面污染源A农业面源污染B城市径流污染

二、主要的水污染物质

1.悬浮物 : 使水体变浑，影响水生植物的光合作用，吸附有机毒物、重金属等，形成危害更大的复合污染物沉入水底，日久形成淤积，妨碍水上交通或减少水库容量，增加挖泥负担。

2.耗氧有机物 : 排入水体后能在微生物作用下分解为简单的无机物，在分解过程中消耗氧气，使水体中的溶解氧减少。影响鱼类和水生生物的生存，造成水体变黑发臭。

3.植物性营养物 : 主要指含有氮、磷的无机、有机化合物，易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖，形成富营养化，使自来水处理厂运行困难，造成饮用水的异味，严重时会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，甚至会导致湖泊的干涸灭亡。

4.重金属 : 重金属是具有潜在危害的重要污染物质，从20世纪50年代前后日本出现的水俣病和骨痛病，均已查明是由于汞、镉污染引起的公害病。重金属的环境污染已受到人们极大的关注。

5.难降解有机物 : 指难以被微生物降解的有机物，能在水中长期稳定地存留，并通过食物链富集，最后进入人体。它们中的一部分化合物即使在十分低的含量下仍具有致癌、致畸和致突变的作用。

6.石油类 : 主要来源于船舶废水、工业废水、海上石油开采及大气石油烃沉降。它会阻止氧进入水中，妨碍水生植物的光合作用。同时，石油还会粘附在鱼鳃上，使之呼吸困难直至死亡，还会抑制水鸟产卵和孵化。食用在含有石油的水中生长的鱼类等水产品，会危及人体健康。

7.酸碱 : 主要来自矿山排水及许多工业废水。它会破坏水生生态系统的平衡；影响渔业生产，腐蚀船只、桥梁及其他水上建筑。用酸化或碱化的水浇灌农田，会破坏土壤的理化性质，对工业、农业、渔业和生活用水都会产生不良的影响。

8.病原体 : 生活污水、医院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工业废水，常含有各种病原体，如

病毒、病菌、寄生虫，会传播霍乱、伤寒、胃炎、肠炎、痢疾以及其他病毒传染的疾病和寄生虫病。

三、水污染特征河流污染，湖泊（水库）污染，地下水污染，海洋污染。

1、河流污染——特点：

■污染程度随径流量变化

■染物扩散快

■污染影响大

我国的河流污染状况：

中国主要河流有机污染普遍，面源污染日益突出。辽河、海河污染严重，淮河水质较差，黄河水质不容乐观，松花江水质尚可，珠江、长江水质总体良好。各大流域片的主要污染河段均集中在城市河段，63.8%的城市河段为IV至劣V类水质。

《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）

Ⅰ类：主要适用于源头水、国家自然保护区；

Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等；

Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区；

Ⅳ类：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：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

2、湖泊（水库）污染——特点： ■污染来源广、途径多、种类复杂 ■污染稀释和搬运能力弱■生物降解

和累积能力强

我国主要湖泊富营养化状况：主要湖泊富营养化问题突出：滇池、太湖

3、地下水污染——特点：■污染来源广泛■污染难于治理■污染危害严重

我国地下水污染状况：主要集中在北方地区

4、海洋污染——特点：■污染源多而复杂 ■污染的持续性强 ■污染扩散范围大

我国近海污染状况：渤海、东海、南海

以渤海为例： 60年代以前：3次；70年代：9次；80年代：74次

90年代：1990年34次，1998年22次，1999年7月3日，出现 了1500 km2面积的严重赤潮，7

月15日更扩大到了6500 km2。

2000年仅辽宁、浙江两次较大赤潮造成的渔业损失就近3亿元。

四、水污染控制

基本控制模式——三级控制

一级控制源头控制接管标准

二级控制污水集中处理出水标准

三级控制尾水最终处置环境标准

再利用/环境水体源头控制

1．工业废水 ■优化产业结构、调整规划布局■清洁生产单位产品耗水量（国外先进

水平——国内平均水平）钢铁行业：3~5m3/t——70~100m3 /t油炼制行业：0.2m3/t——5~6m3/t■就地处理：达到污水排放标准

2．生活污水■合理进行人口密度及分布规划■公众教育现代水输的不利影响 “绿色消费”、“绿色生活”：无磷洗衣粉

3．面源水污染 ■城市径流 收集雨水利用减少硬质地面增加绿化用地

■农村面源发展节水农业减少土壤侵蚀合理利用农药截流农业污水畜

禽粪便处理乡镇企业废水及村镇生活污水处理

一级导流——城市污水截流管网

完善下水道系统——■旧城区：雨水/污水合流制，适当的改造■新城区：雨水/污水分流制

污水集中处理：主导：城市污水处理厂

处理方法分类——■物理处理法

化学处理法

■生物处理法

■物理处理法

去除物质——不溶性的、呈悬浮状态的污染物。

主要工艺——筛滤截留、重力分离、离心分离等。

处理设备——格栅和筛网、沉砂池和沉淀池、气浮装置、离心机、旋分离器等。

■化学处理法

去除物质——呈溶解、胶体状态的污染物。

主要工艺——中和、混凝、化学沉淀、氧化还原、吸附、离子交换、膜分离等。

■生物处理法

微生物作用分为：好氧生物处理、厌氧生物处理

多种处理方法、多个处理单元有机组合常规工艺流程——如图

三级处理

处理方法：化学法、物化法净化效率：满足排放及回用需要

工业废水处理流程——成分复杂多变，没有通用的集中处理工艺流程。

二级导流——城镇尾水导流系统

尾水导流形式——■管道：城区，造价高

■明渠：郊外，造价低，植树绿化

尾水最终处置主导：污水生态工程

利用土壤-微生物-植物系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，既达到对城市污水及部分工业废水的高级净化处理，又可利用其中的有用物质，实现污废水的资源化。

污水生态工程的特点：

■费用低—水、土壤、细菌、高等植物和阳光

■效果好—达到或超过常规系统的处理程度

■空间大、时间长

再利用/再利用途径：■城市回用■工业回用■农业回用■地下水回灌■生态回用

关键——控制水质标准

废水再利用应考虑到诸多因素——■自然角度：长期缺水

■社会角度：确实需要

■经济角度：经济可行

■技术角度：有效去除（潜在微量有毒有害物质）

尾水最终出路：■就近水域■排江■排海

关键——控制水质标准

案例简介——江苏水系污染控制

北线工程，中线工程，南线工程