2010环境水利学第一章绪论

环境水利学城建学院梁素弢2010水是人类赖以生存的宝贵资源环境水利学第一章绪论第二章水体环境第三章水体污染与水体自净第四章水资源保护第五章水质数学模型及模拟第八章水利工程对环境的影响第一章绪论第一节环境水利学的研究对象与基本内容第二节环境水利学的形成与发展第三节环境水利学的特点一、环境水利学的定义二、环境水利学的研究对象三、环境水利学的基本研究内容第一节环境水利学的研究对象与基本内容一、环境水利学的定义（p1）环境水利学是研究兴建水利工程引起的水利环境问题和环境变化对水环境、水利工程、水资源开发利用影响的学科。一、环境水利学的定义二、环境水利学的研究对象三、环境水利学的基本研究内容第一节环境水利学的研究对象与基本内容二、环境水利学的研究对象1.人类对水资源认识的转变（1）从无节制的索取转变为和谐相处；（2）从把水资源作为一种取之不尽、用之不竭的资源转变为认识到水资源是一种有限的国家战略资源；（3）从注重防止水对人类的危害转变为同时要注意防止人类对水资源的危害；二、环境水利学的研究对象1.人类对水资源认识的转变（4）从重点对水资源进行开发、利用、治理转变为同时注重对水资源的配置、节约和保护；（5）从只考虑人类活动用水转变为同时考虑社会活动用水和生态环境用水。广义的环境水利学：水与环境之间的关系。2.环境水利学具体内容为两方面：（p1）(1)与环境有关的水利问题：即环境污染、生态破坏对水资源、水环境和水利工程的影响；(2)与水利有关的环境问题：水利工程对环境的影响，即兴修水利对环境生态的影响，洪涝旱碱淤污等水害带来的影响等。二、环境水利学的研究对象一、环境水利学的定义二、环境水利学的研究对象三、环境水利学的基本研究内容第一节环境水利学的研究对象与基本内容三、环境水利学的基本内容1.水资源保护：涉及水质和水量两个方面的内容，以水质保护为重点。2.水利发展对环境的影响及对策：水利发展对自然、社会环境的影响范围和影响程度。3.流域环境水利：中国七大流域:长江、珠江、太湖、黄河、松辽、淮河和海河。三、环境水利学的基本内容4.区域环境水利：区域环境水利划分有3种类型（1）按行政分区；（2）按自然地理分区：如平原区、河口地区的环境水利等（3）按资源开发利用分区：5.城市环境水利：以城市为对象研究水利与环境的相互关系，提出改善城市环境的对策与措施。6.基础理论研究第一章绪论第一节环境水利学的研究对象与基本内容第二节环境水利学的形成与发展第三节环境水利学与其他学科的关系一、环境水利学提出的背景第二节环境水利学的形成与发展二、环境水利学形成和发展过程(一)水资源短缺带来的环境问题(二)水体污染带来的环境问题(三)水土流失带来的环境问题(四)洪涝灾害带来的环境问题一、环境水利学提出的背景(一)水资源短缺带来的环境问题水资源现状地球上总的水体积大约为14亿km3，其中只有2.5%是淡水。大部分的淡水以永久性冰或雪的形式封存于南极洲和格陵兰岛，或成为埋藏很深的地下水。能被人类所利用的水资源主要是湖泊、河流、土壤湿气和埋藏相对较浅的地下水盆地。这些水资源中可用的部分仅有20万km3――不足淡水总量的1%，仅为地球上水资源总量的0.01％。水资源现状全球淡水资源不仅短缺而且地区分布极不平衡。按地区分布，巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、印度、哥伦比亚和刚果等9个国家的淡水资源占了世界淡水资源的60%。水缺乏状况目前世界上已有29个国家不同程度的缺水，到2025年，缺水国家将达34个；在今后50年内，世界将有10亿至24亿人面临缺少淡水的威胁。水缺乏状况在中国七大流域中，有近50％的河段受到不同程度的污染，其中10％的河段污染极为严重，已丧失了水体的使用功能，75％的城市河段已不适宜作为饮用水的水源。1.我国水资源现状中国水资源总量为2.8万亿m3。其中地表水2.7万亿m3，地下水0.83万亿m3，由于地表水与地下水相互转换、互为补给，扣除两者重复计算量0.73万亿m3。(一)水资源短缺带来的环境问题我国是一个水资源相对缺乏的国家，年平均水资源总量居世界第6位,而人均占有量仅为世界人均的1/4，居世界第121位，属于世界上13个贫水国之一。1.我国水资源现状按照国际公认标准，水资源缺乏分为四个等级人均水资源低于3000m3为轻度缺水；人均水资源低于2000m3为中度缺水；人均水资源低于1000m3为重度缺水；人均水资源低于500m3为极度缺水。河北省人口有6700多万人（2002年的数据）河北省人口有6700多万人（2002年的数据）河北省人口有6700多万人（2002年的数据）中国目前有16个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500m3。河北省人口有6700多万人（2002年的数据）江苏水质型缺水，不是因为水资源的人均占有量不足，而是指因水源的水质达不到国家规定的饮用水水质标准而造成的缺水。2004年,太湖富营养化面积达到77%，流域河流水质评价为Ⅰ至Ⅲ类的仅占9.4%，超标河长占到了90.6%。河北省人口有6700多万人（2002年的数据）以上海为例，市区依湖停海，人均淡水量为全国人均占有量的1.7倍。按照国家标准，地表水水质分为Ⅴ类，其中作为饮用水水源的水质必须达到Ⅲ类水以上。根据上海市水务局的历时两年的详细调查，目前本市陆域水系已经没有Ⅰ类水，Ⅱ类、Ⅲ类水仅占陆域水系的1%。而Ⅵ类水、Ⅴ类水占30.4%，劣于Ⅴ类的水占69.6%。河北省人口有6700多万人（2002年的数据）河北省是我国水资源最缺乏的省份之一。受自然条件的影响，水资源时空分布不均。我省多年平均水资源总量为205亿m3，人均水资源量仅为307m3(按2000人口)，人均水资源占有量只有全国平均值的七分之一。据评估分析，上世纪50年代全省的用水总量约40亿m3，目前增加到200多亿m3，而我省可用水资源总量约170亿m3，为保障经济社会发展，每年不得不超采40多亿m3的地下水。2.河北省水资源“有河皆干，有水皆污”我省地表水的减少后果：300年历史的房涞涿灌区面积只剩下1/10荆轲刺秦王战国末年，燕国派荆轲刺杀秦始皇，荆轲将匕首藏在一份督亢地图中，假意献图混进秦宫，最终败死在秦王手中。涉及到北京平原早期水利开发的重大成果—古督亢水利。督亢地区位于北京平原拒马河下游，包括涞水、涿州、房山、新城等平原地带。战国时代，就形成了一个完整的灌溉水网，成为燕国有名的富饶之地，早为秦国所垂涎。荆轲为能获准进入秦宫，假献督亢地图给秦王，说明督亢的价值。在战国时代，人们对“水利是农业的命脉”已有了深刻的认识。古督亢水利至今已延续了一千多年，房涞涿灌区仍在发挥效益，但灌区面积已经大大减少。在邢台市和邢台县境内京广铁路两侧20余平方公里范围内。有百泉、珍珠泉、达活泉等15个泉群，以百泉和达活泉最著名。百泉是一个历史悠久的泉水灌区。据记载，百泉一般年份的自然涌出量为6.4m3/s，最大出水量达9.8m3/s，可灌溉36个村的5万多亩耕地，一派“北国江南”的风光。随着邢台市用水量的增大，地下水超量开采，百泉逐渐干涸。400年历史的邢台百泉灌区成了“无米之炊”2009年邢台市水生态保护修复工程被批准，是全国十个水生态修复试点之一，也是全国唯一地下水修复试点。该水生态系统保护与修复建设项目分4年建设，总投资17.52亿元，将重现百泉争涌的生态景观，百泉处将建设泉水湿地公园。全省多年平均地下水天然补给资源总量为170.26亿m3，多年平均地下水天然淡水补给资源量为131.60亿m3，多年平均地下淡水可开采资源量为99.54亿m3。3.河北省地下水开采现状河北省地下水资源概况1979年全省有机井57.3万眼，井灌面积3914.34万亩,地下水开采量达100多亿m3,八十年代全省平均每年开采地下水130多亿m3，地下水是我省城乡经济发展的主要供水水源。河北省机井数2000年，全省地下水开采井数量达86.66万眼，（其中深井10.24万眼），约占全国农用机井的1/3,使河北省成为全国拥有开采井数量最多的省份，地下水开采量居全国之首。地下水开采量由高到低排列：石家庄33.64亿m3；保定市30.05亿m3；唐山市19.65亿m3；邯郸14.36亿m3；衡水、沧州、廊坊均在10亿m3左右，张家口5.6亿m3，秦皇岛4.45亿m3，承德3.43亿m3。从1976年起，河北省平均每年超采地下水40亿m3，30年共超采1200多亿m3，相当于200个华北地区最大淡水湖白洋淀的蓄水量。地下水超采的后果由于地下水的大量开采和超采，不仅造成区域地下水位大幅度持续下降，同时在开采强度较大、用水集中的城市地区出现了规模不等的地下水位降落漏斗。地下水超采的后果河北平原从70年代初期形成地下水位下降漏斗，并逐渐转化为常年性漏斗，华北地区已成为世界最大的地下水漏斗区。地下水超采的后果河北省约有30余处地下漏斗，一般中心深25米～35米，个别40米以上。据观测资料，规模较大的是石家庄漏斗，冀枣衡漏斗和沧州漏斗。河北省地下水降落漏斗举例⑴石家庄漏斗浅层潜水疏干漏斗，中心位于石家庄市，自1965年～1990年，漏斗中心水位埋深由7.57m下降到37.22m，漏斗中心水位累计下降29.65m，平均每年下降1.2m，1990年漏斗面积达338km2。⑵冀枣衡漏斗主要是深层承压水漏斗，中心位于衡水市，该漏斗形成于70年代初期，自1972年至1990年，漏斗中心水位埋深由20.98m下降到76.18m，漏斗中心水位累计下降55.2m，平均每年下降2.85m/a，漏斗涉及面积达4032km2。⑶沧州漏斗深层承压水漏斗，中心位于沧州市，从漏斗中心水位埋深92m，中心水位下降速率2m/a。漏斗面积达1415.2km2。保定一亩泉水位：1958年一亩泉水位为地上1m，而到2002年6月末，平均水位埋深39.62m。4.超采地下水的后果A、地面沉降B、塌陷C、地裂D、海水入侵E、改变自然景观F、诱发地震在我国，由于各大中城市巨大的人口压力，地下水的过度抽采更为严重，导致大部分城市出现地面沉降。全国有近70个城市因不合理开采地下水诱发地面沉降，沉降范围6.4万平方千米，沉降中心最大沉降量超过2米的有上海、天津、太原、西安、苏州、无锡、常州等城市，其中天津塘沽的沉降量达到3.1米。A、地面沉降北京东郊约600平方公里的区域累计沉降量达550多毫米。这不仅导致高层建筑的倾斜，而且加重了城市防洪、防潮、排涝的负担。A、地面沉降由于地下沉陷，西安大雁塔从16世纪初开始就向西北方向发生了倾斜，到1996年，大雁塔的倾斜达到了历史的最高值1010mm，经过各级部门近10年的抢救，大雁塔倾斜的势头得到了遏止，但它现在的倾斜幅度依然超过了1m.目前，河北平原地面沉降大于0.5m的面积达6430km2，沉降大于１m的面积达755km2，沉降大于２m的范围已覆盖了整个沧州市区。沧州市境内南运河河床下沉，影响着南水北调东线引水工程的安全，同时对重要交通干线和河流泄洪能力造成影响。A、地面沉降保定每年的地面沉降为1cm，从50年代末到90年代末，累计沉降（均匀沉降）60多cm，2000年前市区地下水位38m，西大洋水引入市后，上升了10m多。A、地面沉降地面沉降导致了地表建筑和地下设施的破坏。据统计，我国每年因地面沉降导致的经济损失达1亿元人民币以上。我国已开始重视这个问题，控制人口增长、合理开采地下水等一系列政策的出台，使我国的地面沉降现象已经或将得到控制。A、地面沉降B、塌陷由于大规模集中开采地下水，近年来，我国地面塌陷频繁发生，并呈现向城镇和矿山集中的趋势，规模越来越大，损失不断增加。在岩溶区开采地下水过量会造成地表塌陷，引起房屋开裂倒塌、地下管道弯裂、中断交通与电力供应等一系列灾难。B、塌陷20世纪80年代，山东泰安岩溶塌陷造成京沪铁路一度中断、长期减速慢行；贵昆铁路因岩溶塌陷发生列车颠覆事件……2003年8月4日上午10时25分，广东阳春市大河水库移民春城镇河西安置区突然发生