08水资源与水污染防治

第八章水资源与水污染防治2020/1/15第八章水资源与水体污染防护28水资源与水污染防治8.1世界水资源8.2水体污染8.2.18.3水体污染防治8.3.12020/1/15第八章水资源与水体污染防护38.1水资源与水循环据水文地理学家的估算，地球上的水资源总量约为1.38亿立方公里，其中97.5%是海水(13.45亿立方公里)。淡水只占2.5%，其中绝大部分为极地冰雪冰川和地下水，适宜人类享用的仅为0.01%。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护4２０世纪５０年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。本届世界水论坛提供的联合国水资源世界评估报告显示，全世界每天约有２００吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染８升淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国４０％的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲５５条河流中仅有５条水质差强人意。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护520世纪，世界人口增加了两倍，而人类用水增加了5倍。世界上许多国家正面临水资源危机：12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施，每年有300万到400万人死于和水有关的疾病。到2025年，水危机将蔓延到48个国家，35亿人为水所困。水资源危机带来的生态系统恶化和生物多样性破坏，也将严重威胁人类生存。水资源危机既阻碍世界可持续发展，也威胁着世界和平。过去50年中，由水引发的冲突共507起，其中37起有暴力性质，21起演变为军事冲突。专家警告说，随着水资源日益紧缺，水的争夺战将愈演愈烈。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护68.1.1世界水资源地球表面约有70%以上为水所覆盖，其余约占地球表面30%的陆地也有水的存在。地球总水量为138.6×108亿m3，其中淡水储量为3.5×108亿m3，占总储量的2.53%。由于开发困难或技术经济的限制，到目前为止，海水、深层地下水、冰雪固态淡水等还很少被直接利用。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护7比较容易开发利用的、与人类生活生产关系最为密切的湖泊、河流和浅层地下淡水资源，只占淡水总储量的0.34%,为104.6×104亿m3，还不到全球水总储量的万分之一。通常所说的水资源主要指这部分可供使用的、逐年可以恢复更新的淡水资源。可见地球上的淡水资源并不丰富。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护82020/1/15第八章水资源与水体污染防护9世界水储量分布状况类别水储量/11013m3占部储量/%占淡水总量/%咸水淡水咸水淡水海洋水地下水土壤水冰川与永久雪盖永冻土底水湖泊水沼泽水河网水生物水大气水13380001287085.41053016.5024064.10300.0091.4011.472.121.1212.996.5380.9290.0060.760.0011.740.0220.0070.00080.00020.00010.00130.10.0568.70.860.260.080.0060.0030.04总计1350955.435029.2197.472.531002020/1/15第八章水资源与水体污染防护108.1.2自然界水循环水循环的内因是水的物理三态（固态、液态、气态）的相互转化，它使水分从地面到空中，从陆地到海洋不断的转移和交换成为可能。形成水循环的外因是太阳辐射和地心引力（重力作用），前者促使水分蒸发、冰雪融化、空气流动，这是水循环的动能；后者是促使地面水流汇归大海的动力。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护11水循环0102030405060708090海洋陆地大气蒸发量接受降水量陆地流入海洋大气循环水量2020/1/15第八章水资源与水体污染防护12水循环当水通过蒸发由液态转化为气态时，要吸收热量，当它以降水的形式到达陆地表面之后，就形成了河流、湖泊和冰川等水体。这样水通过转化和循环，就把太阳的热能转化为机械能，成为流水对岩石圈作用的原动力。河流和冰川刻蚀着地表，并通过溶解、搬运和堆积作用不断地改变着岩石圈的外表形态。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护13影响水循环的因素很多，气候因素最为主要，因为水循环的蒸发、降水、水汽输送三个环节，都取决于气象过程。此外，地理条件（地貌、地质、土壤、植被）和人类改造自然的活动（水利工程措施、坡面治理措施、植树种草）也对水循环的强度、规模和路径产生一定的影响。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护148.1.3人类对水的需要无论是生产还是生活，人类都离不开水，且随着人口的增长和社会经济的发展，人类对水的需求量将大幅增长。目前世界上的水资源70%用于农业，占水资源30%的工业和城市用水中，有90%以上是可以重新利用的。发展中国家的用水85－90%为农业用水，发达国家则不超过50%。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护15在发展中国家，水资源不及世界平均水平，由于人口增长过快，使人均水资源可得量很低，又由于大部分用于灌溉，重复使用率很低。因此水资源的短缺问题主要集中在发展中国家，受影响最严重的又是农业。此外随着大城市人口的迅速膨胀，工业的高速发展，城市用水也将日益紧张，且水源污染也日趋严重。由此可见，解决全球性水资源匮乏的根本途径：一是有效控制人口，二是发展节水性农业，三是防止水源污染与合理分配利用水资源。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护168.2.1水体污染的含义人类的活动会使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中，使水受到污染。目前，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护17天然水质与水体水本身既是质子酸又是质子碱，因此在反应中，既能给出质子形成碱，又能接受质子形成酸，表现出对立的酸和碱的性质，水能使许多盐类发生水解。天然水体中除了水以外，还有其他各种物质，根据它们在水中存在的形态不同，可将这些物质分为三类，即溶解物质、肢体物质和悬浮物质。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护18溶解在天然水中的物质大致可分为五个方面：主要离子、溶解气体、营养物质、微量元素和有机物质。溶解物质在水中的含量，除与物质的性质有关外，还与气候条件、水文特征、岩石与土壤的组成等因素有关。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护19天然水中的物质组成分类主要物质溶解物质O2、CO2、H2S、CH4、N2等可溶解气体。Ca、Mg、Na、Fe、Mn等离子的卤化物、碳酸盐、硫酸盐等盐类，其他可溶性有机物。胶体物质Si、Al、Fe的水合氧化物胶体物质、粘土矿物胶体物质，腐殖质等有机高分子化合物。悬浮物质细菌、病毒、藻类及原生动物、泥沙、粘土等颗粒物。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护20天然水中的物质组成1．主要离子：天然水中的主要离子为：Na+、K+、Ca2+、Mg2+及Cl－、HCO3－、SO42－八种离子。其浓度为ppm级，占水中离子总量的95％-99％。这些离子在水中的积累过程称为天然水的矿化过程，它们主要来自矿物的溶解，当矿物与水接触或在风化过程中，Ca2+、Mg2+等离子通过水解溶解进入水体。2．微量元素：微量元素是指在天然水体中含量在ppb级的元素，天然水体中微量元素的种类很多，大多属于重金属元素。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护213．营养元素：营养元素是指与生物生长有关的元素，包括N、P、Si等非金属元素，以及某些微量金属元素（Mn、Fe、Cu）。这些元素的含量一般在ppm到ppb之间，它们的存在形态与水体的酸碱性、氧化还原性有关。4．溶解气体：天然水体中一般存在的气体有O2,CO2,H2S,N2和CH4等，这些气体来自大气中各种气体的溶解、水生动植物的活动、化学反应等。海水中的气体还来自海底爆发的火山。5．有机物2020/1/15第八章水资源与水体污染防护22水与水体水与水体是两个不同的概念。所谓水体，是指海洋、江河、湖泊、水库、沼泽、冰川、地下水等地表与地下贮水的总称。在环境学中，水体不仅包括水本身，还包括水中的物质（悬浮物、胶体物、溶解物）、底质和水生生物等，实际上它是一个完整的自然综合体，也是一个完整的生态系统。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护23水体可分为海洋水体和陆地水体，陆地水体又有地表水体和地下水体之分。在此研究的主要是陆地水体，而且是与人类生活密切相关的江河、湖泊、水库和地下水。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护24水体自净水体自净能力的定义有广义和狭义两种。广义定义指受污染的水体经物理、化学与生物作用，使污染的浓度降低，并恢复到污染前的水平；狭义定义是指水体中的氧化物分解有机污染物而使水体得以净化的过程。物理净化：天然水体通过扩散、稀释、沉淀和挥发等物理作用，使污染物质浓度降低的过程。化学净化：天然水体通过分解、氧化还原、凝聚、吸附、酸碱反应等作用，使污染物质的存在形态发生变化或浓度降低的过程。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护25生物净化：天然水体中的生物主要是微生物，在生命活动过程中，不断将水中有机物氧化分解成无机物的过程。影响水体自净过程的因素很多，其中主要因素有：收纳水体的地理、水文条件、微生物的种类与数量、水温、复氧能力以及水体和污染物的组成、污染物浓度等。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护26水体污染当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，其含量超过了水体的自然净化能力，使水体水质和水体底质的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象，被称作为水体污染。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护27污染物来自工业的废水、农药、生活污水，以及各种固体和气体废弃物。每年有几百亿吨的污水排入天然水体，使得上万亿吨的水质遭受污染，全世界有1/10的河流受到污染。水体污染使原本不富余的淡水资源紧缺状况雪上加霜。全世界有29亿人喝不上干净的水。经水传染的疾病每年使1500万人丧生，其中大部分是儿童。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护288.2.2水体污染物水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和自净能力即水体的环境容量，从而导致水体的物理特征、化学特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在人类生活和生产中的作用。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护29造成水体污染的因素是多方面的：向水体排放未经妥善处理的城市污水和工业废水；施用化肥、农药及城市地面的污染物被水冲刷而进入水体；随大气扩散的有毒物质通过重力沉降或降水过程而进入水体等。污染水体的物质成分极为复杂，概括起来主要包括：无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物、有机有毒物、石油类污染物、病原微生物、寄生虫、放射性污染物、热污染等。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护30无毒污染物无毒污染物包括砂、土等颗粒状的污染物，它们一般和有机颗粒性污染物混合在一起，统称为悬浮物（SS）或悬浮固体，使水变浑浊。还有酸、碱、无机盐类物质，氮、磷等营养物质。它们一般虽无生物毒性，但含量过高会对人类或生态系统产生不良影响。水体中的酸碱盐等无机物及蛋白质、油类、脂肪等有机物，酸、碱物质使水体不能维持正常pH范围（6.5-8.5）。2020/1/15第八章水资源与水体污染防护31含氮、磷的化合物，如合成洗涤剂及化肥等是营养物质，因过量会引起藻类疯长而使水体缺氧。其他有机物因化学和微生物分解过程而消耗水体中的氧气，致使水体中溶解氧耗尽，水质恶化。各种溶于水的无机盐类会造成水体含