1、水资源及其利用与保护找水！第十一章第十一章 水资源及其利用与保护水资源及其利用与保护l1、水是宝贵的自然资源水是一切生物赖以生存的物质基础，是可更新的资源。使用资源要有付出代价。l2、水圈与水资源全球总水量13.9亿km3，淡水仅为0.36亿km3，真正可用淡水资源不足世界贮水量的1%。水资源有限，并非取之不尽用之不竭。各种类型的水有自己的循环更替周期，大气水和河流水是较长时间内保持动态平衡的淡水量。一、关于水资源的一些基本概念l3全球水循环 海洋和陆地间的水分交换是自然界水循环的主要联系，洋面上的水汽随气流进入陆地凝结而成降水至（达地面后，部分蒸发而返回大气，部分则形成地面径流和地下径流，通
2、过江河网及海岸排回海洋。这种不断往复的循环，使海洋中的水量在长时间内保持相对平衡。这部分逐年可以得到更替、在较长时间内又可以保持动态平衡的水量，就是目前通称的“水资源”。夏天，冰川融化；冬季降雪贮存；四季更替，河水长流。月亮引力，地轴倾斜，有四季变化。美国数学家提出炸掉月亮！？由大气凝降到陆地的水，其中三分之二经过蒸腾和蒸发作用又进入大气，余下三分之一是径流部分 人类对水循环最重要的影响是对水的消耗性使用，减少了河水流量，人为改变了水循环。一、关于水资源的一些基本概念l4水的特殊物理性质（1）沸点高）沸点高（2）蒸发热大）蒸发热大 l太阳照射到地球上的热能在全球得以分散，均衡地球上各地气温。大
3、量的太阳能以热的形式贮存在被蒸发的海水中，然后转移到较冷的陆地上空，凝结成降水而释放热量（3）热容高）热容高 l用给定的热量加热一定重量的水时，其温度升高不多。换言之，水的升温和降温过程都比其它物质慢得多。水的这种性质制止了气温的大幅度变动，从而保护了生命机体免受气温突变的伤害（4）反常膨胀）反常膨胀 l水温为4时，水的密度最大，低于4以后，因体积膨胀，其密度变小，成为冰而浮于水面（5）良好的溶剂）良好的溶剂 l水能溶解各种物质，是最好的溶剂 一、关于水资源的一些基本概念l5水对人类和在环境中的重要作用 水是人类生活之必须l人体中含水量占体重的23；每人每天至少需要22.5升水；一般每人每天可
4、得清洁水低于50升时，就有可能发生与水有关的疾病；工业之血液l除了空调和清洗外，水还用于冷却、加工、沸蒸和传送 水利是农业的命脉l农业用水在全球用水中占的比例最大，约占73；其中主要是灌溉用水 水是生命存在之源l保护环境，维持生态平衡，必须保持江河湖泊一定的流量，以满足鱼类和水生生物的生长，并利于冲刷泥沙、冲洗农田盐分入海，保持水体自净能力和旅游等的需要 一、关于水资源的一些基本概念l人类对水资源的开发利用分两大类：一类是从水源取走所需的水量，满足人民生活和工农业生产的需要后，数量有所消耗，质量有所变化，在另外地点回归水源。另一类是取用水能（水力发电）、发展水运、水产和水上游乐，维持生态平衡等
5、，这种利用不需要从水源引走水量，但是需要河流、湖泊、河口保持一定的水位、流量和水质。l1世界水资源的供给与利用 世界人口的高速增长及工农业生产的发展，水资源的消耗量越来越大。据联合国资料：1940全世界0.82万亿km3，70年2.6万亿km3，75年3万亿km3，2000年6.11万亿km3。1900年至1975年间，每年以35的速率递增，即每20年左右增长一倍 全世界10亿人缺乏清洁的饮用水，20亿人无合适的卫生设备；每8秒钟因饮用不洁的水，一名儿童死亡；2000年3月21日在荷兰海牙召开世界水资源大会，3月21日为“水日”农业用水所占比例下降；而工业与城市生活的发展用水量比例增加。二、世
6、界水资源的利用情况l2水资源消耗原因 公共用水（包括饮用水和卫生用水）、工业用水和农业用水 量的增加近40年来，全世界工业用水增加了7倍，而农业用水量仅增加了2倍。在发达国家工业用水占40以上，而在发展中国家工业用水则不到10。在工业用水中，主要是能源部门的冷却用水量大 农业用水的耗水量主要是灌溉用水，自1950年以来，世界灌溉农田增加了近3倍，达到2.7亿公顷二、世界水资源的利用情况l3水危机产生的原因（1）自然条件影响）自然条件影响 l淡水在地球上的分布极不均匀，而且受到气候变化的影响，所以许多国家或地区用水量甚缺-我国西北部缺水（2）城市与工业区集中发展）城市与工业区集中发展 l世界上城
7、市居民约占世界人口的416，而城市占地面积只占地球上土地总面积的0.3 （3）水体的污染）水体的污染 l水体含义有二：一般是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称 l水体地表被水覆盖着的自然综合体；l环境污染的研究中，区分“水”与“水体”的概念十分重要 l研究水体污染主要研究水污染，同时也研究底质（底泥）和水生生物体污染；l水污染是指排入水体的污染物使该物质在水体中的含量超过了水体的本底含量和水体的自净能力，从而破坏了水体原有的用途；二、世界水资源的利用情况目前，在世界许多地方，水的供应不足已经成为一种基本的文化和环境难题，或者说，已经成为一个经济问题、人权问题。对占世界人口的1/5的人
8、来说，能否有充足的水供饮用，已是一个生死攸关的问题。我们在电视上常常可以看到，饥渴的非洲难民贪婪地喝着刚刚分到手中的饮用水。据专家估计，目前缺水的国家已从80年代的40多个发展到100多个，其面积占地球陆地面积的60%以上。我国缺水国家中位居第13位，缺水的严重程度足见一斑。我国的资源位居世界第六位，但由于人口多，人均水量只及世界人均量的1/4，美国的1/5，印度的1/7，加拿大的1/50。而且由于幅员辽阔，降雨量在时间与空间的分布上差别都很大。常常是冬春大旱，夏秋闹水灾；西部、北部盼下雨，东部、南部盼晴天；西部、北部在抗旱，东部、南部在抗洪；渴死的渴死，淹死的淹死，旱涝不均，浪费严重。水利建
9、设不足，森林覆盖率低，水资源开发利用不当，也是造成我国“贫水”的原因。而近十几年来，严重的水污染更使我们本来就缺少的水资源受到严重危害。20世纪以来，世界用水量大幅度增加，到2000年，全世界淡水用量可达1975年2-3倍。而由于天气干旱、污染严重等原因，水荒会越来越严重。有人估计，未来的人们将会更深刻地认识到，水是最宝贵的资源；未来的战争会因争夺水而发生。l水体的污染源和污染物水体的污染源和污染物 污水的水质指标污水的水质指标 l悬浮物(SS-Suspended substance)，是污水中呈固体状的不溶解物质，它是水体污染基本指标之一 l废水中有机物浓度 生物化学需氧量，简称生化需氧量，
10、用BOD表示（Biochemical oxygen demand），BOD表示水中的有机污染物经微生物分解所需的氧量（单位体积的污水所消耗的氧量，毫克升），生化需氧量越高，表示水中需氧有机物质越多。化学需氧量（COD，即（Chemical oxygen demand的缩写）用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量。目前常用的氧化剂主要是重铬酸钾或高锰酸钾。以高锰酸钾作氧化剂时，测得的值称高锰酸盐指数。总有机碳（TOC，即Total organic carbon的缩写）和总需氧量（TOD，即Total oxygen demand的缩写）l pH值-对污水处理及综合利用，对水中生物的生长繁殖，对
11、排水管道等都有很大影响 二、世界水资源的利用情况l污水的细菌污染指标1毫升水中细菌（杂菌）的总数 饮用水100个1升水中大肠杆菌群的多少。污染指示 饮用水3个l污水中有毒物质指标“地面水中有毒物质的最高容许浓度”标准，列出40种 水体污染源水体污染源 l点源主要指工业污染源和生活污染源。其变化规律服从工业生产废水和城镇生活污水的排放规律，即季节性和随机性 可受人为控制l面源 农村污水和灌溉水是水体污染的主要面源；地质溶解作用以及降水对大气淋洗，使污染物进入水体，这也是一种面源 水体中的主要污染物水体中的主要污染物 l需氧污染物 生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有
12、机化合物可在微生物作用下最终分解为简单的无机物质，这些有机物在分解过程中需要消耗大量的氧气，故被称之为需氧污染物。二、世界水资源的利用情况l溶解氧溶解氧(Dissolved Oxygen)水中DO含量影响因素有：再充气过程、光合作用、呼吸和有机废物的氧化作用一天中水的DO含量随上述三种作用而变化 有机废物的氧化作用和DO含量的关系 BOD应用时有两种形式，一是BOD用，表示经过时间t所耗用的量；一是BOD余表示该时刻水中所残余的生化需氧量。如下图所示，它们都随时间成指数函数而发生变化，或：BOD余BOD总e-ktBOD用BOD总(1-e-kt)T(天数)BOD总BOD余0 5 10 15 T(
13、天数)BOD总BOD5BOD余和BOD用随时间t而变化的情况二、世界水资源的利用情况 氧垂曲线（氧垂曲线（Oxygen Sag Burve）所谓氧垂曲线，它说明水体对需氧有机废物的天然自净化过程。当有机废物排入水体中时，由于细菌的氧化分解作用使水中的DO下降，同时废物量也减少了l植物营养物-主要是指氮、磷、钾、硫及其化合物 第一个途径，也是主要方面，来自化肥第二个途径，来自生活污水的粪便（氮的主要来源）和含磷洗涤剂 第三个途径，由于雨、雪对大气的淋洗和对磷灰石、硝石、鸟粪层的冲刷，使一定量的植物营养物质汇入水体 植物营养物污染的危害水体富营养化“湖泊死亡”防止富营养化的关键就在于控制磷，但现今
14、水体中磷的含量约有一半来自人们生活中使用的合成洗涤剂。废物加入点下游的距离废物加入点DO二、世界水资源的利用情况l重金属 重金属以汞毒性最大，镉次之，铅、铬、砷也有相当毒害，有人称之为“五毒”重金属的污染有三个特点：l 在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大致在110毫克升 l通过食物链的生物放大作用，重金属可以在较高级生物体内成千、成万倍地富集 l水体中的某些重金属可在微生物的作用下转化为毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化 l农药 高效、低毒，性质稳定，不易降解和转化l石油 1升石油在水面上扩散面积可达到1002000m2，大量耗氧，1升石油完全氧化消耗40万
15、升海水中的溶解氧。l酚类化合物 酚有毒性，但人体有一定解毒能力。如经常摄入的酚量超过解毒能力时，人会慢性中毒，而发生呕吐、腹泄、头疼头晕、精神不安等症状 一般规定饮用水挥发酚浓度为0001毫克升。二、世界水资源的利用情况l氰化物 主要来自化学、电镀、煤气、炼焦等工业排放的含氰废水 氰化物是剧毒物质，一般人只要误服01克左右的氰化钾或氰化钠便立即死亡。5吨氰化物掉入珠江上游河中，5千万人生命受到威胁。生活饮水中氰化物不许超过005毫克升 l酸碱及一般无机盐类 酸性废水主要来自三个方面：矿山排水，冶金和金属加工酸洗废水，雨水淋洗含SO2烟气后流入水体形成酸雨碱性废水主要来自碱法造纸、人造纤维、制碱
16、、制革等工业废水 l放射性物质 主要来源有三个途径：核电站；核武器的试验，主要是大气中放射性尘埃的降落和地面径流；放射性同位素在化学、冶金、医学、农业等部门的广泛应用。l病原微生物和致癌物 病原微生物有三类：病菌可以引起疾病的细菌。如大肠杆菌、痢疾杆菌、绿脓杆菌等。病毒一般没有细胞结构，但有遗传、变异、共生、干扰等生命现象的微生物。多数用电子显微镜才能观察到。如麻疹、流行性感冒、传染性肝炎病毒等。寄生虫动物寄生物的总称。如疟原虫、血吸虫、蛔虫等（其中许多不是微生物）。二、世界水资源的利用情况l1自然概况 江河众多，流域面积在100平方公里以上的河流约有5万多条，流域面积在1000平方公里以上的
17、约有1500多条。但由于受地形和气候的影响，河流在地区上的分布很不平均，绝大多数河流分布在我国东部气候湿润、多雨的季风区 我国湖泊众多，面积在1平方公里以上的湖泊有2300多个 我国又是世界上中低纬度地带冰川资源最多的国家之一，共有冰川四万三千余条，集中分布在西部地区。总面积58700平方公里 我国平均年降水总量为61889亿立方米，平均降水深6484毫米年均河川径流量27115亿立方米，折合年径流深2841毫米。我国河川径流量主要由降水补给，由冰川融雪水补给的只有500亿立方米左右。我国地下水年平均资源为82876亿立方米。水资源总量计算：wRRgRr R河川径流量，Rg地下水补给量，Rr一
18、重复水量我国地表水和地下水资源的量分别为27115和8288亿立方米，扣除二者之间重复7279亿立方米后，则我国多年平均水资源总量为28124亿立方米。三、我国水资源的特点l2.我国的水资源特点（1）降水）降水l 我国降水量受海陆分布和地形等因素的影响，在地区上分布很不平衡，年降水量由东南沿海向西北内陆递减。按降水量的多少，全国可分为下列五个降水量带：l 多雨带：年降水量超过1600毫米，气候湿润，包括广东、福建、台湾和浙江大部、江西和湖南山地、广西南部、云南西南部和西藏东南角。l 湿润带：年降水量8001600毫米，气候湿润，包括秦岭至淮河以南的广大长江中、下游地区，以及云贵川和广西大部地区
19、。l 半湿润带：年降水量400800毫米，气候半湿润半干旱，包括黄淮海平原、东北大部、山西和陕西大部、甘肃东南部、四川西北和西藏东部。l半干旱带：年降水量小于400毫米，气候干燥，包括东北西部、内蒙、宁夏和甘肃大部、以及新疆西部和北部。l干旱带：年降水量少于200毫米，年径流深度不足10毫米，有的地区为无流区，包括内蒙、宁夏和甘肃的沙漠，青海的柴达木盆地，新疆的塔里木盆地和准噶尔盆地，及藏北羌圹地区。三、我国水资源的特点（2）蒸发）蒸发l我国干旱和半干旱地区，由于降水稀少，蒸发旺盛，蒸发能力大大超过供水能力。在西部内陆沙漠和草原地区，蒸发能力达到16002000毫米，为我国蒸发能力最强的地区。
20、而在东北大小兴安岭、长白山，千山丘陵区和三江平原，气温既低、湿度又大，因此，年蒸发量，则仅6001000毫米。（3）径流）径流l 我国地表径流的地区分布，其不均匀性较为严重，径流的季节性分配具有夏季丰水、冬季枯水、春秋过渡的特点，而且年际变化北方大于南方。（4）地下水）地下水l 我国东北平原，黄淮海平原以及长江中下游平原的地下水补给以降雨为主；而在西北内陆河盆地则主要以河川径流补给为主。南方山丘区地下水补给量大，一般为2025万立方米平方公里年；而东北西部、内蒙和西北内陆河山丘区一般小于5万立方米平方公里年。三、我国水资源的特点l3我国水资源主要问题（1）我国水资源人均和亩均水量少）我国水资源
21、人均和亩均水量少 l水资源居世界第六位。但我国人均水资源量只有2710立方米，约为世界人均水资源量的四分之一，列世界第88位。亩均水资源量也只有1770立方米，相当于世界平均数的三分之二左右（2）水资源在地区分布上很不均匀，水土资源组合不平衡）水资源在地区分布上很不均匀，水土资源组合不平衡 l南方四区水资源总量占全国总量的81%，人口数占全国的54.7%，耕地面积只占全国35.9%；而北方四区水资源总量只占全国总量14.4%，耕地面积却占全国的58.3%。（3）水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁）水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁 l平均约每三年发生一次较严重的水旱灾害 历史上中国所遭受的最严
22、重的一次灾害发生在19世纪70年代。在1876年以及以后的两年中，中国没有出现雨季-连续降雨期，它是大部人发用水的来源。当时中国没有储备粮食，饥荒很快便降临了死亡总人数在900万1300万人（4）水土流失严重，许多河流含沙量大）水土流失严重，许多河流含沙量大 l全国水土流失面积约150万平方公里，占国上面积六分之一左右（5）我国水资源开发利用各地很不平衡）我国水资源开发利用各地很不平衡l水资源开发利用，北方高于南方 三、我国水资源的特点l1提高水的利用效率，开辟第二水源（1）降低工业用水量，提高水的重复利用率）降低工业用水量，提高水的重复利用率 l提高工业用水重复利用率，不仅是合理利用水资源的
23、重要措施，而且减少了工业废水量，减轻了废水处理量和对水体的污染（2）减少农业用水，实行科学灌溉）减少农业用水，实行科学灌溉 l渠道渗漏是世界各国在发展灌溉事业时遇到的共同问题。据国际灌溉排水委员会的统计，灌溉水渗漏损失量一般为1530，高的甚至达到5060。我国渗漏损失一般为4050，高的甚至达到7080。通过对输水渠道加砌衬层即可提高用水效率。l 改进灌溉方式，也可以节约大量农业用水。目前应用较多的有重力流动系统，中轴喷灌系统和滴灌系统。60年代在以色列发展起来的滴灌系统，可将水直接送到紧靠植物根部的地方，以使蒸发和渗漏水量减到最小。以色列研制出自动灌溉技术，利用计算机控制流量、监测渗漏、调
24、节不同风速和土壤湿度条件下的用水量，并使肥料用量最佳化。（3）回收利用城市污水、开辟第二水源）回收利用城市污水、开辟第二水源 四、水资源的利用和保护l2调节水源流量，增加可靠供水（1）建造水库）建造水库（2）跨流域调水）跨流域调水（3）地下蓄水）地下蓄水（4）海水淡化）海水淡化（5）拖移冰山）拖移冰山（6）恢复河、湖水质）恢复河、湖水质（7）合理利用地下水）合理利用地下水 l 3.加强水资源管理 l4.增加下水道建设，发展城市污水处理厂 四、水资源的利用和保护l水污染控制的基本原则及方法水污染控制的基本原则及方法1.基本原则l（1）防 a：工业布局合理：不在居民集中区、缺水区布置工业企业，发展
25、闭合工艺圈生态工艺；b:改革落后工艺：无水印染代替有水印染，无氰电镀代替有氰电镀；c:重复利用废水：一水多用d:严格环评制度：抵制种污染的新建、扩建企业l（2）管a:认真执行环保法规和标准b:环境总体规划，统一管理c:排污总量控制技术d:推行排污许可证制度c:工厂内建立环境考核指标e:鼓励采用节水措施l（3）治以排放为目的；以回用、资源化为目的，选择经济合理、技术先进的流程对污水进行处理。五、水污染控制途径和方法2.基本方法l大的分为两类：分离法，转化法l传统的分类：物理法、化学法、物理化学法、生物法等 l按处理程度划分：一级、二级、三级（深度处理）l废水处理方法一览表 l水处理流程五、水污染
26、控制途径和方法水处理流程示意图表1 废水处理方法一览表方法 名 称 主要设备 处理对象分 离 法 澄清法 沉淀法混凝沉淀法浮选（气浮）法 沉淀池、沉砂池、隔油池混凝池和沉淀池、澄清池浮选（气浮）池 悬浮物悬浮物、胶体物悬浮物、胶体物 离心法隔滤法化学沉淀法吸附法离子交换法离心机、旋流分离器滤筛、滤机、滤池反应池和沉淀池反应池和沉淀池、滤池滤池 悬浮物悬浮物某些溶解物某些溶解物某些溶解物膜分离法 扩散渗析法电渗析法反渗透法超过滤法 渗析槽渗析槽渗透器过滤器 某些溶解物某些溶解物某些溶解物某些溶解物 电 解法结 晶法萃 取法精 馏法 电解槽蒸发器和结晶器萃取器和分离器精馏塔 某些溶解物某些溶解物某
27、些溶解物某些溶解物 转 化 法 化 学 法 中和池、反应池 某些溶解物 生物法 自然生物处理法活性污泥法生物膜法厌氧生物处理法 灌溉农田、生物塘曝气池和沉淀池生物滤池和生物转盘消化池、厌氧反应器 有机物、硫氰等有机物、硫氰等有机物、硫氰等有机物 五、水污染控制途径和方法BOD含义示意图无有机物有机物五日后有机物微生物DODODOBOD5呼吸作用(全日进行，使DO减少)光合作用(白昼进行，使DO增加)再充气作用(使DO增加，但午后不久因超过了溶解度而发生逆转，又使水中DO下降)氧在水中的溶解度DO含量12 6 12 6 12子夜 早晨 中午 傍晚 子夜增加溶解氧减少溶解氧水中DO随呼吸、光合作用
28、和再充气作用而变化的情况污水排放口下游有机物含量耗氧量DO剩余DO(低污染度水体)污水排放口下游有机物含量耗氧量DODO不足(高污染度水体)水中有机废物与DO的含量关系海洋97.41%2.59%0.014%地下水0.592%1.984%湖泊0.007%生物体0.0001%冰流0.0001%大气水蒸汽0.001%土壤含水0.005%地球上水的分布中国与部分高收入国家用水指标比较生活工业灌溉合计单位 GDP 用水工业增值用水国家m3/人m3/人m3/人m3/人m3/万美元m3/万 RMB日本125243368736185.718.8德国58405116579210.543.1法国106459100
29、665266.176.5法国106459100665266.176.5法国106459100665266.176.5荷兰26316176518215.854.3意大利138266581985517.954.9英国411586205109.631.3以色列6520322407255.7西班牙94203484781575.153葡萄牙111273354738757.784.7南朝鲜120221291632651.560.1平均882562806253751985中国4390302435561494*5第九届全国人大第四次会议专题新闻2001-03-13 人民日报姚檀栋代表是中国科学院寒区旱区环境与
30、工程研究所副所长，去年率领科学考察队，刚刚完成了新中国成立以来对青藏高原冰川的首次综合考察。他说，甘肃省的河东、河西至新疆是我国干旱缺水地带。河西的水源主要来自冰川。可是我们对这里冰川的变化却知之甚少。例如我们知道冰川在退缩，自1850年至1950年，冰川总体积已经减少了4.5，1950年至今又减少了4.7，但却没有掌握变化的规律。我们对地下水的了解也仅仅限于水位下降这样的直接观察。姚檀栋代表不无忧虑地说，河西走廊的冰川蓄量相当于河西的黑河等三条大河径流量的10倍，并且是这些河流的源头。近150年冰川蓄量就减少了110。长此下去，不仅会影响到西部大开发战略的实施，影响到可持续发展，甚至影响到这里人们的生存。他告诉记者，去年他就提出了关注冰川的建议。他认为，应该像朱总理报告指出的“逐步建立战略性矿产资源储备和安全供应体系”那样，建立水资源，尤其是冰川的安全预警体系，要建立冰川观测站，进行冰川普查，摸清冰川蓄量的底数和变化规律。
