《水环境学时》PPT课件.ppt
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1、第三章 水环境,目 录,第一节 水 资 源,第二节 水 灾 害,第三节 水 污 染,第四节 水环境质量标准,第五节 水 污 染 控 制,第一节 水 资 源,一、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。,江河湖海中一切淡水、咸水;土壤水;浅层和深层地下水;南北极冰盖和个大陆高山冰川中的冰;大气圈中的水蒸气和水滴;生物体内的水。,水的特性,透 明,光透性好利于生物产生和进化,溶 剂,介电常数高利于营养物质的溶解和电离,比 热,高比热利于稳定地表温度,密 度,4时最大利于控制水体温度分布和垂直循环,水的分布,总量:13.86108k
2、m3 包括:海洋水:13.5108km3 陆地水:3597.78104km3 大气水:13000km3,直接供应人类生活、生产需要的河水和湖泊淡水的数量很少,仅占0.0073%,只有101700km3。,二、水的自然循环,水的自然循环,是指地球上各种形态的水灾太阳辐射和重力作用下,通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗、径流等环节,不断发生相态转换的周而复始的运动过程。地球上各种形态的水都处于不断运动与相互转换之中,形成了水循环。水循环是地球上最重要的物质能量循环过程之一。,水的自然循环过程,从海洋的蒸发开始,蒸发形成的水汽大部分留在海洋上空,少部分被气流输送至陆地上空,在适当的条件下这些水汽凝结
3、成降水。海洋上空的降水回落到海洋,陆地上空的降水则降落到地面,一部分形成地表径流补给河流和湖泊,一部分渗入土壤与岩石空隙,形成地下径流。地表径流和地下径流最后都汇入海洋。,水的自然循环,凝结和降落,蒸发,降水,升华,凝结和降落,降水,蒸腾,渗入,地下径流,地表径流,基本动力:太阳辐射和重力作用必要条件:在地表温度、压力下,可以发生气、固、液三态转换规律:质量守恒定律 地球上的水循环,是一个闭合系统,但局部地区的水循环,是开放系统,其水循环在空间和时间上的不均匀,可能导致某些时段及地区发生旱灾,或洪涝灾害。由于水循环的存在,使得地球上的水不断得到更新,成为一种可再生的资源。但不同水体循环周期不一
4、样:河流、湖泊短;海洋较长,极地冰川缓慢。,天然水是由溶解性物质和非溶解性物质所组成的化学成分极其复杂的溶液综合体。如海水中的化学物质:3570104t/km3 目前,地球上已知的100多种元素,80%可在海洋中找到。,三、天然水的物质组成,依据水中化学物质含量与性质的不同,以及与水生生物的关系,可将天然水的化学成分分为六类:常量成分溶解气体营养元素有 机 物微量元素有毒物质,又叫主要离子、恒量成分、保守成分。在水中含量高,性质稳定,以多种形态存在。在海水中多以自由离子或离子对存在,少量以配离子存在;主要成分:Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-淡水中常
5、量成分占水体溶解盐总量的90%以上。海水中占99.8%99.9%。且含量顺序为:Na+Mg2+Ca2+K+Sr2+Cl-SO42-HCO3-(CO32-)Br-H3BO3F-常量成分是决定天然水物理、化学特性的最重要因素。,常量成分,天然水中溶有大气中所含有的各种气体,除了O2、CO2外、还有惰性气体He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等,以及少量H2,水交换交叉的湖底及某些海区或孤立的海盆中还有H2S。溶解气体的含量与水的温度、水中生物代谢活动有关,其含量有明显的昼夜、季节、周年变化特点和显著的水层差异。,溶解气体,主要包括与水生生物生长有关的一些元素,主要是氮(N)和磷(P),还有硅(Si)
6、。营养元素多以复杂的粒子形式或有机物的形式存在。营养元素在水中的含量较低,受生物影响较大。,营养元素,水体中的有机物可分为颗粒态有机物和溶解态有机物两种。有机物质成分复杂,主要包括糖类、脂肪、蛋白质及难降解有机物等。有机物在水体中的含量较低,一般1L水中仅含几毫克。,为无机成分的万分之一。有机物对水质及水生生物有着多方面错综复杂的影响,适量有机物的存在使水质维持一定肥力,过量有机物的存在将会使水质恶化、鱼病蔓延。,有 机 物,一般包括除常量元素、营养元素以外的阴离子、微量金属离子、放射性元素等,种类繁多。微量元素中的Fe、Mn、Cu等与生物的生长有着密切关系,为“微量营养元素”。总量非常少,仅
7、占总含盐量的0.1%。,微量元素,主要是由于地球化学异常和水体内部物质循环失调而生成并积累的毒物,如重金属、放射性核素、H2S、NH3、低级胺类、高浓度CO2及赤潮生物的有毒分泌物等。有毒物质在浓度很低时就会对水生生物产生毒害作用,并破坏生态系统的平衡。其毒性的大小与该物质的存在形式有关,并受到水体物理化学性质的影响。,有毒物质,不同的水体,在不同的环境条件下,天然水的成分和含量差别很大,大气降水的组成与当地的气象条件和大气颗粒的化学成分有关。,大气降水降落地面后,与岩石、土壤发生化学作用,导致天然水存在差异。地表水水质与径流流程中的岩石、土壤和植被有关;地下水水质主要与含水层岩石的化学成分和
8、补给区的地质条件有关。,1、生活用水,2、生产用水,3、生态用水,农业用水,工业用水,城镇生活用水,农村生活用水,四、水的社会作用及循环,水的社会循环,在人类活动的影响下,水杯不断迁移转化,形成了水的社会循环,水的社会循环在一定的空间和时间尺度上影响着水的自然循环,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。地球上可为人类直接利用的水资源总量为1105km3,仅占地球总水量的0.007%。,水资源的含义,五 水 资 源,水资源的特性,作用上的重要性 补给上的有限性 时空上的多变性 利用上的多样
9、性,全球的水资源短缺,水资源的短缺,世界上近40%的人口难保有足够多的洁净用水,世界水资源已经到了严重不足的阶段。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。,中国的水资源,中国的水资源特点,水资源总量不少,人均和亩均占有水量不多,时间分布不平衡,年内和年际变化较大,空间分布不均匀,水土资源组合不平衡,水污染的蔓延,极大减少了水资源的可用量,年降水量:6.21012m3(648mm)低于世界平均降水深度约20%地表水和地下水资源:2
10、.81012m3,居世界第六(巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印度尼西亚)人均:2220m3(30%)亩均:1770 m3(2/3),我国大部分地区冬季干寒少雨,夏季湿暖多雨,每年汛期四个月的降水量和径流量占全年的60%80%。导致连续丰水年和枯水年。是我国农业生产不稳定和水资源供需尖锐的主要原因,也决定了我国开发利用水资源的长期性、复杂性和艰巨性。,分布总趋势:由东南沿海向西北内陆递减。从黑龙江的呼玛到西藏东南部(东北西南线)是东南部湿润、半湿润地区和西北部干旱、半干旱地区的分界线。长江及其以南地区:36%81%(1.6倍、2.2倍)淮河及其以北地区:64%19%(19%、15%),全国废水排放
11、总量:572108t,(2008年)工业废水:241.9108t 生活污水:330.1108t七大水系:水质中等。200条河流中的409个断面:45%不能满足饮用水标准;20.8%不能满足景观、工农业用水标准地下水:118座城市:97.5%受到污染,其中40%严重污染,中国的水资源短缺,中国的水资源短缺,农业缺水,城市缺水,生态缺水,开源、节流、治污、管理,水资源开发与利用对策,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),中国的南水北调,节流,城市节水节水型城市,农业节水节水型农业,节水型城市,节水型农业,治污,开源节流、治污为本,综合管理,综合管理:一龙管水
12、,多龙治水,经济手段:水价,核心:提高用水效率,?,第二节 水 灾 害,水灾害,水过多:洪灾、涝灾、潮灾,水过少:旱灾,水过多、过少所形成的对人类生存发展的不利影响。,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,(1)范围广:陆地2/3,江河中下游 中低纬度的季风带、台风影响区的洪灾尤其突出 主要集中在:南亚、东亚、非洲中部、澳大利亚北部 和北美,(2)损失大:人员伤亡,财产损失,中国洪灾,(1)发生时间主要集中在7、8月份。中国地处东亚季风带,7、8月份为多雨季节(2)受灾面积广 10%面积的土地受洪水威胁 主要分布:珠江、长江、淮河、黄河、辽河
13、和黑龙江中下游地区。严重:黄淮海平原和长江中下游平原,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,地质因素,滑坡,断裂,海啸,冰凌洪水,(2)人为因素,3.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
14、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。,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。,人与洪水的协调共处,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
15、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,长江三峡水利枢纽规划效果图,*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。,湖北荆江大堤,海河干流防护堤,用河堤防御江河、湖的洪水泛滥,江苏洪泽湖大堤,洞庭湖防洪蓄洪工程,用湖堤防御湖泊的洪水泛滥,汉口长江防水墙,上海黄浦江防汛墙,用围堤保护城市地区不受洪水侵袭,钱塘江口造滩防浪工程,
16、秦山核电站防浪工程,用海堤或挡潮闸防御海潮,(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,(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,(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,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,黄河护滩抢险现场,(2)洪泛区(分蓄洪区)的运用和管理
17、,(3)救灾,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,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。,旱灾危害的主要表现:,全球陆地面积的25%年平均降雨量小于250mm,属于干旱地区。,2.干旱的分布,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:18761878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
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