地球上的水

第三章 地球上的水

地球有“水的星球”之称，水在推动地球及地球生物的演化、形成与发展的过程中具有重大作用。水环境是与人类关系最为密切的环境要素之一。水对于人类的生存、发展具有决定性意义，而人类活动对于水的状态也产生重要的影响，人与水的这种相互关系主要集中在三个层面：水资源、水灾害和水污染，水资源关系到人类的生存，水灾害威胁到环境的安全，而水污染则直接危害到环境的健康。因而调控人与水的关系，达到人与水的和谐，是实现人类社会、经济、环境可持续发展的重要内容。

第一节 地球上的水

一、水的形成
大约在38亿年前，在某种机制的作用下，地球上出现了水。水是地球上最丰富的化合物，海洋、陆地、大气中固态水、液态水、气态水构成一个大体连续、相互作用，又相互不断交换的圈层，称为水圈。水圈包括江河湖海中一切淡水、咸水，土壤水、浅层和深层地下水以及南北两极冰帽和各大陆高山冰川中的冰，还包括大气圈中的水蒸气和水滴，以及生物体内的水。水的出现，是地球发育史上的一个重大事件，极大地推动了地球进化，为地球生命的出现创造了最基本的条件。

阅读材料——水的特性
水的特殊的自然性质决定了它对人类和生态环境的特殊意义：
1、水是无色透明的，它允许太阳光中的可见光和波长较长的紫外线部分可以透过，使光合作用所需的光能够到达水面以下的一定深度，而对生物体有害的短波紫外线则被阻挡在外。这不仅在地球上生命的产生和进化过程起了关键性的作用，今天对生活在水中的各种生物也具有重要意义。
2、水是一种良好的溶剂，为生命过程中营养物和废弃物的传输提供了最基本的媒介。而且水的介电常数在所有的液体中是最高的，使得大多数离子化合物能够在其中溶解并发生最大程度的电离，这对营养物质的吸收和生物体内各类生化反应的进行具有重要意义。
3、除液氨外，水的比热是所有液体和固体中最大的，为4.18 J/（g·℃）。此外，水的蒸发热也极高，在20℃下为2.4kJ/g。正是由于这种高比热、高蒸发热的特性，地球上的海洋、湖泊、河流等水体，白天吸收到达地表的太阳光的热量，夜晚又将热量释放到大气中，避免了剧烈的温度变化，使地表温度长期保持在一个相对恒定的范围内，从而保护了生命机体免受气温突变的伤害。月球表面都是岩石，石头的比热只有水的20%，所以月球表面的气温变化可以从+120℃到-150℃。
4、水在4℃时的密度最大，这一特性在控制水体温度分布和垂直循环中起着重要作用。在气温急剧下降的夜晚，水面上较重的水层向水底沉降，与下部水层更换，这种循环过程使得溶解在水中的氧及其它营养物得以在整个水域分布均匀。另一方面，冰轻于水，其密度比水小，只有0.92 g/cm3，可以浮在水面上，水的这一特性对水下生物具有十分重要的意义，否则气温降低时水面结成的冰会沉入水底，从而导致整个水体完全冻结，给水下生物带来灭顶之灾。

二、水的分布
据估计，地球上的水量总计约13.86108 km3，主要由海洋水、陆地水和大气水三部分构成。海洋水量为13.5 108 km3，占地球总水量的97.41%。除海洋外，地球上还有湖泊、河流、冰川、地下水等陆地水体，其水量约3600104 km3，占地球总水量的2.59%。陆地水中数量最大是冰盖和冰川，其中80%位于南极地区难于开发利用，其次为地下水。与海水量、冰盖/冰川量和地下水量相比，地球上河水和湖水的数量很少，只有101 700 km3，但它们直接供应人类生活、生产需要，与人类的关系密切，是水资源中最为重要的组成部分。此外，大气水量约1.3104 km3，占地球总水量的0.001%。地球上水的分布见图4-1，各种水的积蓄量见表4-1。

表4-1 地球上水的分布
水的分布 估计数量（km3）
1．海洋水 1 350 000 000
2．陆地水 35 977 800
其中：河水 1 700
湖泊淡水 100 000
内陆湖咸水 105 000
土壤水 70 000
地下水 8 200 000
冰盖/冰川中的水 27 500 000
生物体内的水 1 100
3．大气水 13 000
总水量 1 385 990 800






图4-1 地球上水的分布
三、水的循环
地球上各种形态的水都处在不断运动与相互转换之中，形成了水文循环。水循环直接涉及到自然界中一系列物理、化学和生物过程，对于人类社会的生产生活以至整个地球生态都有着重要意义。
（一）水的自然循环
传统意义上的水循环即水的自然循环，它是指地球上各种形态的水在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。从全球范围看，典型的水的自然循环过程可表达为：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大陆上空，在适当的条件下这些水汽凝结成降水。海洋上空的降水回落到海洋，陆地上空的降水则降落至地面，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。由此构成全球性的连续有序的水循环系统（图4-2）。

图4-2 水的自然循环过程示意图

水循环的基本动力是太阳辐射和重力作用。在地表温度、压力下水可以发生气、液、固三态转换，这是水循环过程得以进行的必要条件。水循环服从质量守恒定律，地球的水循环可视为是闭合系统，而局部地区的水循环则通常是既有水输入又有水输出的开放系统。局部地区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严重旱灾，而另一些时段及地区则严重洪涝的情况。
由于水循环的存在，可使地球上的水不断得到更新，成为一种可再生的资源。不同水体在循环过程中被全部更换一次所需的时间（更替周期）各不相同，河流、湖泊的更替周期较短，海洋更替周期较长，而极地冰川的更新速度则更为缓慢，更替周期可长达万年（表4-2）。水的更替周期是反映水循环强度的重要指标，也是水体水资源可利用率的基本参数，从水资源可持续利用的角度看，各种水体的储水量并非全部都适宜利用，一般仅将一定时间内能迅速得到补充的那部分水量计作可利用的水资源量。

表4-2 地球各种水体的循环更替周期
水体类型 更替周期 水体类型 更替周期
海洋 2 500年 湖泊 17年
深层地下水 1 400年 沼泽 5年
极地冰川 9 700年 土壤水 1年
永久积雪和高山冰川 1 600年 河川水 16天
永冻带底冰 10 000年 大气水 8天
生物水 几小时

（二）水的社会循环
水是关系人类生存发展的一项重要资源。人类社会为了生产、生活的需要，抽取附近河流、湖泊等水体，通过给水系统用于农业、工业、生活，这此过程中，部分水被消耗性使用掉，而其它用过的水则成为污废水，需要通过排水系统妥善处理和排放。
给水系统的水源和排水系统的受纳水体大多是邻近的河流、湖泊或海洋，取之于附件水体，还之于附近水体，形成另一种受人类社会活动作用的水循环，这一过程与水的自然循环相对而言，称之为水的社会循环，之所以称之为“循环”，是从天然水的资源效能角度而言的，它使附件水体中的水多次更换，多次使用，在一定的空间和一定的时间尺度上影响着水的自然循环。

四、人与水的关系
人类与水的关系非常密切。作为人类生活、生产不可缺少的资源，水对人类社会发展的意义表现在水的功能的三方面：生活用水、生产用水和生态用水。
（一）生活用水
水是人类的生命之源。研究发现，人体血液的矿化度为9 g/L，与30亿年前的海水相同，静脉点滴用的生理盐水浓度为0.9%，与原始海水一致，这似乎告诉我们，现代人的身体内仍然流动着几十亿年前的海洋水。水是构成人体的基本成分，人体所含水量平均约为人体重量的60%（婴儿为70%，60岁老人为49%）。水是人体新陈代谢的主要介质，在没有食物、只有水的情况下，人的生命可延续20~30天，而如果缺水，5~7天就会死亡，因此为了维持生命活动，每人每天至少需要2~2.5升水，考虑到卫生方面的需求，实际用水量还远不止这个数字。一般每人每天可得清洁用水低于50升时，就有可能发生与水有关的疾病。
对人类社会而言，生活用水可分为城镇生活用水和农村生活用水两类。城镇生活用水主要是家庭用水（饮用、卫生），还包括各种公共建筑用水、消防用水及浇洒道路绿地等市政用水，受城市性质、经济水平、气候、水源水量、居民用水习惯和收费方式等因素的影响，人均用水量变化较大，发达地区一般高于欠发达地区，丰水地区一般高于缺水地区。城镇生活用水约占全球用水量的7%，我国城镇用水则占全国总用水量的4.5%。人均生活用量差异也甚大，我国城市人均日生活用水量218升（1999年），北京263升，重庆167升，广州564升，天津147升，巴黎450升，芝加哥824升。受供水条件及生活水平所限，农村人均日生活用水量一般远小于城镇生活用水量，而且水质差别很大。
（二）生产用水
水是重要的生产资源。水在生产中的利用涉及水能、水量、水质多方面，按水的功能划分，生产用水主要包括农业用水、工业用水两部分。
农业用水 在人类历史长河中，水最早被用于农田灌溉。现代意义上的农业用水主要包括农业灌溉用水和林业、牧业灌溉用水及渔业用水。农业用水量由于受气候地理条件的影响，在时空分布上变化较大，同时还与作物的品种和组成、灌溉方式和技术、管理水平、土壤、水源以及工程设施等具体条件有关。在我国华北地区，种一亩蔬菜需水25~35立方米，种一亩小麦需水40~50立方米。目前，农业用水占全球用水总量的65%，我国农业用水则占到全国用水量的75.3%（1997年）。
工业用水 工业用水主要包括原料、冷却、洗涤、传送、调温、调湿等用水。工业用水量与工业发展布局、产业结构、生产工艺水平等多因素密切相关。工业用水约占全球用水量的22%，我国工业用水所占比例为20.2%。美国用水量居世界首位，每年约4720亿立方米，1999年我国工业用水量2484亿立方米，工业用水主要集中在火力发电、纺织、造纸、钢铁和石油石化行业，这五个行业用水量占全国工业用水量的79.1%。
（三）生态用水
良好的生态环境是保障人类生存发展的必要条件，但生态系统自身的维系与发展同时也要消耗一定的水量。例如，江河湖泊必须保持一定的流量，以满足水生生物的生长，并利于冲刷泥沙、冲洗盐分、保持水体自净能力以及交通旅游等的需要；植被蒸腾，土壤水、地下水和地表水蒸发，以及为维持水沙平衡及水盐平衡而必需的入海水量，均需一定的水量。
从广义上说，维持全球生物地理生态系统水分平衡所需用的水，包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡等，都是生态环境用水；狭义的生态环境用水主要是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善所需消耗的水资源总量。生态用水在水源丰富的湿润地区并不构成问题，但在水资源紧缺的干旱、半干旱地区及季节性干旱的半湿润地区，由于人类活动范围和规模的加大，往往存在生活用水、生产用水严重挤占生态用水的情况，导致生态环境的恶化。




第二节 水资源

一、水资源的基本含义
（一）水资源的含义
地球表层的水有大气中的水汽和水滴，海洋、湖泊、水库、河流、土壤、含水层和生物体中的液态水，冰川、积雪和永久冻土中的固态水，以及岩石中的结晶水等。人类可大量直接利用的是大气降水，江河、湖泊、水库、土壤和浅层地下水的淡水（含盐量<0.1%），冰川和积雪只在融化为液态水后，才容易被利用，海水和其它水体中的咸水被直接利用的数量很小，两极冰盖和永久冻土中的水被直接利用的机会极少，岩石中的结晶水则很难为人类利用。由此可见，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，据估计，地球上可为人类直接利用的水资源总量约1105km3，仅占地球总水量的0.007%。随着社会发展和科技进步，人类可通过海水淡化、人工降水、极地冰块的利用等手段，逐步扩大水资源的开发范围。
（二）水资源的特性
水资源与其它自然资源相比，具有如下一些明显的特点：
作用上的重要性 水资源在维持人类生命、发展工农业生产、维护生态环境等方面具有重要和不可替代的作用。
补给上的有限性 水资源属于可再生资源，地球上各种形态的水一般均可通过水的自然循环实现动态平衡。但随着社会经济的发展，人类对水资源的需求越来越大，而可供人类利用的水资源量却不会有大的增加，甚至会因人为的污染等因素而使质量变差，导致水质性水资源减少。因此水的自然循环所保证的水资源量是有限的，并非“取之不尽、用之不竭”。
时空上的多变性 水是自然地理环境中较活跃的因素，其数量和质量受自然地理因素和人类活动影响。在不同地区水资源的数量差别很大，同一地区也多有年内和年际的较大变化。这是水资源时空分布的一个重要特点，也是人类对水资源进行开发利用所应考虑的一个重要因素。
利用上的多用性 即水资源具有“一水多用”的多功能特点。水资源的利用方式各不相同，有的需消耗水量（如农业用水、工业用水和城市供水），有的仅利用水能（如水力发电），有的则主要利用水体环境而不消耗水量（如航运、渔业等）。各种利用方式对水资源的质量要求也有很大差异，有的质量要求较高（如城市供水、渔业），而有的质量要求则较低（如航运）。因此对水资源应进行综合开发、综合利用、水尽其用，以同时满足不同用水部门的需要。



二、水资源短缺
多少世纪来，人类普遍认为水是大自然赋予人类的取之不尽、用之不竭的天然源泉，因而未加爱惜，恣意污染和浪费。但近年来，越来越多的人们警觉到，水资源并不像想象的那么丰富，目前这种不可持续的水资源利用方式已经对许多地区的人类生活、经济发展和生态环境造成严重的不利影响。
（一）全球的水资源短缺
陆地上的淡水资源不但总量不多，而且分布也很不均匀。由于受气候和地理条件的影响，北非和中东很多国家（如埃及、沙特阿拉伯等）降雨量少、蒸发量大，因此径流量很小，人均及单位面积土地的淡水占有量都极少；相反，冰岛、厄瓜多尔、印度尼西亚等国，以每公顷土地计的径流量比贫水国高出1 000倍以上。世界上占陆地面积40%的干旱与半干旱地区的径流仅占全球径流的2%，而且大部分可获得水资源局限于几条河流：亚马逊河携带着全球16%的径流，而刚果——扎伊尔河流域携带着非洲近1/3的河水流量。
世界银行最新提供的报告警告，世界上近40%的人口难保有足够的洁净用水，世界水资源已经到了严重不足的阶段。世界的水需求量已从1900年到1995年增长了5倍，是同期人口增幅的两倍以上，水资源面临着前所未有的威胁，特别是在非洲、亚洲的中部和南部、美国西部、中东等地区水资源已处于供不应求的状态。联合国世界淡水资源综合评价报告更不能令人乐观，该报告指出，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。

阅读资料——世界水资源短缺的危害
水资源的短缺直接损害着人们的身体健康。1970年以来，人均理论可获得水量减少几乎40%，而且由于污染的蔓延，使缺水状况加剧，根据世界水理事会发布的《全球水展望》统计，目前世界上有12亿人（占全球人口的1/5）得不到安全饮用水，有30亿人（占全球人口的1/2）缺乏卫生设施，每年有300万到400万人死于水致性疾病。世界水资源短缺造成人民赖以生存的粮食产量的降低。例如，非洲是地球上缺水最为严重的地区之一，近30年来，非洲的人口增长率为3%，而粮食增长率却只有2%，水资源的匮乏是粮食生产不能满足要求的主要原因之一。此外，世界性缺水造成了生态系统的恶化。最先表现出来的是地下水枯竭，在主要依靠地下水的中国北部，由于抽水过多而使北京的地下水位每年下降1~2m，此外由于生态用水受到挤占，水质遭受污染，极大地减少了生物栖息地的数量和质量，使生物种类不断减少，一些环境和资源学家指出，不远的将来，水缺乏将成为地球生态环境方面最大的难题。
更值得提出的是，水资源短缺造成的用水紧张，正在引发中东、北非和中亚等地区国家关系紧张和冲突。这些地区的国家相互指责对方多占了本应公平分享的淡水资源，并各出奇招，采用截流、改道等手段进行水资源的抢占。鉴于此，联合国早在1977年就向全世界发出警告：“水不久将成为一场严重的社会危机，石油危机之后的下一个危机就是水”，并从中斡旋，以防战事发生。1989年，埃及外长加利曾在美国国会指出：“埃及的安全保障掌握在尼罗河上游的8个国家手中”。事实上，水确实已经成为破坏和平、引发国际冲突的导火索，并正在更广的范围内酝酿着新的战争。

（二）我国的水资源短缺
20世纪80年代以来，由于经济社会的高速发展，气候持续干旱，污染日益严重，我国不少地区出现了不断加剧的水资源短缺问题，特别是在我国北方及部分沿海地区，水资源的供需矛盾十分突出，已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。
1．我国的水资源特点
（1）水资源总量不少，人均和亩均水量不多
大气降水是地表水、土壤水、地下水的主要补给来源，根据水利部对全国水资源进行的评价，我国多年平均降水总量约6.21012 m3，折合降水深648 mm，低于全球平均降水深度约20%。降水量中除经由土壤水直接利用于生态环境外，我国可通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量2.81012 m3，占降水总量的45%，其中全国河川多年平均径流总量2.71012 m3（含地下水补给量0.71012 m3），居世界第六位，仅次于巴西、原苏联、加拿大、美国和印尼。但由于国土辽阔、人口众多，按人口、耕地平均占有的水资源量均低于世界平均水平：人均水资源量2220 m3，约为世界平均水平的30%，耕地亩均水资源量1 770 m3，约为世界平均占有量的2/3。
（2）水资源的时间分布不平衡，年内和年际变化较大
由于受季风影响，降水的年内和年际变化较大。我国大部分地区冬季干寒少雨，夏季暖湿多雨，每年汛期四个月的降水量和径流量占全年60%~80%，集中程度超过欧美大陆，与印度相似。由于降水过于集中，不但容易形成旱涝，而且水资源量中大约有2/3是洪水径流量，形成江河的汛期洪水和非汛期枯水的现象。而降水量的年际剧烈变化，造成江河湖泊的特大洪水和严重枯水，甚至发生连续大水年和连续枯水年。我国主要河流都曾出现连续丰水年和连续枯水年的现象，例如，黄河在近70年中曾出现过连续11年（1922-1932）的少水期，平均年径流量比正常年份少24%，也出现过连续9年（1943-1951）的丰水期，平均年径流量比正常年份多19%。降水量和径流量在时程上的剧烈变化，给水资源的开发利用带来极大困难，是我国农业生产不稳和水资源供需矛盾尖锐的主要原因，也决定了我国开发利用水资源的长期性、复杂性和艰巨性。
（3）水资源的空间分布不均匀，水土资源组合不平衡
我国降水量和径流深的分布总趋势是由东南沿海向西北内陆递减。从黑龙江省的呼玛到西藏东南部边界，这条东北-西南走向的斜线，大体与年均降水400mm和年均最大24h降水50mm的暴雨等值线一致，这是东南部湿润、半湿润地区和西北部干旱、半干旱地区的分界线。
从全国来说，水资源有81%集中分布在长江及其以南地区，而耕地面积仅占全国耕地面积的36%，人均水资源量约为全国平均值的1.6倍，单位耕地占有的水资源量为全国平均值的2.2倍。淮河及其以北地区，耕地面积占全国的64%，而水资源仅占全国水资源总量的19%，人均水资源占有量约为全国平均值的19%，单位耕地占有的水资源量则为全国平均值的15%。其中黄河、淮河、海河三流域，土地面积占全国的13.4%，耕地面积占全国的39%，人口占35%，GDP占32%，而水资源量仅占7.7%，人均水资源量约500 m3，耕地亩均少于400 m3，是我国社会经济发展与水资源关系最为紧张的地区。
（4）水污染的蔓延，极大减少了我国的水资源可用量
据统计，2000年我国工业废水和城市生活污水排放总量达415亿吨，其中工业废水排放量194亿吨，城市生活污水排放量221亿吨。全国七大重点流域地表水有机污染普遍，各流域干流有42.3%的河段不能满足饮用水源的水质要求，13.8%的河段不能满足景观、工业、农业用水功能，流经城市的河段污染更加严重，63.8%的城市河段不能作饮用水源地。主要湖泊如太湖、滇池、巢湖等有机污染问题相当突出，富营养化现象相当严重。根据全国118座大城市浅层地下水的调查，97.5%的城市受到不同程度的污染，其中40%的城市受到重度污染，更为严重的是，全国已有近90%的城镇饮用水源受到污染。水污染减少了水资源的可利用量，加剧了我国的水资源短缺形势。
2．我国的水资源短缺
世界水资源研究所提出用四级水平来评估人均占有水资源量的多少：人均占有水量小于1 000 m3为最低水平，严重缺水；1 000~5 000 m3为低水平，缺水；5 000~10 000m3为中等水平，不缺水；>10 000 m3为高水平，水资源丰富。此外，联合国可持续发展委员会将人均水资源量1750 m3确定为缺水警告数字。
按照这个标准，我国人均水资源量处于缺水上下限（1000-5000立方米/人）的中低值，总体缺水。而且我国的水资源分布也极不均衡。北方人均水资源量仅988 m3/人，低于1000 m3的重度缺水标准，黄河、淮河、海河流域及内陆河流域共有11个省、市、区的人均水资源拥有量低于1750 m3的缺水紧张线，其中山东为380 m3，河北为330 m3，北京不足300 m3，天津仅为150 m3，成为世界上最缺水的地区之一。更为严峻的，部分地区严重的水污染，造成合格水源减少，水质性缺水已威胁到我国业已不足的水资源供给。例如，上海的水资源总量丰富，但由于受污染影响，人均水资源拥有量仅为全国平均水平的40%，实际可供饮用的水仅占地表水资源的20%。为此，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、城市缺水及生态环境缺水是我国水资源短缺的三大主要问题。
由于中国是农业大国，农业用水占全国用水总量的绝大部分。目前有效灌溉面积约为0.481108 hm2，约占全国耕地面积的51.2%，近一半的耕地得不到有效灌溉，其中位于北方的无灌溉耕地约占72%。河北、山东和河南三省缺水最多；西北地区缺水量也不少，而且区内大部分地区为黄土高原，人烟稀少，改善灌溉系统的难度较大；宁夏、内蒙古的沿黄灌区以及汉中盆地、河西走廊一带，也亟需扩大农田的灌溉面积。随着社会经济的快速发展，由于受到工业用水及城市生活用水的挤占，农业缺水的形势将更加严峻。
城市是人口和工业、商业密集的地区，城市缺水在中国表现得十分尖锐。据统计，在中国668个建制城市中，约有400余座城市缺水，其中严重缺水的城市有108个，北方城市更为严重，如天津、哈尔滨、长春、青岛、唐山和烟台等地水资源已全面告急，而大多数南方城市则陷入水质性缺水的困境。据专家估计，2000年我国城市缺水量达400亿m3，因缺水影响的国民生产总值达2400亿元。
缺水不但给人民生产、生活带来严重影响，而且威胁到生态环境的安全。目前，我国荒漠化面积达188万km2，接近国土总面积的1/4；由于地下水超采，我国北方黄淮海地区近年来地下水位不断下降，地下水降落漏斗面积及漏斗中心水位埋深在不断增大；河北、河南豫北地区和山东西北地区的地下水降落漏斗已连成一片，形成包括北京和天津在内的华北平原地下水漏斗区，面积超过4万km2。据有关专家估计，我国生态环境用水的总量尚有110多亿m3的缺口，主要分布在黄淮海流域和内陆河流域，需从区外调水补充。生态缺水将直接加剧生态环境的恶化，制约我国整体的可持续发展。
据有关研究报告，到本世纪中叶我国人口总量将达到15~16亿高峰，人均水资源量将减少到1760 m3，十分接近联合国的人均用水警告线。我国未来水资源形势严峻。

三、水资源开发与利用对策
针对面临的问题，水资源开发利用的总体战略应是：以水资源的可持续利用，支持社会-经济-环境的可持续发展。水资源的保护和持续利用是一个涉及多水体、多部门、多领域的复杂问题，必须综合考虑自然、社会、经济、技术、环境等多种因素，为此，需要积极开发潜在的水资源（开源），节约利用已有的水资源（节流），尽快整治严重的水污染（治污），同时加强水资源的综合管理，以缓解目前严重的缺水危机，使有限的水资源的开发利用获得最大的经济、社会和环境综合效益。
（一）开源
水资源短缺大致可分为资源型和水质型两种，缺水的原因不同，解决缺水的途径也不相同。对由于自然规律而决定的缺水如我国黄淮海流域及西北地区，必须特别加强开源工作，积极扩大缺水地区的水资源占有量。
1．水利工程措施
主要是指通过建设蓄水、引水、提水等水利工程技术措施，控制和调节水资源的时空分布，将富水时期或丰水地区的水资源调配到缺水时期或缺水地区，以丰补缺，协调天然来水与人类生产、生活与生态用水间的供需关系，以提高水资源的利用效益。水资源时空调节的工程实践早久已存在，在古罗马、埃及和古代中国，规模宏大的灌溉输水工程（如四川都江堰）就是人类历史上利用水利工程进行水资源调节的范例。
时间上调节 从时间上调节水资源的主要工程内容是建造水库，或利用天然湖泊，加筑控制性水工建筑如闸坝等，以实现水资源的调蓄和综合利用。第二次世界战后，坝工技术飞速发展，水库建设相应也进入了一个大的发展时期，每年都有数百座新水库投入运行，水库的数目成5倍增长，水库的总库容成12倍增长。据初步统计，现在全球仅库容超过1亿m3的水库就有2836座，总库容63 845亿m3。我国已建成大中小型水库8.36万座，水库数量居世界之首，其中大型（库容大于1亿m3）水库412座，中型水库（库容介于0.1~1亿m3）2634座，总库容4 500多亿m3。
空间上调节 一般指跨流域性的引水，将丰水流域的水调至缺水流域，实行多流域水资源的统一开发和配置。由于水资源的空间配备不均始终存在，无论多水或少水的国家，都有缺水地区，因而跨流域调水工程相继兴建。如中国的引滦济津、济海（海河），计划中的引松（松花江）济辽（辽河）、南水北调等。美国、巴基斯坦、俄罗斯、澳大利亚、西班牙、秘鲁等国，也都建成了跨流域调水工程，其中巴基斯坦印度河的西水东调是当今世界上规模最大的调水工程，渠线总长663 km，年调水量148亿m3。国际上计划中的引水工程还有北美阿拉斯加—加拿大—美国西部—墨西哥北部的大调水、俄罗斯西伯利亚大调水计划，其调水量都超过1 000亿m3。大规模跨流域调水是一项旨在提高人与环境和谐度的复杂的系统工程，其最终决策和实施，需从自然平衡、社会需求、经济效益、技术难度等多方面进行可行性论证。

阅读材料——中国的南水北调工程
黄淮海流域特别是黄河下游的黄淮海平原，是我国水资源最为缺乏的地区。在过去的年代，这里的许多地方通过超采地下水和利用未经处理的污水维持了经济的增长。由于水资源的过度开发和污染不加防治，许多地方有河无水，有水皆污，洼淀枯竭，造成了严重的社会经济及生态环境问题。据预测，经充分挖潜和利用当地水资源，并考虑了目前的引黄和引江水量后，2030年黄淮海平原地区缺水量仍将达到150亿（平水年）~300亿（枯水年）m3。而长江是我国最大的河流，水资源丰富，多年平均径流量约9600亿m3，特枯年有6000亿m3，其入海水量占天然径流量的94%以上，在充分考虑长江流域用水量增长后，仍有相当数量的余水可供北调以缓解北方地区缺水。
经过近50年的勘测、规划和研究，目前分别在长江下游、中游、上游规划了三个调水区，确定了南水北调工程东线、中线、西线三条调水线路，形成与长江、黄河、淮河和海河相互联接的“四横三纵”总体格局（图4-3）。
东线工程始于江苏省扬州附近的长江北岸，利用并扩建现有的京杭运河及与其平行的部分河道，送水到天津，另建分干线到胶东半岛。在现有引水量的基础上，东线工程增加年均引水约150亿m3，其中过黄河约90亿m3，输水主干线总长1150 km。中线工程始于长江支流汉江上游加高后的丹江口水库，通过建设专用的输水渠道，沿京广铁路西侧，送水到北京。中线工程多年平均的引水量估计约130亿m3/年，其中过黄河约70~75亿m3/年，输水主干线全长1246 km。西线工程从长江干流通天河及支流雅砻江、大渡河调水至黄河上游，补充黄河水源，估计可能的调水量100~150亿m3/年。东线、中线、西线三项工程的年调水总规模约380~480亿m3，相当于在黄淮海平原和西北地区增加一条黄河的水量，可基本缓解我国北方地区的水资源短缺。
此外，尚有各种“大西线”工程方案的设想，均是由雅鲁藏布江、澜沧江、怒江、金沙江、雅砻江、大渡江等调水进入黄河上游。较多的研究认为，在可以预见的将来，“大西线”工程难度极大，没有现实的技术可行性，并且就我国未来16亿人口的发展形势看，尚不需要从这些河流调水，也没有大开荒、大移民以致兴建“大西线”工程的现实经济与社会必要。

图4-3 南水北调工程总体布局图

2．其它措施
除了合理开发利用地表水和地下水资源外，还应大力提倡开发利用处理后的污水及雨水、海水和微咸水等非传统的水资源。经净化处理后的城市污水是重要的再生水资源（城市中水），数量巨大，经严格的水质控制可作为绿化用水、工业冷却水、环境用水、地面冲洗水和农田灌溉水等。通过工程设施收集和利用雨水，既可减轻雨洪害，又可缓解城市水资源紧张的矛盾。此外，沿海地区可利用海水作工业冷却水、地面冲洗水及生活冲厕水，在经济、技术条件允许的情况下，亦可通过海水淡化以解决海滨地区的淡水资源紧缺问题。
（二）节流
长期以来，人们对节水的重要性、紧迫性缺乏足够的认识，水资源的严重浪费与水资源的短缺并存，这是造成用水紧张的重要原因。在积极开源的同时，全面节约用水，这是降低水资源开发投资、减少污水排放、提高水资源利用效率的合理选择，也是世界各国水资源利用的发展方向。根据水资源的使用情况，节流工作主要应集中在城市区域和农业部门。
1．城市节水
城市是水资源供需矛盾最为集中的区域，但在城市用水方面，由于水价太低、管理不善等原因，大多数人没有足够的节水意识和习惯，造成浪费。工业是城市区域主要的用水部门，我国工业企业水资源浪费的现象仍非常普遍，1999年全国工业用水重复利用率约53%，远低于发达国家工业用水75%的重复利用率，比美国、日本分别低41和25个百分点，仅相当于美国60年代初和日本70年代初的水平。另外，我国城市输配水管网和用水器具的漏水损失高达20%以上，公共用水也浪费惊人。
城市节水应以创建节水型城市为目标，努力提高公众的节水意识和压力，并通过管理、技术手段和经济杠杆，将城市生活用水（包括公共用水）、工业用水控制在城市水资源可承受的范围内。工业节水是城市节水工作的重点，目前世界上许多发达国家都将加强工业节水作为解决城市用水困难的主要手段。工业节水的目标应建立节水型工业，其主要途径是调整产业结构和工业布局，大力开发和推广节水新技术、新工艺、新设备，降低用水量，提高水的重复利用率。据分析，2010年我国城市供水设施的单位投资约8元/m3，污水处理约10元/m3，而节水仅需3元/m3左右，因此增加节水的资金投入不但为城市水资源的可持续利用所必需，而且具有明显的社会经济效益。
2．农业节水
农业是世界水资源消耗的最主要部门，据估计，全球用水的2/3为农业灌溉用水，其中又有2/3的农业用水由于不科学的灌溉方式而被浪费，因此加强农业节水是缓解全球水资源危机的重要举措。农业用水的浪费在我国表现得更加突出。目前我国农业灌溉的基本方式仍是漫灌，一般比喷灌多耗水30%，比滴灌多耗水70%，较之发达国家存在着很大的差距：农业灌溉水的利用率只有40%，仅及发达国家的一半左右；每立方米水的粮食生产能力只有0.85kg左右，远低于2kg以上的世界发达国家水平。我国耕地的2/3位于淮河及其以北地区，农业用水的浪费极大地加剧了北方地区的水资源危机。
农业节水最重要的战略措施，是要将传统的粗放型灌溉农业和旱地雨养农业转变为节水高效的现代灌溉农业和现代旱地农业。积极推广高效农业节水技术，将水利工程和农业技术结合，更好地提高用水效率。节水农业措施包括节水的轮作制度、节水灌溉制度与管理制度、抗旱高产优质品种、耕作栽培、培肥施肥和化控技术等。为了提高灌溉水的利用率，需要进行以节水为中心的灌区续建配套和技术改造，从我国目前情况看，每亩投入约需300~400元，每节约1m3水约需2~3元；而新建大中型灌区的投入一般都在每亩1000元以上，大中型的新水源工程在5~10元/m3以上。因此，建设节水高效农业在经济上是合理可行的。
（三）治污
水资源本来是可以再生的，但水质污染使水资源不能进入再生的良性循环，减少了水资源的可利用量。水污染治理既是保护供水水质的重要出路，也是协调人类社会经济发展与水资源开发利用的必然要求。例如，美国的特拉华河、英国的泰晤士河、加拿大的圣约翰河昔日浊浪涟涟，经过大规模整治，均恢复了对沿线的淡水资源供应。
当前我国城市污废水处理率仅13.65%，许多城市至今还没有污水处理厂，大量污废水的排放导致城市附近水体的严重污染，直接影响了人民健康和工农业生产，并威胁到更大周边区域的生态环境安全。经预测，如果要在2010年以前基本遏制城市水污染的发展趋势，保护城市供水源，并在2030年以前使水环境有明显改善，2010年和2030年城市污水的有效处理率必须达到50%和80%以上，任务非常艰巨。因此必须加大污染防治力度，增加经费投入，提高规划的城市污废水处理率，并采取有效措施修复已经受到污染的城市水环境，确保水资源供给的长治久安。
（四）综合管理
改革水资源的管理体制，管理机构应打破部门分割和地区分割，应按流域管理与区域管理相结合的原则，以“一龙管水，多龙治水”的模式，对江河上中下游、城市与乡村、水量与水质、地表水与地下水、供水和需水、用水与治污，实行统一规划和管理，并加强水资源的立法，以法治水，其核心是提高用水效率。
水作为公共物品，是一种极其廉价的自然资源。低廉的水价是城市生活及工农业生产长期缺乏节水动力、造成用水浪费的重要原因。例如，黄河已达到年年断流的缺水程度，但至今引黄的水价每吨仅收几分钱甚至几厘钱，远远低于其它水源的价格，使水资源的合理配置难以实现。实践证明，经济杠杆是水资源管理的有效手段，应按照市场经济规律和价值规律的要求，改革水资源的投资机制，确立完善的的水价政策和水价系统，适时适度提高城市生活及工农业用水水价，用经济手段促进水资源开源、节流、治污工作的顺利进行。

第三节 水灾害

水灾害是指水过多、过少所形成的对人类生存发展的不利影响。水灾害可分为水灾和旱灾两大类。水灾是指洪水泛滥（洪灾）、暴雨积水（涝灾）、海潮侵袭（潮灾）和土壤水分过多（渍灾）对人类社会造成的危害，其中尤以洪灾的发生频率最高，损失也最为严重。旱灾，亦即干旱灾害，它是由于土壤水分不足和水源短缺所导致的农业减产、供水不足及生态破坏所形成的灾害。
水灾害威胁人类生命安全，造成巨大财产损失，并对生态功能平衡产生不良影响，防灾治灾成为世界各国努力保证环境安全，促进社会经济发展的重要内容。

一、洪水灾害
洪水灾害（洪灾）是一种世界各地最为常见的自然灾害之一，它是由于水体（江、河、湖等）中的水量超过其最大容纳限量而溢出的现象。洪水灾害危害面广，自古以来，损失均极为严重。
（一）洪灾的危害
1．世界洪灾
除南北极地、高寒地带和沙漠外，大约占全球陆地总面积2/3的地区都存在不同类型和不同成因的洪水灾害。中低纬度的季风带、台风影响区的洪水灾害最为突出，主要集中在南亚、东亚、非洲中部、澳大利亚北部及北美等地区。例如，1970年11月12日巴基斯坦东部三角洲地区一次洪灾造成50万人死亡，这是二十世纪全球最严重的一次洪灾，同年，孟加拉一次洪灾夺去30万人的生命，约100万人无家可归。在印度，每年死于洪灾的人数平均约700人，并有1 600万人长年受到洪灾威胁。
据统计，全世界因洪水每年平均死亡数千人，经济损失数十亿美元。在发展中国家，由于洪水预报、防治工作较差，由洪灾造成的经济损失小于工业发达国家，但其死亡人数则远高于工业发达国家。例如，1947~1967年间亚洲各国死于洪灾者超过154 000人，在同一时期欧洲（除前苏联外）死亡10 540人。随着世界人口密度和经济密度的加大，世界洪灾范围和损失程度有日益增加的趋势。
2．我国洪灾
作为世界上洪灾最频繁、损失最严重的国家之一，我国的洪水灾害有两大特点：一是发生的时间主要集中在7、8月份，由于我国地处东亚季风气候带，此时正值我国大部分地区的多雨季节，暴雨集中、强度大、发生频繁，加上地形、地质、土壤条件复杂，各种类型的水灾都有发生，我国历史上各次特大洪灾几乎都发生在这一期间。二是受灾地区面积广，我国约有10%的土地受洪水威胁，主要分布在珠江、长江、淮河、黄河、海河、辽河和黑龙江的中下游地区，其中尤以黄淮海平原和长江中下游平原湖区最为严重。这些地区不仅降雨量大，而且地势平坦，人口稠密，经济发达，受灾频率高，有时一年多灾，有时连年受灾。据记载，黄河在2000多年内决口成灾1590多次，重要改道26次；长江在1300多年间水灾200多次；淮河在历史上每2至3年即发生一次水灾，特别在是黄河夺淮期500年期间，发生水灾达350次；海河在580年间水灾387次。历史上曾多次出现洪灾淹死数十万人乃至百余万人的人间惨剧，例如，1117年（宋）黄河决口淹死百余万人，1642年（明）黄河水淹开封城，全城37万人中被淹死34万人。

阅读材料——二十世纪我国的洪水灾害
1915年7月，珠江大水：广州市被水淹7天，受灾农田648万亩，灾民378万人，死亡10多万人。1931年6~8月，长江、淮河大水：武汉三镇被淹3个多月，蚌埠全城被淹，受灾农田面积1.5亿亩，受灾人口5 127万，死亡约40.0万人。1932年7月，松花江、汉江大水：哈尔滨被淹1月之久，全市38万人口中有24万人受灾，死亡2万余人；汉江沿线受灾面积2 200多万亩，受灾人口1 000多万人，死亡14.2万人。1933年，黄河决口：受灾面积1.2万km2，受灾人口360多万，死亡1.8万人。1938年6月，黄河决口：国民党军为阻日军西犯，于郑州花园口挖堤扒口，致灾面积5.4万km2，灾民1 250万人，死亡89万人。1950年7月，淮河大水：河南、皖北一片汪洋，其中淮北地区受灾惨重，为百年所罕见，水灾淹没土地3 400余万亩，灾民1 300万人。1954年7月，长江、淮河大水：为保护荆江大堤，保卫武汉、南京的安全，被迫淹没农田4 755万亩，影响京广铁路通车100天，受灾人口近4 000万人，死亡36 183人，直接经济损失达200亿元。1956年，海河大水：淹没土地4280万亩，1 500万人受灾，死亡200多人，直接经济损失27亿元。1963年8月，海河大水：淹没104个县市、土地7 294万亩，冲坏水库335座，冲毁铁路1 162公里，1 265万间房屋倒塌，受灾人口2 200余万人，直接经济损失60亿元。1975年8月，淮河大水：河南29个县市、1700万亩农田被淹，受灾面积1.2万km2，受灾人口1 100万，48座水库失事，冲毁铁路102公里，直接经济损失100亿元。1981年7月，上江上游大水：受灾人口58万人，直接经济损失26亿元。1985年8月，辽河大水：中小河流决口4 000多处，60多个县市、6 000多万亩农田受灾，受灾人口1 200多万人，死亡230人，直接经济损失43亿元。1991年6~8月，江淮和太湖大水：受灾人口1.3亿，死亡1 200多人，伤25万多人，仅安徽、湖北两省直接经济损失就达600多亿元。1998年6~8月，长江、松花江、嫩江流域特大洪水：受灾人口2.23亿，死亡3 004人，倒塌房屋近5万间，受灾农作物3.18亿亩，1.96亿亩成灾，5 000万亩绝收，700多万亩耕地遭到不同程度的毁坏，直接经济损失2 342亿元。

（二）洪水的成因
诱发洪水形成的因素多种多样，这些洪水诱因有自然的，也有人为的，它们往往交织在一起导致洪水的爆发及洪水成灾。
1．自然因素
暴雨 暴雨是造成绝大多数河湖洪灾的主要原因。在热带、亚热带沿海地区，季风、台风、热带气流常将海上潮湿空气带到大陆，生成暴雨，超出当地防御能力即泛滥成灾。亚洲和远东地区是世界上暴雨洪灾出现最为频繁的地区。日本富津谷、中国台湾和菲律宾碧瑶于1911年、1913年曾出现世界上最猛烈的暴雨，分别在63小时和72小时内降下200 cm雨量。印度、巴基斯坦和孟加拉在每年6~9月，从印度洋上吹来的西南季风，给内陆带来大量降雨，这三个国家至今仍是世界上暴雨洪灾最严重的国家。我国南部受从海上吹来的热带风暴、台风等影响，东部受太平洋东南季风影响，西南部受印度洋西南季风影响，在6~9月间也常出现暴雨，形成洪水灾害。例如造成1998年大洪水的主要原因就是由于气候异常，主汛期降雨猛增、暴雨频繁，当年6~8月，长江流域、松花江上游的嫩江流域和松花江干流地区平均降雨量比多年同期平均值偏多37.5%、79.2%和26.5%。
暴雨是形成洪水的必要条件，然而不是所有的暴雨都能形成洪水，暴雨的时空分布对洪水的影响极为明显，一般说来，暴雨面积大、强度大、总量大，主雨峰历时长，加上时程分配恶劣，暴雨区顺江河走向移动、扩张均可诱发较大的流域洪水的形成。
地质因素 地质活动在局部地区可导致洪水灾害的发生。例如，当大型滑坡体、崩塌体落入河湖或水库，可造成水体外溢成灾，或因泥石、激浪冲毁水坝，造成洪灾；由各种原因引起的海啸，可造成沿海地区洪灾；火山喷发使该地区冰雪消融，短时间内大量融水急流直下，在原、河流两岸亦可造成洪灾。
2．人为因素
洪水是自然规律作用下的一种自然现象，但在其发生、发展过程中，某些人为因素可能改变洪水的蓄积、渲泄机制，从而影响到洪水灾害的发生及破坏程度。
都市化 在城市地区，大量的建筑、道路等硬质下垫面减少了雨水向地下自然渗透的面积和水量，这一方面增大了地面径流量，另一方面也缩短了形成地面径流的滞后时间，加大了洪水灾害的发生频率和灾害程度，其具体数值大致与水泥、沥青覆盖地面的面积和建有下水道的地面面积呈正比。一般而言，都市化地区洪灾发生几率为非都市化地区的三倍。
修堤筑坝 人类修建堤坝以疏导、拦截或利用地面径流，但若堤坝过高或选址不当，受水力冲刷、滑坡、崩塌、断裂等事件影响，则有可能决口成灾。例如，1889年美国宾夕法尼亚州翰斯顿水库和1979年8月11日印度莫夫尔水库水坝决口，分别死亡2 200人和5 000人，成为水库洪水死亡人数最多的灾例。
毁林荒地 人为的毁林荒地，可极大地改变洪水形成的下垫面状况。荒地毁林一方面削弱了天然植被对降水的调蓄，加大了地面径流量，增大了洪水发生概率和灾害程度，另一方面也加速了水土流失，增加了被地面径流带入河湖的泥砂量，造成河湖淤塞，泛滥成灾。
（三）防洪减灾战略与措施
1．防洪减灾战略
在原始社会和奴隶社会，由于生产力水平低下，人类为了基本生存，只能适应水的特性，趋利避害。随着改造自然能力的增强，人类开始逐步采用土堤等简易工程措施防御洪水，扩大用地，并在一些河流上建成了堤防工程。特别是到近现代，由于生产力的进步和科技水平的提高，洪水防治开始利用先进的科学技术，建设大型的堤防工程和水库工程，形成了较大规模的河流或地区的防洪系统，防洪能力有了较大提高。例如，长江的荆江河段和黄河的主要堤防，在三峡枢纽、小浪底枢纽及相应的配套工程完成后，可以达到防御100年一遇以上洪水的标准，其它主要江河的防洪标准也均有较大程度的提高。但根据全球的气象水文规律，仍有发生堤、库等工程措施所不能防范的超标准稀遇洪水。我国的堤防长度由20世纪70年代的11万km，80年代的16万km，发展到目前的25万km，堤线越来越长，堤防越来越高，加上不断向洪泛区争地，洪水蓄泄和调蓄的空间越来越小，致使许多江河在同样流量情况下，洪水不断抬高，造成加高加修堤防与抬升洪水位的恶性循环。1998年长江洪水仅属中等流量，宜昌的最大洪峰流量6.36万m3/s，而近100年来洪峰实测流量超过6万的已达25次，1954年的洪峰流量也超过7万m3/s，尽管流量中等，但与1954年相比，在同流量、同地点的情况下1998年的洪水位高出1 m以上，有360 km河段的最高洪水位甚至超过历史纪录。堤坝的不断加高，防洪负担和防洪风险也不断加重，如万一溃堤决口，将造成更大的毁灭性灾害。
通过实践，人类逐渐认识到，河湖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，又须主动适应洪水的发生发展规律，协调人与洪水的关系。在防洪减灾方面，要约束人类自身各种破坏生态环境、过度开发占用土地的行为，从无序、无节制地与洪水争地转变为有序、可持续地控制洪泛区，发生大洪水时，有计划地让出一定数量的土地，为洪水提供足够的渲泄和调蓄空间，避免发生影响全局的毁灭性的灾害，并将灾后救济和重建作为防洪工作的必要组成部分。总之，要从传统的以建设水利工程体系为主的防洪减灾战略，转变为在必要的防洪工程的基础上，建成全面的防洪减灾工作体系，实现人与洪水的协调共处。
2．防洪减灾措施
防洪减灾措施可分为工程措施与非工程措施两大类。
（1）工程措施
工程措施是指兴建水库、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，以防止或减轻洪水灾害的不利影响。
水库工程 水库的主要作用是拦蓄洪水，削减洪峰，减轻下游防洪负担。此外，水库还有蓄水发电、供水、航运等综合功能，因此水库的建设已成为二战后全球河流开发、治理的普遍形式。当然，水库工程投资大，需要淹没大量土地和人口迁移，对全流域的生态环境有部分不良影响，应全面考虑，综合利弊进行实施。

阅读材料——长江三峡工程概况
长江三峡水利枢纽工程位于长江西陵峡中段，坝址在湖北省宜昌市三斗坪，工程控制流域面积l00万km2，多年平均径流量4 5l0亿m3，多年平均输沙量5.3亿t。三峡大坝轴线全长2335m，坝顶高程185m，工程设计正常蓄水位l75m，总库容393亿m3，其中防洪库容221.5亿m3。电站装机总容量l 820万kw，年平均发电量847亿kw.h。
三峡工程设计总工期l7年，其中施工准备及第一期工程施工5年（1993年-1997年），截流成功；二期工程施工6年（1998年-2003年），开始发电；三期工程施工6年（2004年-2009年），工程建成。三峡工程所需静态总投资（按1993年末不变价）为900.9亿元，其中枢纽工程500.9亿元，水库移民400亿元，考虑物价、利息等因素，工程动态总投资2 039亿元。
三峡工程是治理、开发长江的关键性世纪工程，具有防洪、发电和航运等重大综合效益。工程建成后，水库调洪可削减洪峰流量2.7~3.3万m3/s，荆江河段两岸地区的防洪标准将由目前的不足十年一遇提高到百年一遇，减轻长江中下游洪水淹没损失和对武汉市的威胁。工程可为经济发达、能源不足的华中、华东地区提供清洁、廉价的电能，每年替代原煤4 000~5 000万t。此外，工程还可显著改善长江中上游特别是宜昌至重庆的航运条件，并有利于促进当地渔业、旅游业的发展。

堤防工程 堤防工程主要是运用工程措施“挡”住洪水对保护对象的侵袭，如用河堤、湖堤防御河湖的洪水泛滥；用围堤保护低洼地区不受洪水侵袭。堤防工程是防洪历史上最古老、最常用的措施，我国早在春秋战国时期就开始修筑堤防。目前，世界各江河湖岸、洪水威胁比较严重的地区，基本上已为大堤所保护，堤防工程对防止或减轻洪水灾害起到了重要的作用。但不适当的加高堤防，将改变洪水的自然渲泄和调蓄条件，造成水流归槽、水位抬高，而且由于泥沙淤积等自然演变的影响，洪水位还有不断增高的趋势，增大了堤防风险和下游防洪负担。此外，一般堤线都较长，结构不能太复杂，筑堤材料和地基选择余地较小，堤身不宜太高。因此，用堤防工程“挡”的办法防御洪水在环境安全和技术经济上受到一定限制。
河道整治工程 由于河床边界对行洪过程有重要的影响，特别是河流下游的蜿蜒性河床，不仅减小河床比降，降低水流速度，对洪水渲泄极为不利，而且河道的侧向侵蚀易造成崩岸、溃堤。自然的裁弯取直是河道的自我调整方式，人工扩大河槽、裁弯取直则是因势利导的治河工程，可以增加泄洪量，降低洪水位，同时也提高航运效益。另外，及时清除行洪河道中的阻水性建构筑物、植物、泥石、冰凌等，也是河道整治工程的内容。
分蓄行洪工程 由于技术和经济的可行性，防洪工程只能达到一定标准，在发生大洪水时，必需安排各类分蓄行洪区作为辅助措施，分蓄（滞）河道超额洪水，避免造成毁灭性的灾害。分蓄行洪区一般都是利用河流中下游人口较少的袋形地区，如农业土地、低洼地及湖泊等，区内洪水年分洪调蓄，平水年可适当发展生产。
一条河流或一个地区的防洪，通常需要综合利用多种工程措施。防洪工程的布局，一般是根据自然地理条件，在上中游干支流山谷区修建水库拦蓄洪水，调节径流；在中下游平原地区，修筑堤防，整治河道，并因地制宜修建分蓄行洪工程，以达到防洪减灾的目的。
（2）非工程措施
从世界各国的实践来看，仅靠工程措施要想完全避免洪涝灾害，在目前和今后一段时期还很难做到。事实上，长期以来人们虽然建设了大量的防洪工程，但洪灾所造成的损失依然有增无减。因此，将非工程措施与工程措施相结合，努力减少洪灾损失，越来越为世界各国所重视。
与工程措施相比，非工程防洪措施不是直接控制洪水，而是通过法律、经济手段和工程以外的其它技术手段，加强防洪管理，调整洪水发生地区、洪水威胁地区的开发利用方式，以适应洪水的自然特性，减轻洪灾损失。
加强生态保护和建设 良好的植被可增加流域的持水性，有利于延缓产流时间和汇流速度，降低洪峰水位，此外还可防治水土流失，减少入河泥沙，从而减轻洪水危害。因此，需积极加强江河中上游山丘地区的生态保护和生态重建工作，改善生态环境，防止洪水发生。1998年大洪水后，我国亦作出了停止采伐长江上游、黄河上中游地区天然林的决定，在全国开始了退耕还林（草）、封山绿化的天然林保护工作。
建立洪水预报警报系统 对于洪水灾害的预报期越长，精度越高，防洪抗灾的效果就越显著，因此世界各国均很重视洪水的预测预报工作。该项工作的主要内容是将实测或利用遥感收集到的水文、气象、降雨、洪水等数据，通过计算机信息处理和判断，提供力求准确的洪水预测、预报、预警和决策，以减少洪灾损失。
分蓄行洪区的运用和管理 通过法律程序，确定分蓄行洪区（洪泛区）土地资源的开发利用要求，防止非法侵占行洪区，同步制定居民应急撤离计划和对策，配合分蓄行洪区的社会救济和防洪保险等补偿措施，变“被动蓄洪”为根据需要“主动蓄洪”，确保各类分蓄行洪区按规划运用。
完善救灾抢险体系 通过经济、技术等救灾援助，可有效减少受灾地区的直接和间接损失，尽快恢复当地居民正常的生产生活。应建立符合现代防洪抗灾要求的专业救灾抢险队伍，提高在抗洪活动中的勘测、通讯、查险、除险和抢险水平，逐步取代目前主要依靠大量人力的防汛抢险模式。

二、干旱灾害
干旱灾害，亦称旱灾，它是指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。俗话说：“洪灾一条线，旱灾一大片”，旱灾是一种渐进性的灾害，严重的干旱灾害影响范围极广，损失也特别巨大。
（一）旱灾的危害
旱灾的危害主要表现在两个方面：第一是由于土壤水分含量低，使作物的正常生长受到抑制，造成农业减产或无收；第二是因为地表径流减少，造成城市及工业用水短缺、人畜饮水困难、航运中断，水电减少，由这两方面造成的灾害损失为直接损失。此外，干旱还可能诱发其它灾害的发生，如饥荒、疾病、火灾、虫灾、土地退化及空气质量恶化等。
1．世界旱灾
旱灾是世界上最为普遍的一种自然灾害。全球陆地面积的25%年平均降雨量小于250 mm，属于干旱地区，主要集中在南北纬15~35之间的副热带和北纬35~50之间的温带、暖温带大陆内部，包括非洲、中东、西亚、北美西部以及澳大利亚大部（见图4-5）。1988年美国严重旱灾面积达25％，旱灾总经济损失达400亿美元，是1989年旧金山7.2级大地震总损失的2～3倍。非洲是世界上旱灾最为严重的地区，20世纪60年代末至90年代初持续26年的非洲大旱曾遍及34个国家，上亿人口遭受饥饿威胁，成为非洲近代史上最大的人类灾难。













阅读材料——粮农组织说撒哈拉以南非洲地区粮食严重短缺
联合国粮农组织９日发表报告指出，由于严重旱灾，加上持续战乱，今年撒哈拉以南非洲地区将有2800万人面临粮食严重短缺的局面。
这份题为“撒哈拉以南非洲粮食供应形势和农作物收成展望”的报告说，在这一地区48个国家中，一半以上的国家面临粮食短缺，其中肯尼亚、安哥拉、布隆迪、刚果（金）、刚果、厄立特里亚、埃塞俄比亚、坦桑尼亚、乌干达、苏丹、索马里等16个国家的粮食短缺形势十分严峻。由于东非地区遭受了几十年来最为严重的旱灾和持续不断的战乱，这一地区面临粮食严重短缺的人口最多，达1800万。在肯尼亚，旱灾造成的粮食短缺使450万人的生命受到威胁。
报告预测，由于南部非洲旱灾频繁，今年这一地区的粮食产量将大幅下降，特别是占南部非洲粮食产量75%的玉米产量将比去年锐减27%。
——新华社，2001年4月10日
2．我国旱灾
我国大部地区受季风和地形影响，降水量在地区和时间上分布不均衡，旱灾发生的时空变化很大，而且极为频繁。秦岭、淮河以北地区多春旱，长江中下游地区主要是伏旱和伏秋连旱，西北大部分地区常年干旱，华南地区旱灾也时有发生。我国旱灾较其它自然灾害持续时间要长，有时达数月，甚至连旱数年。
我国是世界上干旱危害较严重的国家之一。据历史资料统计，从公元前206年至1949年的2 155年间，我国曾发生较大旱灾1 056次。从16世纪至19世纪的400年间，全国出现受旱范围在200个县以上的大旱有8年。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，是我国近代各次自然灾害中最严重的一次灾难。20世纪的大旱年有1920年陕、晋、豫、冀、鲁五省大旱，灾民2000多万人，死亡50余万人；1928年华北、西北、西南13省535个县特大干旱，灾民1.2亿人，当时甘肃省550万人口中，灾民250万，饿死120万；1942年大旱，仅河南一省饿死、病死者即达数百万人。近40年来全国农田受旱灾面积平均每年达3亿亩以上，减产粮食100亿公斤，工业的直接经济损失144.7亿元，社会经济损失均极为惨重。
（二）干旱的成因
降水和蒸发是干旱形成的两个基本的气象气候因素，而其中又以降水与干旱的关系最为密切。
就大范围的干旱而言，由大气环流和海温异常引起的降水量的变化是干旱形成的主要原因。在我国，大范围的、长期性的干旱则与西太平洋副热带高压位置和强度、西风环流形势稳定发展、太阳黑子活动和厄尔尼诺现象等因素有关。降水的时空变化对干旱形成与发展的影响主要表现在：第一，降水的地理分布不均，在降水较小的地区，干旱发生的机率较大；第二，降水的季节分配不均，干湿季节明显的地区，在降水较少的季节容易发生干旱；第三，降水的年际变化不均，不同区域受大气环流强弱和进退时间不同的影响，造成有些年分降水较多，有的年分降水较少，在降水较少的年分容易形成干旱。
降水是土壤水分收入的主要来源，而蒸发则是土壤水分损失的主要方式。蒸发量的大小主要取决于热量收支和水分供应情况，一年内蒸发量的变化则主要取决于气温和风力的变化。在降水量一定的情况下，蒸发量越大，土壤水分损失越多，越容易引起干旱。
此外，干旱严重程度也与地形地貌有关。例如，在我国南方山丘地区，虽然年降水量较多，但地面坡度较大或植被较差，土壤滞水保水能力较弱，因而干旱威胁也比较严重。

阅读材料——全球变暖与干旱灾害
全球变暖是近百年来全球气候变化的重要特征之一，据国际方面的有关研究，未来50年由于人类活动的影响，全球年平均气温可能继续升高，但预测值相差很大。科学家们发现，气温升高将使地表蒸发量提高，水分循环加快，极端气候如干旱和洪涝事件增多。在近几十年，美国、欧洲等地干旱、洪涝区都趋于增加，而亚洲东部、非洲南部和撒哈拉地区则干旱程度趋于增强，特别是20世纪70年代以后，非洲撒哈拉地区严重干旱灾害发生的频率是19世纪前50年的2倍。
在这种全球气候变暖的大背景下，我国大部分地区气温也呈现持续偏高的态势。根据1950~1997年近50年的降水和气温资料分析，我国近20年来呈现北旱南涝的局面，华北、西北地区持续偏旱，我国长江流域，20世纪50年代受旱面积5.47亿亩，80年代受旱面积15.13亿亩，增加了1.77倍。具体到我国的各大流域，影响程度如何，还有待探讨。

（三）旱灾的减灾措施
旱灾和洪灾是两种性质相反的气象灾害，它们在防灾减灾方面既有诸多共同之处，也存在一些不同之点，其差异大致表现在以下几个方面。
加强长期预报 干旱和洪水都主要是由降水量的变化引起的，但因洪水具有突发性，对降水的短期预报较有意义，而干旱表现为渐进性，对降水的长期预报则更为重要。现代的长期预报主要是在3S（遥感、地理信息系统、全球定位系统）等先进技术的支持下，根据干旱成因和干旱规律，从相关普查入手，运用一定的方法，预测未来干旱发生的时间、范围和强度。
推广人工降水 人工降水是指当云中产生降水的条件不足时，根据不同云层的物理特性，向云中播撒水滴、盐粉、尿素、碘化银、干冰（固体CO2）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。随着现代科技的发展，人工增加降水作为抗旱的一种技术手段，已受到广泛的重视。世界上大多数国家和地区都开展了这项工作，其中以美国、澳大利亚、中国和俄罗斯等国的人工降水规模较大。在我国一些干旱地区，人工降水的作业开展得较为普遍。例如，山西每年通过人工降水，平均增加雨量6~8亿m3，广东、浙江为缓解旱象和增加库存水量而进行的人工降雨，可增加水库区降水的5%~12%，均有效地缓解了当地的旱情。
发展节水灌溉 降水不足，造成土壤水分含量降低，制约农业生产，但根据作物的需水特性，科学灌溉，可以有效地缓解农业旱情。发展节水灌溉应以改进目前广泛采用的地面灌溉为主，提高水的利用效率，有条件地发展喷灌和滴灌。喷灌是将通过管道输送来的有压水流用喷头喷射到空中，呈雨滴状散落到田间的灌溉方法。喷灌有利于调节田间小气候，可有效省水、增产，适用性较广。滴灌是指灌溉水在水压力作用下，通过管道和滴头以水滴形式向作物根部供水供肥的灌溉方法。滴灌的节水性能最高，减少了灌水过程中的渗漏、地面流失和蒸发损失。在干旱缺雨的国家和地区得到较快的发展。但投资较大。此外，实施抗旱耕作体系，优选抗旱作物，进行抗旱栽培，减少作物本身对水的需求，亦可减轻干旱对农业生产的危害。

第四节 水污染

水污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。水污染加剧了全球的水资源短缺，危及到环境健康，严重制约到人类社会、经济与环境的可持续发展。

一、天然水的化学性质
由于天然水在自然循环过程中不断地与环境物质发生作用，因此自然界不存在化学概念上的纯水。天然水的化学组成是多种多样的，不同的水体在不同的环境条件下所形成的天然水化学成分和含量差别很大。研究表明，天然水是由溶解性物质和非溶解性物质所组成的化学成份极其复杂的溶液综合体，俄国学者阿列金曾把天然水中的溶质成份概略性地分为5组：
溶解性气体 含量较多的有O2，CO2和H2S，含量较少的有N2、CH4和He等。
主要离子 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-，是天然水中含量最多的8种离子，其含量占天然水中离子总量的95%~99%。
营养物质 氮和磷的化合物。
微量元素 包括天然水中含量低于0.01%的阴离子（如I-，Br-，F-）、微量金属离子、放射性元素等。
有机物质 腐殖质胶体等。
天然水复杂的化学成分，既是水的自然循环的必然结果，又是维系全球生态系统生存、发展的必要条件。但水污染的存在，却极大地改变了水体的化学性质及物理、生物特性，对地球生态产生了重大影响。

二、水污染的主要来源
水污染源可分为自然污染源和人为污染源两大类：自然污染源是指自然界自发向环境排放有害物质、造成有害影响的场所，人为污染源则是指人类社会经济活动所形成的污染源。水污染最初主要是自然因素造成的，如地表水渗漏和地下水流动将地层中某些矿物质溶解，使水中盐分、微量元素或放射性物质浓度偏高，导致水质恶化，但自然污染源一般只发生在局部地区，其危害往往也具有地区性。随着人类活动范围和强度的加大，人类生产、生活活动逐步成为水污染的主要原因。按污染物进入水环境的空间分布方式，人为污染源又可分为点污染源和面污染源。
（一）点污染源
点污染源的排污形式为集中在一点或一个可当作一点的小范围，实际上多由管道收集后进行集中排放。最主要的点污染源有工业废水和生活污水，由于产生污染的过程不同，这些污废水的成分和性质也存在很大差异。
1．工业废水
长期以来，工业废水是造成水体污染最重要的污染源。根据废水的发生来源，工业废水可分为工艺废水、设备冷却水、洗涤废水以及场地冲洗水等；根据废水中所含污染物的性质，工业废水可分为有机废水、无机废水、重金属废水、放射性废水、热污染废水、酸碱废水以及混合废水等；根据产生废水的行业性质，又可分为造纸废水、石化废水、农药废水、印染废水、制革废水、电镀废水等等。一般来说，工业废水具有以下几个特点：
污染量大 工业行业用水量大，其中70%以上转变为工业废水排入环境，废水中污染物浓度一般也很高，如造纸和食品等行业的工业废水中，有机物含量很高，BOD5（生化耗氧量，即微生物分解有机物所耗费的氧）常超过2 000 mg/L，有的甚至高达30 000mg/L以上。
成分复杂 工业污染物成分复杂、形态多样，包括有机物、无机物、重金属、放射性物质等有毒有害污染物。特别是随着合成化学工业的发展，世界上已有数千万种合成品，每周又有数百种新的化学品问世，在生产过程中这些化学品（如多氯联苯）不可避免地会进入废水当中。污染物质的多样性极大地增加了工业废水处理的难度。
感官不佳 工业废水常带有令人不悦的颜色或异味，如造纸废水的浓黑液，呈黑褐色，易产生泡沫，具有令人生厌的刺激性气味等。
水质水量多变 工业废水的水量和水质随生产工艺、生产方式、设备状况、管理水平、生产时段等的不同而有很大差异，即使是同一工业的同一生产工序，生产过程中水质也会有很大变化。
每个工业部门废水中都有其独特的组合污染物，表现出不同的水质特点（表4-3）。

表4-3 工业废水的水质特点
工业部门 工业企业性质 废水特点
化工业 化肥、纤维、橡胶、染料、塑料、农药、油漆、洗涤剂、树脂 有机物含量高，pH变化大，含盐量高，成分复杂，难生物降解，毒性强
石油化工业 炼油、蒸馏、裂解、催化、合成 有机物含量高，成分复杂，水量大，毒性较强
冶金业 选矿、采矿、烧结、炼焦、冶炼、电解、精炼、淬灭 有机物含量高，酸性强，水量大，有放射性，有毒性
纺织业 棉毛加工、漂洗、纺织印染 带色，pH变化大，有毒性
制革业 洗皮、鞣革、人造革 有机物含量高，含盐量高，水量大，有恶臭
造纸业 制浆、造纸 碱性强，有机物含量高，水量大，有恶臭
食品业 屠宰、肉类加工、油品加工、乳制品加工、水果加工、蔬菜加工等 有机物含量高，致病菌多，水量大，有恶臭
动力业 火力发电、核电 高温，酸性，悬浮物多，水量大，有放射性

2．生活污水
生活污水主要来自家庭、商业、学校、旅游、服务行业及其它城市公用设施，包括厕所冲洗水、厨房排水、洗涤排水、沐浴排水及其它排水。不同城市的生活污水，其组成有一定差异。一般而言，生活污水中99.9%是水，固形物不到0.1%，虽也含有微量金属如锌、铜、铬、锰、镍和铅等，但污染物质以悬浮态或溶解态的有机物（如氮、硫、磷等盐类）、无机物（如纤维素、淀粉、脂肪、蛋白质及合成洗涤剂等）为主，其中的有机物质大多较易降解，在厌氧条件下易生成恶臭。此外，生活污水中还含有多种致病菌、病毒和寄生虫卵等。
生活污水中悬浮固体的含量一般在200~400 mg/L之间，BOD5在100~700 mg/L之间。随着城市的发展和生活水平的提高，生活污水量及污染物总量都在不断增加，部分污染物指标（如BOD5）甚至超过工业废水成为水环境污染的主要来源。
（二）面污染源
面污染源又称非点污染源，污染物排放一般分散在一个较大的区域范围，通常表现为无组织性。面污染源主要指雨水的地表径流、含有农药化肥的农田排水、畜禽养殖废水以及水土流失等。农村中分散排放的生活污水及乡镇工业废水，由于其进入水体的方式往往是无组织的，通常也列入面污染源。
1．农村面源
由于过量地施加化肥和农药，农田地表径流中含有大量的氮、磷营养物质和有毒的农药。此外，不合理的施用化肥和农药还会改变土壤的物理特性，降低土壤的持水能力，产生更多的农田径流并加速土壤的侵蚀。农田径流中氮的浓度为1~70 mg/L，磷的浓度为0.05~1.1 mg/L，在农业发达的地区，已对水环境构成危害。由于农业对化肥的依赖性增加，畜禽养殖业的动物粪便已从一种传统的植物营养物变成了一种必须加以处置的污染物，畜禽养殖废水常含有很高的有机物浓度，如猪圈排水中BOD5为1 200~1 300 mg/L，牛圈排水中BOD5可达4 300 mg/L，这些有机物易被微生物分解，其中含氮有机物经过氨化作用形成氨，再被亚硝酸和硝酸菌作用，转化为亚硝酸和硝酸，常引起地下水污染。目前，农业已成为大多数国家水环境最大的面污染源。
此外，粗放发展的乡镇工业所排废水，在部分地区常成为当地水环境重要的污染源。据统计，1995年我国乡镇工业废水排放量59.1亿t，占全国工业废水排放总量的21.0%；废水中化学需氧量（重铬酸钾氧化有机物所耗费的氧）排放量力611.3万t，占全国工业化学需氧量排放总量的44.3%；氰化物排放量438.3 t，占14.9%；挥发酚排放量11958.5 t，占65.4%；石油类排放量10003.9 t，占13.5%；悬浮物排放量749.5万 t，占47.9%；重金属（铅、汞、铬、铜）排放量1321.4 t，占42.4%；砷排放量1875.3 t，占63.3%。散乱排放的乡镇工业废水己成为水环境保护的突出问题和影响人体健康的重要因素。
2．城市径流
在城市地区，大部分土地为屋顶、道路、广场所覆盖，地面渗透性很差。雨水降落并流过铺砌的地面，常夹带有大量的城市污染物，如汽车废气中的重金属、轮胎的磨损物、建筑材料的腐蚀物、路面的砂砾、建筑工地的淤泥和沉淀物、动植物的有机废弃物、动物排泄排遗物中的细菌、城市草地和公园喷洒的农药、润滑油、石油、阻冻液以及融雪撒的路盐等等。城市地区的雨水一般排入雨水下水道，直接排入附近水体，通常并不经过任何处理。城市径流对受纳溪流、河流或湖泊有较严重的不利影响。研究发现，城市径流中所含的重金属（如铜、铅、锌等）、氯化有机物、悬浮物，对许多种鱼类和无脊椎水生动物具有潜在的致命影响。
此外，大气中含有的污染物随降雨进入地表水体，也可以归入面污染源。例如，酸雨降低了水体中的pH值，影响幼鱼和其它水生动物种群的生存，并可使幸存的成年鱼类丧失生殖能力。
由于面污染源量大、面广、情况复杂，故其控制要比点污染源难得多。并且随着对点污染源的管制的加强，面污染源在水环境污染中所占的比重在不断增加。据调查，损害美国地表水的污染源中，面源所作的贡献已分别达到65%（河流）和75%（湖泊）。




三、主要水污染物及其环境效应
造成水体污染的来源具有多样性，不同污染源所排放的污染物也具有多样性，这些污染物质的种类和环境效应可概括如下：
悬浮物 悬浮物是指悬浮在水中的细小固体或胶体物质，主要来自水力冲灰、矿石处理、建筑、冶金、化肥、化工、纸浆和造纸、食品加工等工业废水和生活污水。悬浮物除了使水体浑浊，从而影响水生植物的光合作用外，悬浮物的沉积还会窒息水底栖息生物，破坏鱼类产卵区，淤塞河流或湖库。此外，悬浮物中的无机和胶体物较容易吸附营养物、有机毒物、重金属、农药等，形成危害更大的复合污染物。
耗氧有机物 生活污水和食品、造纸、制革、印染、石化等工业废水中含有糖类、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等有机物质，这些物质以悬浮态或溶解态存在于污废水中，排入水体后能在微生物作用下最终分解为简单的无机物，并消耗大量的氧，使水中溶解氧降低，因而被称为耗氧有机物。在标准状况下，水中溶解氧约9 mg/L，当溶解氧降至4 mg/L以下时，将严重影响鱼类和水生生物的生存；当溶解氧降低到1 mg/L时，大部分鱼类会窒息死亡；当溶解氧降至零时，水中厌氧微生物占据优势，有机物将进行厌氧分解，产生甲烷、硫化氢、氨和硫醇等难闻、有毒气体，造成水体发黑发臭，影响城市供水及工农业用水、景观用水。耗氧有机物是当前全球最普遍的一种水污染物，清洁水体中BOD5含量应低于3 mg/L，BOD5超过10 mg/L则表明水体已受到严重污染。由于有机物成分复杂、种类繁多，一般常用综合指标如生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、总需氧量（TOD）或总有机碳（TOC）等表示耗氧有机物的含量。

阅读材料——生化需氧量的测定
生化需氧量（BOD）表示水中有机污染物经微生物分解所需的氧量（以mg/L为单位），生化需氧量愈高，表示水中耗氧有机污染物愈多。有机污染物经微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段：第一阶段，主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段，主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污废水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物氧化所需的氧量。由于微生物的活动和温度有关，所以测定生化需氧量时一般以20℃作为标准温度（接近温带地区夏季河水的最高平均温度）。在20℃温度下，一般有机物的全部分解需时百日以上，但实际观测表明，污水中的有机物在20天后能基本上完成第一阶段的氧化分解过程，故20℃、20日的生化需氧量（BOD20）可作为第一阶段或完全生化需氧量。这就是说，要测定第一阶段的生化需氧量至少需20天时间，但这在实际工作中仍有困难。据实验研究，一般有机质的五日生化需氧量约为第一阶段生化需氧量的70~80%，因此目前都以五天作为测定生化需氧量的标准时间，简称五日生化需氧量（BOD5），作为衡量水中耗氧有机物浓度的标准。

植物营养物 植物营养物重点指含氮、磷的无机物或有机物，主要来自生活污水、部分工业废水和农业面源。适量的氮、磷为植物生长所必需，但过多的营养物排入水体，则有可能刺激水中藻类及其它浮游生物大量繁殖，导致水中溶解氧下降，水质恶化，鱼类和其它水生生物大量死亡，称为水体的富营养化。当水体出现富营养化时，大量繁殖的浮游生物往往使水面呈现红色、棕色、蓝色等颜色，这种现象发生在海域称为“赤潮”，发生在江河湖泊则叫做“水华”。水体富营养化一般都发生在池塘、湖泊、水库、河口、河湾和内海等水流缓慢、营养物容易聚积的封闭或半封闭水域，对流速较大的水体如河流一般影响不大。

阅读材料——湖泊的富营养化
湖泊是全球水体富营养化发生频率最高、对人类影响最大的水域。
自然界的湖泊都经历着一个衰老的过程：即淤泥和有机物积累导致由湖泊转变为沼泽，再由沼泽演化为干地或原野。在此过程中，湖泊经历了一个从“贫营养物”到“富营养物”自然发展历程，富营养化是湖泊衰老的表现。自然的富营养化过程极其缓慢，但人为作用却大大加快了这一进程。
例如，施入农田的氮肥仅30%~50％被植物利用，磷肥仅7%~15％，大部分随农田排水进入附近湖泊等水体。除了化肥外，农业废弃物（秸杆、人畜粪便）、城市生活污水和某些工业（如洗毛、制革、造纸、化肥、化工、食品等）废水中均含有丰富的植物营养物，这些都是加剧当前湖泊等水体富营养化的重要来源。
植物营养物有碳、氮、磷、硫、钾、钠、钙、镁、铜、锌、锰、硼等多种元素及其化合物，但氮、磷与水体富营养化的关系最密切，而磷的作用又远大于氮。因此，一般都用水中氮、磷浓度或负荷量来划分水体富营养化程度（表4-4）。

表4-4 富营养化程度的划分（美国Thomas，单位mg/m3）
富营养化程度 总磷 无机氮 富营养化程度 总磷 无机氮
极贫 <5 <200 中-富 30~100 500~1500
贫-中 5~10 200~400 富 >100 1500
中 10~30 300~650

富营养化对湖泊水生态系统产生破坏性后果，首先是大量繁殖的浮游生物的过度繁殖，在湖面形成密集的“水华”，部分浮游生物还会分泌出毒素；其次是藻类等浮游生物死亡的残骸被微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，使水体呈现一定的厌氧状态，在湖泊底层产生硫化氢等有毒气体。富营养化常导致渔业减产，航道堵塞，并对城镇供水具有严重不利影响，例如太湖的富营养化已迫使苏州、无锡供水节节后退，不得不逐步向长江转移。

重金属 作为水污染物的重金属，主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的元素，也包括具有一定毒性的一般重金属如锌、镍、钴、锡等。从重金属对生物与人体的毒性危害来看，重金属污染的特点表现为：重金属的毒性通常由微量所致，一般重金属产生毒性的浓度范围在1 mg/L~10 mg/L之间，毒性较强的金属汞、镉等为0.01 mg/L~0.001 mg/L；重金属及其化合物的毒性几乎都通过与机体结合而发挥作用，某些重金属可在生物体内转化为毒性更强的有机化合物，如著名的日本水俣病就是由汞的甲基化作用形成甲基汞，破坏人的神经系统所致；重金属不能被生物降解，生物从环境中摄取的重金属可通过食物链发生生物放大、富集，在人体内不断积蓄造成慢性中毒，例如淡水浮游植物能富集汞1 000倍，鱼能富集1 000倍，而淡水无脊椎动物的富集作用可高达10 000倍；重金属的毒性与金属的形态有关，例如六价铬的毒性是三价铬的10倍。作为具有潜在危害的重要污染物质，重金属污染已引起人们的高度重视。
难降解有机物 难降解有机物是指那些难以被自然降解的有机物，它们大多为人工合成化学品，例如有机氯化合物、有机芳香胺类化合物、有机重金属化合物以及多环有机物等等。它们的特点是能在水中长期稳定地存留，并在食物链中进行生化积累，其中一部分化合物即使在十分低的含量下仍具有致癌、致畸、致突变作用，对人类的健康构成极大的威胁。目前，人类仅对不足2%的人工化学品进行了充分的检测和评估，对超过70%的化学品都缺乏健康影响信息的了解，而对这些化学品的累积或协同作用的研究则更加缺乏。
石油类 水体中石油类污染物质主要来源于船舶排水、工业废水、海上石油开采及大气石油烃沉降。水体中油污染的危害是多方面的：含有石油类的废水排入水体后形成油膜，阻止大气对水的复氧，并妨碍水生植物的光合作用；石油类经微生物降解需要消耗氧气，造成水体缺氧；石油类粘附在鱼鳃及藻类、浮游生物上，可致其死亡；石油类还可抑制水鸟产卵和孵化。此外，石油类的组成成分中含有多种有毒物质，食用受石油类污染的鱼类等水产品，会危及人体健康。
酸碱 水中的酸碱主要来自矿山排水、多种工业废水或酸雨。酸碱污染会使水体pH值发生变化，破坏水的自然缓冲作用和水生生态系统的平衡。例如，当pH小于6.5或大于8.5时，水中微生物的生长就会受到抑制。酸碱污染会使水的含盐量增加，对工业、农业、渔业和生活用水都会产生不良的影响。严重的酸碱污染还会腐蚀船只、桥梁及其它水上建筑。
病原体 生活污水、医院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工业行业废水，常含有各种病原体，如病毒、病菌、寄生虫，传播霍乱、伤寒、胃炎、肠炎、痢疾及其它多种病毒传染疾病和寄生虫病。1848年、1854年英国两次霍乱流行，各死亡万余人，1892年德国汉堡霍乱流行，死亡7500余人，都是由水中病原体引起的。
热污染 由工矿企业排放高温废水引起水体的温度升高，称为热污染。水温升高使水中溶解氧减少，同时加快了水中化学反应和生化反应的速度，改变了水生生态系统的生存条件，破坏生态功能平衡。
放射性物质 放射性物质主要来自核工业部门和使用放射性物质的民用部门。放射性物质污染地表水和地下水，影响饮水水质，并且通过食物链对人体产生内照射，可能出现头痛、头晕、食欲下降等症状，继而出现白细胞和血小板减少，超剂量的长期作用可导致肿瘤、白血病和遗传障碍等。

四、水污染的特征
人类活动排放的各种污染物质，通过多种途径进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，当超过水体的自净能力时，将使水环境的物理、化学、生物特性发生改变，最终对人类的生产、生活及生态环境造成一系列不利影响。
（一）地表水污染特征
1．河流污染
所谓河流污染是指有毒有害物进入河流的数量，超过了河流的自净能力，从而造成河流水环境质量降低，影响到水体使用功能的现象。河流污染具有以下特点：
污染程度随径流量变化 河流的径流量和入河的污水量、污染物量决定着河流的稀释比。在排污量相同的情况下，河流的径流量越大，河流污染的程度越轻，反之就越重。由于河流的径流量具有随时间变动的特点，因此河流污染的程度也表现出明显的时间变化特性。
污染扩散快 河流是流动的，河流上游受到污染会很快影响到下游的水环境质量。从水污染对水生生物生活习性（如某些鱼类的洄游）的影响来看，一段河流受到污染后，可以迅速影响到整个河流的生态环境。
污染影响大 河流特别是水质相对洁净的大江大河是目前人类主要的饮用水源，河流中种类繁多的污染物可以通过饮用水危害人类。不仅如此，河流还可通过水生动植物食物链以及农田灌溉等途径直接或间接危及人类健康。
人类活动高度密集的城市、工业区和农业区，一般都位于各大江河流域，长期以来，人类依靠河流供给城市及工农业用水，同时也将大量污废水排入其中。当今世界上凡人口及工农业高度密集地区的河流，大多受到了不同程度的污染。

阅读材料——我国的河流污染状况
我国主要江河污染严重，有机污染突出。据2000年环境状况公报，我国七大重点流域干流有57.7%的断面满足III类水质要求，21.6%的断面为Ⅳ类，6.9%的断面属Ⅴ类，13.8%的断面属劣于Ⅴ类，其中辽河、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。以淮河流域为例，全流域面积26.9万km2，人口1.5亿，20世纪80年代以来，随着经济发展和城市化进程的加快，淮河各主要支流受到日益严重的污染，水质急剧恶化。20世纪90年代初，淮河的16条主要支流中有一半以上河段水质超过国家V类标准，水污染事故时有发生，尤以1994年7月淮河特大污染事故的损失最为惨重，由此促使我国政府加快了对包括淮河在内的大江大河大湖的综合整治。
我国各大流域污染均主要集中在城市河段。在141个国家控制断面中，36.2%的城市河段为I至III类水质，63.8%的城市河段为IV至劣V类水质。其中，47个环保重点城市(直辖市、省会城市、经济特区、沿海开放城市和重点旅游城市)的典型水域中，II至III类水质占34.1%，IV至V类水质占36.1%，29.8%的水域劣于V类。海河、辽河等沿岸的城市地表水水质较差，华东地区和长江、黄河沿岸城市地表水因径流较大而水质较好。

阅读材料——我国的地表水水域功能区划
根据《地表水环境质量标准》（GHZB1999-1），我国江河、湖泊、运河、渠道、水库等地表水水域，依据其使用目的和保护目标，划分为五类功能区：
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。
同一水域兼有多类功能类别的，依最高类别功能划分。对不同功能的水域，相应规定了不同的水环境质量标准值。

2．湖泊（水库）污染
湖泊往往是一个地区的较低洼处，是数条河流的汇入点，也常常成为污染物的归宿地。湖泊污染就是指污染物质进入湖泊的数量超过了湖泊的自净能力，造成湖泊水体污染的现象。湖泊因为水流交换滞缓，从而呈现出一系列与河流污染不同的特点：
污染来源广、途径多、种类复杂 湖泊污染的来源可分为外源和内源两大类：外源包括入湖河道携带的工业废水和生活污水，湖区周围的农田排水和降雨径流；内源包括船舶排水、养殖废水及底泥（包括湖内生物死亡后，经微生物分解产生的污染物）。总之，湖泊流域内的几乎一切污染物质，都可通过各种途径最终进入湖泊水环境。
污染稀释和搬运能力弱 由于湖泊水面宽广、流速缓慢、水力停留时间较长，造成污染物质进入湖泊后，不易迅速被湖水稀释而达到充分混合，也难于通过湖流的搬运作用，经过出湖河流向下游输送，因此常会出现湖泊水质分布不均匀以及污染物向湖底沉降的现象，尤其是大容量深水湖泊更为显著。此外，流动缓慢的湖泊还使大气复氧作用降低，导致湖泊对某些污染物质的自净能力减弱。
生物降解和累积能力强 湖泊是天然孕育水生动植物的有利场所，水生生物的大量繁殖，往往成为影响湖泊水质动态变化的重要因素。湖中生物对多种污染物具有降解作用，如在藻类、细菌或底栖动物的作用下，将有机污染物分解为二氧化碳和水，有利于湖泊的净化，然而某些毒性不大的污染物质也可能被转化成毒性很强的物质，例如无机汞可被生物转化成甲基汞，使湖泊污染的危害加重。此外，湖中生物对某些污染物质还具有累积作用，这些污染物除了直接从湖水进入生物体外，还通过多级生物的吞食，在食物链中不断进行转移和富集，例如DDT及其分解产物，可通过水、藻、虾、昆虫、小鱼，而到达鸥体内的浓度要比水中浓度大一百多万倍。
当前，湖泊污染最直接、最常见的表现就是水体的富营养化。

阅读材料——我国的湖泊富营养化状况
我国主要湖泊富营养化问题突出。滇池是著名的高原湖泊，原来作为昆明市的饮用水源，但同时又是昆明城市污水的受纳水体，20世纪90年代以来滇池水质每况愈下，2000年全湖总体水质劣于V类，总氮、总磷污染极其严重，已连续多年处于重富营养化状态，滇池内湖中的水葫芦覆盖面积和生长厚度逐年增加，形成厚达数十厘米的“绿油漆”，昔日高原湖泊的旖旎风光顿成“狼籍”。太湖湖体总氮、总磷等污染指标超标突出，属富营养化状态，环湖主要河流及环湖交界水体污染则更加严重。巢湖54%的点位为V类水质，46%的点位劣于V类，总氮、总磷超标严重，属中富营养状态。其它大型淡水湖泊中，洱海、兴凯湖和博斯腾湖水质良好，湖体水质达到III类，洞庭湖、镜泊湖和洪泽湖水质达到IV类，白洋淀、达赉湖和南四湖污染严重，均为劣V类水质。

（二）地下水污染特征
地下水是埋藏于地表以下的天然水。由于地下水具有分布广泛、水质洁净、温度变化小、便于储存和开采等特点，因此地下水愈来愈成为城镇、工业区，特别是干旱或半干旱地区主要的供水水源。但当各种途径进入地下水的污染物质超过了地下水的自净能力时，就会造成地下水的污染。由于特殊的埋藏条件，地下水污染具有如下显