海洋环境与淡水环境.ppt

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1、环境与可持续发展导论,第六章海洋环境与淡水环境,水是生命之源，是地球一切生物赖以生存的基础资源，也是工农业发展的经济资源。水污染的日益加剧，加之食物链效应，正严重威胁着人类生存的基础环境。,第六章 海洋环境与淡水环境,第一节 海洋与人类的关系第二节 海洋污染第三节 地球上的淡水第四节 水污染与水质评价指标第五节 水体净化与湖泊富营养化第六节 饮用水水源污染及控制,占地球表面70%以上的海洋，是人类各种资源的重要供给源，同时也是地球生物生存的重要源泉，海洋技术被列为二十一世纪六大高新技术群之一。海洋中蕴藏着巨量的、维持人类可持续发展的物质来源，但是随着人为活动的加剧，海洋已经遭受日益严重的人为污

2、染，对海洋生态系统构成了极大的威胁！,第一节 海洋与人类的关系,一、人类大量生物蛋白的主要来源,地球上生物生产力每年约1590万吨（干重），其中25%来自海洋。海洋每年提供的鱼和贝类约为3亿吨。,二、稳定地球环境，调节地球气候,巨量的海水具有巨大的热容量，海水蒸发，形成降雨，湿润大气，维持一定的温室效应，是地球最大的气候调节器。,三、地球重要的矿产资源,海洋中蕴藏着极为丰富的矿产资源，石油资源占全球的1/3，还有锰、铁、铜、镍、钴等二十几种金属元素。,四、可以承纳人类大量的废弃物质,海洋是人类最大的天然垃圾箱，全世界每年向海洋排放的废物包括：悬浮物及溶解盐类200亿吨、垃圾及污水中的有机物33

3、0万吨、垃圾640万吨、以及200-2000万吨原油。,五、廉价的航运资源,六、主要的水资源,河流入海，通过蒸发、降雨又重新回到大陆，形成地球系统重要的水循环，不仅调节地球气候，更重要的是补充陆地地表水资源。,七、正在逐步被认识、等待开发的资源,潮汐发电、海洋生物资源、海洋旅游观光资源。,第二节 海洋污染,由于人类的活动改变了海洋的原有状态，使人类和生物在海洋中的各种活动受到不同程度的影响。,物理因素：温度、含盐量、透明度,化学因素：化学组成、pH值、溶解氧、氧化还原电位,生物因素：生物种类、数量、分布,人类毫无节制的开发活动,一、海洋污染的种类,1.赤 潮,赤 潮水中浮游植物量增大，使海水变

4、为暗红或茶色的一种现象。,原 因海水中氮、磷等营养物负荷过大，导致藻类等浮游植物爆发性增长。,危 害赤潮不仅使鱼类鳃塞而致死，藻类分泌的藻毒素还会通过食物链的传递和积累，使得贝类中毒甚至影响人类。,赤潮大都发生在近海区域。,赤 潮 污 染,藻 类 大 量 繁 殖,2.黑 潮,黑 潮海面出现黑白或白色的混浊现象,原 因岸边深水中氧气因有机物被好氧微生物分解而消耗，促使厌氧微生物活动，使有机物分解停留在有机酸阶段，水中还原菌增殖，H2S蓄积。底层缺氧水涌升时，水中的H2S被大气氧化而形成胶体硫，导致黑潮发生。,危 害缺氧水会影响鱼类和其它海洋生物的生存。,3.原油污染,原 因海上油田、沿海排放和油

5、轮泄漏,目前因人类活动而进入海洋的石油每年多达1000万吨，约占全球石油年产量的0.30.5%,危 害：,不透明的油膜影响了透光性，使得藻类的光合作用减少，降低了海水中的含氧量；,微生物分解原油会消耗海水中大量的氧，原油污染事件会引起大面积海域缺氧，严重危害生物资源；,使鱼发出鱼臭或给鱼卵带来影响,原油污染会损害鸟类羽毛的功能，使海鸟体温降低，其游泳、潜水和飞翔能力降低，最后冻饿而死。,4.放射性物质、农药的污染,该类物质水溶性弱、脂溶性强，不易分解，会致使海洋生物发生中毒，或通过食物链富集，直接危害人类自身。,1997 年 东 京 湾 原 油 泄 漏 事 件,二、海洋污染的特点,1.污染源广

6、,人类活动所产生的一切废物，会以任何形式通过大气、陆地、河流等，最终都进入到海洋。,2.持续性强,海洋是污染物的最终归宿，不溶解或不易分解的物质长期在海洋中留存。,3.扩散范围大,海流的作用会使污染物扩散至很远。,4.控制技术复杂,第三节 地球上的淡水,水六十亿人生命之所系,水是生命之源，水是一种生态资源（恒定资源），人的力量不能干预自然界水的循环和分布，水资源有着明显的地区性。,水对人类经济生活的重要性,水是人体组成的基础物质，又是新陈代谢的主要介质，占人体体重的2/3。,巴黎人均日耗水450升，纽约、大阪为600升，芝加哥为824升，中国为250升。,经济生活对水的需求：,单位：吨,一、水

7、资源概况,1.全球淡水资源形势,地球上水的总储量为14亿立方公里，能被人类使用的淡水仅有300万立方公里，占地球总水量的0.2%。,水需求量,20世纪全球用水量增长率急剧增加，特别是1940年以后。农业用水1900年至1999年增加了10倍。用水量的增加几乎使人口增加3倍。,世界用水总量（亿立方千米）,全世界目前有 亿人未能喝上安全的饮用水，亿人没有充足的用水卫生设施。,1998年因水危机而出现的“环境难民”达到了 万人，第一次超过了“战争的难民”的人数,水资源短缺,11,24,2500,目前有2 465个物种濒临灭绝，其中有25%即600种以上与淡水生态系统的退化有关 过去50年中，由水引发

8、的冲突共507起，其中37起有暴力性质，21起演变为军事冲突。,93年，由于遭遇了十几年罕见的旱灾，印度西部古吉拉特邦的众多居民在一个巨大水井旁艰难地取水。,2003年4月30日，在巴拿马东南部的阿苏埃罗半岛，土地由于7个月没有降雨而干涸开裂。,水资源的短缺制约着经济的发展，影响着人民赖以生存的粮食的 产量直接损害者人们的身体健康，为争夺水资源，在一些地区还常会引发国际冲突。如水资源匮乏就是中东、非洲等地区国家关系紧张 的重要根源。同一条河流的上游、下游国家常可 能因为水量或水质而发生争执。,中东地区具有世界上最富裕的石油矿藏，但淡水资源奇缺，从河流湖泊的分布看，沙特阿拉伯、也门、阿曼、阿联酋

9、、卡塔尔、巴林、科威特、约旦、以色列等国基本上没有大流量的江河湖泊。从地下水资源看，上述国家的地下水均属不可再生型。从降雨分布看，中东阿拉伯地区的年降雨量不足160mm，其中2/3地区的年降雨量在100mm以下。不仅如此，中东阿拉伯国家的水源有66%来自邻国，很多国家的水资源受制于人。,在幼发拉底河和底格里斯河流域居住者8800万人口，两河一直为各国共享。但自1983年以来，土耳其开始实施庞大的“安拉托里亚水利综合工程”，其主要工程内容为在截取两河源头地带的水源，修建集蓄洪、航行、灌溉、发电等功能为一体的22座水坝和17座电站。1990年初，该工程的主要项目阿塔图克水库开始截流储水，结果使下游

10、水量因此减少90%。为此，叙利亚、伊拉克曾多次向土耳其提出强烈抗议。,阿拉伯河的主权问题，曾引发了伊朗和伊拉克之间长达8年之久的战争；,围绕约旦河水的分配问题，约旦贝多因人对以色列人的仇恨与日俱增；,在如何分配尼罗河水的问题上，埃及与苏丹、埃塞俄比亚等国之间也是争执不断；,旷日持久的阿以冲突与水也有不可分割的联系。,以色列水资源奇缺，境内无大河流，南部全是沙漠，持续大量移民和经济的发展，使其缺水问题日益突出。该国除了大力推行节约用水和污水再生回用以外，也把希望寄托在从黎巴嫩南部的哈斯巴尼河截取水源，以及利用分布于约旦河西岸西部沿海地区和北部加利利地区的地下水资源。以色列拒不接受联合国安理会关于

11、从黎巴嫩南部撤军决议的真正原因，就在于该处有丰富的地下水资源。,非洲是地球上另一个严重缺水的地区。在世界上缺水的26个国家中，有11个都位于非洲。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。,2.中国的水资源形势及其特点,我国地表水的七大水系：松花江、辽河、海河、黄河、淮河、长江、珠江。总径流量2600立方公里，湖泊2800多个，储水总量750立方公里，28.7%为淡水湖。全国淡水资源总量为2800立方公里。,我国人均水资源2700立方米，为世界平均水平的1/4，居世界第110位。相当于美国的1/5，加拿大的1/50，日本的3/

12、4。,我国水资源的储量：,中国水资源的分布特点:,水量在地区分布上很不平衡,水资源分布的趋势是东南多西北少。南方长江、珠江、浙闽台诸河和西南诸河四个流域片的耕地面积只占全国耕地面积的36.59%，但占有全国水资源总量的81%，人均水资源量约为全国平均值的1.6倍，平均每公顷耕地占有的水资源量为全国平均值的2.2倍；而北方的辽河、海滦河、黄河、淮河四个流域片耕地多，人口密度大，但水资源占有量仅为全国总量的19%，平均每公顷耕地占有的水资源量则为全国平均值的15%。,水量在时程上分布不均,由于中国大部分地区的降雨主要受季风气候影响，降水量的年际、季际变化也很大，造成水旱灾害频繁。冬春少雨，多春旱；

13、夏季多雨，多洪涝。全国大部分地区在汛期四个月左右的径流量占据了全年降雨量的60%-80。这就导致了年内的分布不均，甚至出现连续丰水年或连续枯水年的情形，使水资源供需矛盾十分突出，水的短缺问题更加严重。,农村和城市缺水严重,农业缺水和城市缺水是中国缺水的两大主要表现。中国是农业大国，农业用水占全国用水总量的绝大部分。目前全国耕地有效灌溉面积约占全国总面积的51.2%，近一半的耕地得不到灌溉，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。,城市是人口密集和工业、商业活动频繁的地区，城市缺水在中

14、国表现得十分尖锐。据统计，全国600多个城市中，缺水城市已达400多个。其中严重缺水的城市有114个。,水资源开发利用很不均衡,南方丰水地区水资源利用率低，长江、珠江只有15%；北方枯水地区利用率高，辽河68%，淮河73%。,中国水资源面临的问题,中国人均少占有量时世界的四分之一，居世界的110位，全国降水在时间上和空间上分布不平衡，污水排放量大于处理量，缺乏科学的用水定额和管理。,二、水资源危机,水体污染使水资源失去使用价值,水的资源性短缺和水质性短缺,盲目开发利用地下水,造成地下水位下降,地面沉降,水危机的状况,水危机产生的原因,1.自然条件的影响：淡水在地球上分布不均 气候变化的影响,世

15、界人口趋向于集中在地球较小部分的城镇和城市：41.6%人口集中于占0.3的土地面积的城镇 城市及其周围大量建设工业区，集中用水量很大，超过当地水资源的供水能力,2.城市与工业区集中发展,3.水体的污染,A、水体污染 1)定义：水体因接受过多的杂质而导致其物理、化学、及生物学特性的改变和水质恶化，从而影响水的有效利用，危害人体健康的现象。,2)水污染的危害,危害人体健康降低农作物的产量与质量影响渔业生产的产量和质量制约工业发展的危害加速生态环境的退化与破坏造成经济损失,三、水资源的利用与保护,1.提高水的利用效率，开辟第二水源1)降低工业用水，提高水的重复利用率2)减少农业用水，实行科学灌溉；全

16、世界用水的70%为农业灌溉用水，但其利用率很低，浪费严重。据估计，全世界有37%的灌溉水用于作物生长，其余63%都被浪费掉了。因此，改革灌溉方法是提高用水效率的最大潜力所在。,三、水资源的利用与保护,1.提高水的利用效率，开辟第二水源,3)回收利用城市污水，开辟 第二水源,回收和重新使用废水，使其变为可用的资源是另一种提高水使用效率的方法。在东京,城市水回收中心通过三级水处理厂慢沙过滤回收废水，氯化消毒后用于冲洗高层建筑的厕所。北京也曾修建过类似的“中水道”系统。,雨水回收技术,第29届奥林匹克运动会科学技术委员会散发的书面材料显示，北京主要场馆和设施、奥林匹克森林公园大量应用了雨水收集及回收

17、利用技术,雨水平均利用率可达85%。这些雨水通过电脑控制的管道进入地下蓄水池,经过过滤净化后，将用于跑道、道路清洗和园林浇灌等9个方面。,2.调节水源流量，增加可靠供水：,1)建造水库 可以将丰水期多余水量储存在库内，补充枯水期的流量不足。不仅可以提高水源供水能力，还可以为防洪、发电、发展水产等多种用途服务。,三峡工程一瞥,2.调节水源流量，增加可靠供水：,2)跨流域调水是一项耗资昂贵的增加供水工程，是从丰水流域向缺水流域调节。由于其耗资大、对环境破坏严重，许多国家已不再进行大规模的流域间调水。巴基斯坦的西水东调工程和澳大利亚的雪山河调水工程以及我国近年来相继完成的引黄济青、引滦入津和引滦入唐

18、等工程都是从丰水流域向缺水流域供水的大工程，我国的南水北调工程也已开始动工。,南水北调中线调水路线示意图,4)海水淡化:就是除去咸水中的盐，或将淡水透析出来。大致有5类办法：蒸馏：让盐分留下，水蒸气凝结成水；冻结：让咸水结冰，盐和冰分离开来；反渗透：让咸水在巨大的压力下通过特殊的膜，留下盐；离子迁移；化学法。法国塞纳河边有一家公司制造成功一种简单的手动水泵式的海水淡化装置，将1升海水变成1公斤淡水，仅仅需要10分钟。有人估计，21世纪可能诞生一种新型的生产淡水的未来水产业。,2.调节水源流量，增加可靠供水：,2.调节水源流量，增加可靠供水：,3)地下蓄水目前，已有20多个国家在积极筹划人工补充

19、地下水。在美国，加利福尼亚的地方水利机构每年将25亿m3左右的水贮存地下。其单位成本平均至少比新建地表水水库低3540%。在荷兰，实现人工补给地下水后，解决了枯水季节的供水问题，每年增加含水层储量200300万m3。,2.调节水源流量，增加可靠供水：4)海水淡化,海水淡化可解决海滨城市的淡水紧缺问题。目前，世界海水淡化的总能力为2.7km3/a，不到全球用水量的1。沙特阿拉伯、伊朗等国家海水淡化设备能力占世界的60%，在沙特阿拉伯还建造了世界上最大的淡化海水管道引水工程。海水淡化，耗电耗能，成本很高，但是意义重大，很有前景。,海水淡化(SWRO)装置,海水淡化后获取可饮用的淡水,2.调节水源流

20、量，增加可靠供水：5)拖移冰山,此工程在近期内还不可能实现，仍处于计划阶段。据估计，南极的一小块浮冰就可获得10亿m3的淡水，可供400万人一年的用量。,2.调节水源流量，增加可靠供水：6)恢复河、湖水质,采用综合防治水污染的方法恢复河湖水质。即采用系统分析的方法，研究水体自净、污水 处理规模、污水 处理效率与水质目标及其费用之间的相互关系，应用水质模拟预测及评价技术，寻求优化治理方案，制订水污染控制规划。采用这种方法治理的河流，如美国的特拉华河、英国的泰晤士河、加拿大的圣约翰河等水质都得到恢复，增加了淡水供应。,2.调节水源流量，增加可靠供水：7)合理利用地下水,地下水是极重要的水资源之一，

21、其储量仅次于极地冰川，比河水、湖水和大气水分的总和还多。但由于其补给速度慢，过量开采将引起许多问题。在开发利用地下水资源时，应采取保护措施.,3.水源流域的科学规划管理,为加强水资源管理，制定合理利用水资源和防止污染的法规；改革用水经济政策。如提高水价、堵塞渗漏、加强保护等。提高民众的节水意识，减少用水浪费严重和效率低的状况。,4.增加下水道建设，发展城市污水厂,欧美等国从长期的水系治理中认识到普及城市下水道，大规模兴建城市 污水 处理厂，普遍采用二级以上的 污水 处理技术，是水系保护的重要措施。,第四节 水污染与水质评价指标,一、物理指标,pH值：允许范围为6.58.5。pH5.5时会影响到

22、鱼类的正常生活。,浊度：表示水质混浊的参数。1浊度表示1升水中含有1mg直径为62-74m的白陶土。,透明度：号字置于被测液底部，能辨认出文字的水层高度。,悬浮物（SS）：混浊溶液中含有的不溶性的“浮游物”。,二、化学指标,水中所含有的各种化学物质的浓度。,三、生物指标,溶解氧（DO）：水体中溶解的氧的含量，水体中的溶解氧与有机物的含量具有一定的比例关系。,有机物,（C、NH3-N）,分解代谢、合成代谢,微生物,有氧条件下：,CO2、NO3、NO2、H2O,厌氧条件下：,CH4、N2,化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，CODcr）：表示水体中有机物被氧化剂（KMnO4或

23、K2Cr2O7）氧化分解时所需氧的当量。,生物化学需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD5）：表示水体中有机物在好氧条件下，经微生物分解时，微生物呼吸所需氧的量。,TOC:Total Organic Carbon,TOD:Total Oxygen Demand,四、依赖生物指标的方法（污水指示生物系统）,水体中有机物的含量决定了水的腐败程度，在不同水质条件下生活着不同的水生生物。,第五节 水体净化与湖泊富营养化,一、水体净化机理,天然水体中，一般污染物的浓度很底，而有机物是水生生态系统中所有生物的营养来源。在正常状态下，浮游植物的光合作用和大气的复氧作用能维持水中足

24、够的氧的含量，从而保证生物的有氧呼吸，维持水生生态系统的平衡。,也就是说，不过量的有机物排入天然水体，能被水体中的微生物自然降解水体自净过程。,太 阳 能,植物性浮游生物,动物性浮游生物,小 鱼,成 鱼,细 菌 类,有 机 物,CO2+H2O+NH4+PO4,+,3-,水生生态系统的物质传递过程,二、湖泊富营养化,营养物质（有机物C、N、P）过量，使湖泊生产率越来越高的一种现象，是湖泊、水库中最基本的水质问题。,营养物质,浮游生物（藻类）大量繁殖,藻类死亡后被生物分解而大量耗氧,沉积湖底,湖库中营养物越来越多,分泌的藻毒素会影响水生生物和用水安全,结果：有机物生长繁茂，湖底堆积物越来越多，水深

25、越来越浅，使湖泊快速消亡。,第六节 饮用水水源污染及控制,淡水环境承载着巨量的人类生产生活所排放的污水，中国目前每年向水环境排放污水400亿吨，其中生活污水和工业废水各占50%。工业废水处理率为87%，生活污水处理率仅为20%-30%，大量人工合成化学物质进入水环境，超出了传统自来水工艺所能处理的范围，严重威胁着用水安全。,传统的自来水处理工艺流程：,取 水,混凝剂,混 凝,沉 淀,过 滤,消 毒,供水管网,氯 气,功 能：去除水中胶体、微粒、砂、病原菌微生物。,由于水中含有大量的有机物，导致在消毒过程中生成有可能导致“三致作用”的有机氯化物，威胁人体健康。,饮用水除污染技术的研究：,提高污水处理率；,保护饮用水水源；,研究、采用新的饮用水除污染技术：,美国：氯化消毒+活性炭吸附工艺,西欧：臭氧氧化+生物活性炭工艺,新的消毒工艺：二氧化氯、O3、氯胺、H2O2、高锰酸盐,水资源是人类生活和经济发展的重要资源之一，为了实现可持续发展，一方面要合理地开发、利用水资源，保护好水资源；另外一方面要积极研究开发经济、高效的水处理工艺，保证饮用水的安全。,