chap03 人类与水圈

1、授课人：田雅楠1地球水资源2中国水资源3水利工程的环境效应4水体污染CONTENTS5主要污染物在水环境中的迁移转化0101PART ONE地球水资源地球水资源一、地球水资源与水循环二、人类对淡水资源的需求三、全球淡水供给前景一、地球水资源与水循环全球每年水分的总蒸发量与总降水量相等全球海洋的总蒸发量比降水量大，其差值以水蒸气的形式转向陆地陆地上的降水量比蒸发量多，一部分渗入地下补给地下水，部分存在于地表水，部分被植物吸收，其余回归海洋二、人类对淡水资源的需求生活用水工业用水农业用水二、人类对淡水资源的需求全球淡水资源利用状况三、全球淡水供给前景全球富水国与贫水国比较三、全球淡水供给前景由于全

2、球水资源及人口的分布不均，许多国家属于贫水国，面临着供水短缺的问题应对措施 采取原有措施 开发新措施 加强水源地保护 划定水资源功能区 实施社会监督开源保水节流改革耕作制度，减少灌溉用水调整产业结构，发展节水产业减少工业用水量工、生分开再生水环境经济手段 人口和经济增长，水人口和经济增长，水质恶化、水资源紧缺矛盾质恶化、水资源紧缺矛盾日益尖锐。近年来，世界日益尖锐。近年来，世界每每15年淡水消耗量增长一年淡水消耗量增长一倍，当前全球约有占陆地倍，当前全球约有占陆地面积面积63的的43个国家地区个国家地区20亿人口亿人口面临缺水。面临缺水。 淡水资源污染使水资源短缺愈演愈烈。淡水资源污染使水资源

3、短缺愈演愈烈。u 据联合国统计，世界河流稳定流量约据联合国统计，世界河流稳定流量约40已受污染。已受污染。 u 固体废物与危险废物堆放场、地下排污管道泄漏、固体废物与危险废物堆放场、地下排污管道泄漏、地下油库、农业径流、各类矿场、工业和生活废水，都地下油库、农业径流、各类矿场、工业和生活废水，都可造成地下水污染。可造成地下水污染。淡水资源匮乏咸海的历史变迁及其环境影响咸海的历史变迁及其环境影响 咸海曾是世界第四大湖，面积66 000km2, 水量1000km3, 目前却面临极严重环境灾害。 20世纪60年代，原苏联规划者将中亚指定为棉花供应地后， 90的水用于农业灌溉，咸海面积缩减一半，储水量

4、减少3/4，水中矿物质增长4倍，大部分海洋鱼类和野生生物不能生存。过去15年肝病者、尤其是癌症患者增长30倍。 为此，五个中亚国家建立了水资源委员会、咸海国际基金和咸海问题委员会。现在水资源减退速度稳定在110120km3/a，但环境退化仍在继续。案例案例研究研究咸咸海面积变化海面积变化 （UNEP, Topham；引自：全球环境展望；引自：全球环境展望3，2002）0202PART TOW中国水资源中国水资源一、中国水资源的时空分布状况二、淡水资源供需矛盾突出三、中国淡水供给前景一、中国水资源的时空分布状况长江 我国第一大河、世界第三大河。流域面积180万平方公里，平均每年入海总径流量979

5、3.5亿立方米。黄河 是我国第二大河，也是世界上著名的大河之一黑龙江 中国最北部河流珠江 中国南方最大河流塔里木河 中国最长内陆河，“生命之河”二、淡水资源供需矛盾突出人均水资源拥有量很低水资源分布不对应与国土分布水资源时空分布极不均衡水资源利用效率很低功能性缺水矛盾凸显三、中国淡水供给前景加快南水北调工程进度全面建设节水型社会加快淡水资源管理体制的改革加快淡水资源管理机制的创新 东线工程：利用江苏省已有的江水北调工程，逐步扩大调水规模并延长输水线路。东线工程从长江下游扬州抽引长江水，利用京杭大运河及与其平行的河道逐级提水北送，并连接起调蓄作用的洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖。出东平湖后分两路

6、输水：一路向北，在位山附近经隧洞穿过黄河；另一路向东，通过胶东地区输水干线经济南输水到烟台、威海。 东线工程开工最早，并且有现成输水道。 中线工程：从加坝扩容后的汉江丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿唐白河流域西侧过长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口后，经黄淮海平原西部边缘，在郑州以西孤柏嘴处穿过黄河，继续沿京广铁路西侧北上，可基本自流到北京、天津。 西线工程：在长江上游通天河、支流雅砻江和大渡河上游筑坝建库，开凿穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山的输水隧洞，调长江水入黄河上游。西线工程的供水目标主要是解决涉及青、甘、宁、内蒙古、陕、晋等6省（自治区）黄河上中游地区和渭河关中平原的缺水问题。结合兴建黄

7、河干流上的骨干水利枢纽工程，还可以向邻近黄河流域的甘肃河西走廊地区供水，必要时也可及时向黄河下游补水。 南水北调总体规划推荐东线、中线和西线三条调水线路。通过三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大江河的联系，构成以“四横三纵”为主体的总体布局，以利于实现我国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局流域流域环境管理环境管理1 1 概述概述2 2 流域环境管理的内涵流域环境管理的内涵3 3 流域环境管理基本原理与方法流域环境管理基本原理与方法 4 4 流域环境管理体制建设流域环境管理体制建设 5 5 流域环境管理的发展趋势流域环境管理的发展趋势 6 6 案例研究案例研究1 1 概述概述基本基本概念

8、概念e流域流域：地表及地下水分水线所形成集水区域的统称地表及地下水分水线所形成集水区域的统称 e流域环境流域环境流域流域环境示意图环境示意图 流域流域功能功能 流域功能流域功能生态功能生态功能水文功能水文功能汇流功能汇流功能蓄水功能蓄水功能调节功能调节功能化学迁移功能化学迁移功能栖息地功能栖息地功能流域流域的特点的特点 P系统性系统性 P 动态性动态性 P 周期性周期性 P不平衡性不平衡性 P 层次性层次性 P开放性开放性 P人为干预性人为干预性 流域流域环境问题环境问题+水土流失加剧水土流失加剧( (表表1 1） +水污染日趋严重水污染日趋严重 （表表2 2）+断流问题断流问题 （表表3 3

9、）+河流泥沙淤积河流泥沙淤积 +生态环境恶化生态环境恶化 +面临巨大的人口压力面临巨大的人口压力（表表4 4） 表表1 1 长江流域水土流失面积与侵蚀量长江流域水土流失面积与侵蚀量水土流水土流失强度失强度土壤侵土壤侵蚀模数蚀模数t/ t/（kmkm2 2 a) a)水土流失面积水土流失面积年土壤侵蚀量年土壤侵蚀量万万kmkm2 2亿亿t t轻度轻度500-2500500-250021.0321.0337.437.42.472.4711.011.0中度中度2500-2500-5000500018.9618.9633.833.86.586.5829.429.4强度强度5000-5000-80008

10、00010.2710.2718.318.36.526.5221.921.9极强度极强度8000-8000084.087.27.24.174.1718.618.6剧烈剧861.863.33.32.652.6511.811.8合计合计3980398056.2056.20100.0100.022.3922.39100.0100.0表表2 2 19971997年及年及19981998年中国流域水质状况（据国家环境公报数据）年中国流域水质状况（据国家环境公报数据）流域流域主要水质类型主要水质类型19971997该水质类别该水质类别占全流域比例占全流域比

11、例（）（）19981998年该水质类年该水质类别占全流域比例别占全流域比例（）（）主要污染因主要污染因子子长江流域长江流域类或优于类或优于类类67.767.77575挥发酚、挥发酚、CODCOD黄河流域黄河流域类类66.766.77474氨氮、氨氮、CODCOD、挥发酚挥发酚珠江流域珠江流域类或优于类或优于类类52527272氨氮、总汞、氨氮、总汞、CODCOD淮河流域淮河流域一级支流劣于一级支流劣于类类5252干流劣于干流劣于类类4848非离子氨、非离子氨、CODCOD二三级支流劣于二三级支流劣于类类7171海河流域海河流域类、劣于类、劣于类类50506262氨氮、氨氮、CODCOD辽河流域

12、辽河流域劣于劣于类类505061.461.4氨氮、总汞、氨氮、总汞、CODCOD、挥发酚挥发酚松花江流松花江流域域类类70.670.66767挥发酚、挥发酚、CODCOD表表3 3 黄河利津断流情况统计黄河利津断流情况统计 年份年份断流时间断流时间断流天断流天数数（d d）年份年份断流时间断流时间断流天断流天数数（d d）最初最初最终最终最初最初最终最终197219724.234.236.296.2919191987198710.110.110.1710.171717197419745.145.147.117.112020198819886.276.277.17.15 5197519755.3

13、15.316.276.271313198919894.44.47.147.142424197619765.185.185.255.258 8199119915.155.156.16.11616197819786.36.36.276.275 5199219923.163.168.18.18383197919795.275.277.97.92121199319932.132.1310.1210.126060198019805.145.148.248.248 8199419944.34.310.1610.167474198119815.175.176.296.293636199519953.43.4

14、7.237.23122122198219826.86.86.176.171010199619962.142.1412.1812.18136136198319836.266.266.306.305 5199719972.72.712.2312.23226226表表4 4 我国人均资源与世界平均比较我国人均资源与世界平均比较 资源资源项目项目土地土地（亩）（亩）耕地耕地（亩）（亩）森林森林（亩）（亩）草场草场（亩）（亩）地表地表径流径流（m m3 3）木材木材（m m3 3）中国中国世界世界平均平均14.414.449491.51.55.55.51.81.89.89.85.35.311.411.4

15、2700270011000110000.050.050.670.672 2 流域环境管理的内涵流域环境管理的内涵流域流域环境管理的意义环境管理的意义I 政府部门决策的依据政府部门决策的依据 I 为管理者合理有效的实施调控为管理者合理有效的实施调控 I 可以为有效监督提供了保障可以为有效监督提供了保障流域流域环境管理的目标与原则环境管理的目标与原则（1 1） 管理目标管理目标& 合理开发利用有限资源和防治洪涝等灾害合理开发利用有限资源和防治洪涝等灾害& 协调流域社会经济发展与资源开发利用关系协调流域社会经济发展与资源开发利用关系 & 监督、限制资源不合理开发利用及污染行为

16、监督、限制资源不合理开发利用及污染行为 & 统筹规划，合理分配流域内有限资源统筹规划，合理分配流域内有限资源 流域流域环境管理的目标与原则环境管理的目标与原则% 公平合理利用水资源公平合理利用水资源 % 经济、人口、资源和环境可持续发展经济、人口、资源和环境可持续发展% 保护水资源及其生态环境系统保护水资源及其生态环境系统 % 保证基本生态环境需水保证基本生态环境需水 % 流域整体综合规划、开发与保护流域整体综合规划、开发与保护 % 以供定需以供定需 （2 2） 管理原则管理原则流域流域环境管理的内容与特点环境管理的内容与特点 （1 1） 流域环境管理的内容流域环境管理的内容 &

17、; 制定流域水资源管理政策制定流域水资源管理政策 & 制定流域水资源综合规划制定流域水资源综合规划并逐步实施并逐步实施& 水量分配与调度水量分配与调度 & 水污染控制措施水污染控制措施 & 防汛与抗洪防汛与抗洪 & 河流水情、水质预报河流水情、水质预报 流域流域环境管理的内容与特点环境管理的内容与特点（2 2） 流域环境管理的特点流域环境管理的特点 ? 整体性和关联性整体性和关联性 ? 区段性和差异性区段性和差异性 ? 层次性和网络性层次性和网络性 ? 开放性和耗散性开放性和耗散性 3 3 流域环境管理基本原理与方法流域环境管理基本原理与方法 基本原理基

18、本原理 极限性原理极限性原理水环境容量水环境容量区域性原理区域性原理水环境功能区划水环境功能区划水资源承载力水资源承载力管理管理方法方法（1 1） 基本方法基本方法 规划方法规划方法 控制方法控制方法 （2 2） 基本分类基本分类 按其环境管理范围分按其环境管理范围分 按环境管理性质分按环境管理性质分 按环境管理活动程序分按环境管理活动程序分 4 4 流域环境管理体制建设流域环境管理体制建设 流域流域环境管理与协调环境管理与协调 国际流域环境管理经验国际流域环境管理经验 4 注重实行流域水资源统一管理注重实行流域水资源统一管理 4 流域管理中各国都重视经济手段的运用流域管理中各国都重视经济手段

19、的运用 4 建立民主协商制度是流域水资源管理重要原则建立民主协商制度是流域水资源管理重要原则 4 注重依法治水注重依法治水水资源水资源开发与保护开发与保护 为协调保障流域各地区适当用水利益，在流为协调保障流域各地区适当用水利益，在流域地区间有必要明确水资源管理职责。域地区间有必要明确水资源管理职责。职责划分标准的确定：职责划分标准的确定：.流域协调管理委员规定各地可用水量、出境流域协调管理委员规定各地可用水量、出境水量与水质水量与水质.地方政府间签订水协定，由流域管理机构监地方政府间签订水协定，由流域管理机构监督执行情况。督执行情况。流域流域环境保护补偿机制环境保护补偿机制_流域内水污染补偿流

20、域内水污染补偿 核心：水资源污染补偿费的征收和管理核心：水资源污染补偿费的征收和管理_流域水资源利用补偿流域水资源利用补偿 浙江金华签订有偿转让用水权协议浙江金华签订有偿转让用水权协议_生态环境补偿机制生态环境补偿机制 专指对生态功能或价值的补偿专指对生态功能或价值的补偿 流域流域水事纠纷裁决制度水事纠纷裁决制度*流域水量不足、水质恶化造成地区间水矛盾流域水量不足、水质恶化造成地区间水矛盾*流域管理机构拥有流域管理机构拥有“负责省际水事纠纷调处负责省际水事纠纷调处” 职责职责*建议建立流域水事裁决制度与程序建议建立流域水事裁决制度与程序5 5 流域环境管理的发展趋势流域环境管理的发展趋势 生态

21、环境生态环境需水需水 传统的水资源分配传统的水资源分配方案的不足方案的不足首先满足生态环境首先满足生态环境需水的新思维模式需水的新思维模式跨跨流域管理流域管理国外：美国、俄罗斯和印度等国外：美国、俄罗斯和印度等我国：南水北调我国：南水北调一一. . 国内外现状国内外现状二二. . 面临的主要问题面临的主要问题 调出区与调入区的水资源管理调出区与调入区的水资源管理 经济用水与生态用水的矛盾经济用水与生态用水的矛盾 调水与节水的矛盾调水与节水的矛盾 需水与供水的矛盾需水与供水的矛盾 6 6 案例研究案例研究 官厅水库流域水资源利用与冲突官厅水库流域水资源利用与冲突 1. 1. 概况概况（图图- -

22、2 2）h 承担供给北京承担供给北京1/41/4人口的生活饮用水、部分人口的生活饮用水、部分工农业用水任务工农业用水任务h 近近3030年流域水质逐渐恶化，现已严重污染年流域水质逐渐恶化，现已严重污染 2. 2. 官厅流域水冲突背景官厅流域水冲突背景 上游经济目标和下游水量水质目标间的冲突上游经济目标和下游水量水质目标间的冲突 图图2 2 官厅水库流域图官厅水库流域图 官厅官厅流域水冲突分析流域水冲突分析 （1 1） 冲突对象冲突对象上游：河北张家口上游：河北张家口 北京延庆县北京延庆县 下游：北京市下游：北京市 中央政府中央政府（2 2） 冲突对象可选策略冲突对象可选策略 张家口张家口部分削

23、减部分削减 完全削减完全削减北京市北京市负担部分费用负担部分费用污染者付费污染者付费中央政府中央政府资金支持资金支持（3 3） 冲突对象的选择偏好冲突对象的选择偏好 中央政府中央政府: :上下游合作治污、给予支持最小达上下游合作治污、给予支持最小达整体最优整体最优（4 4） 结论结论 上下合作管理，实现双赢上下合作管理，实现双赢 信息组织和结构化，支持决策信息组织和结构化，支持决策 张家口张家口: :污染物削减得到中央和北京最大援助污染物削减得到中央和北京最大援助 北京市北京市: :由张家口市或中央政府承担所有费用由张家口市或中央政府承担所有费用官厅官厅水资源冲突协调水资源冲突协调 （1 1）

24、冲突协调思路）冲突协调思路（2 2）协调模型）协调模型 （图图3 3）（3 3）情景方案设置）情景方案设置 （表表5 5）（4 4）冲突协调剖析）冲突协调剖析 图图3 3 跨边界区域水资源冲突与协调模型研究框图跨边界区域水资源冲突与协调模型研究框图冲突主体行为预测（非合作、合作）节点水量、可供水量预测水资源系统分解（确定冲突主体）宏观经济预测水量优化子模型水文、经济、环境、机构不同情景下水量优化结果水质优化子模型（最小的治理费用）断面控制指标合作博奕解协调级模型，比较效益费用大小断面水质目标水环境容量模型水污染治理费用预测废水、污染物产生量预测需水预测水量水质协调结果减少可供地表水 dNY：单

25、位地表水经济效益减少值；d：单位地表水治理费用减少值表表5 5 不同情景方案下预测参数不同情景方案下预测参数 项目项目延续发展方案延续发展方案协调发展方案协调发展方案生活用水生活用水城市城市214214升升/ /（人（人 日），日），农村农村192192升升/ /（人（人 日）日）城市城市214214升升/ /（人（人 日），日），农村农村192192升升/ /（人（人 日）日）农业用水农业用水灌溉面积增长灌溉面积增长4040khmkhm2 2/a/a，灌溉定额减少灌溉定额减少10%10%灌溉面积增长灌溉面积增长2020khmkhm2 2/a/a，灌溉定额减少灌溉定额减少20%20%工业用水工

26、业用水工业年增长率为工业年增长率为8.96%8.96%，用水定额为用水定额为124124m m3 3/10/104 4元元工业年增长率为工业年增长率为6.96%6.96%，用水定额为用水定额为104104m m3 3/10/104 4元元生态用水生态用水最小生态流量为最小生态流量为20%20%天然径天然径流量，水土保持用水流量，水土保持用水3030mmmm最小生态流量为最小生态流量为20%20%天然径流天然径流量，水土保持用水量，水土保持用水3030mmmm水污染排水污染排放放废水、废水、CODCODMnMn和和N-NHN-NH4 4的的年增长率为年增长率为7.0%7.0%废水、废水、CODC

27、ODMnMn和和N-NHN-NH4 4的的年增长率为年增长率为3.5%3.5%0303PART THREE水利工程的环境效应水利工程的环境效应一、地下水过度开采二、河道整治三、湖泊的湮灭一、地下水过度开采大量开采利用地下水 导致的结果最显而易见的是地下水位大幅度下降甚至导致地下含水层枯竭 间接影响是地下水位下降引起的地面沉降， 地表渠道和地下管线损坏 道路与建筑物破坏等。二、河道整治河流渠道化： 所谓渠道化是指为了防洪或其他目的将小河流整段或河流某段裁弯取直、挖宽挖深的人工化过程。 河流渠道化虽有利于排水防洪，但它改变了河流原有的物理性状，改变了整个水生生态系统乃以生存的环境，将给水生生态系统

28、带来灾难性的影响三、湖泊的湮灭 引起的后果有湖泊泯灭、河流断流等。因为人类活动大大加速了湖泊等水体的衰亡。这些人类活动包括：土壤侵蚀引起入湖泥沙大增，大量引水和河流改向是入湖水量大量减少，湖泊富营养化使藻类和水草丛生，围湖造田。问题与讨论问题与讨论南水北调工程的环境问题与管理对策0404PART FOUR水体污染水体污染一、水体的概念二、天然水体的组成三、天然水体的自净化四、水体污染五、水体污染物对人类健康的危害一、水体的概念是指海洋、河流、湖泊、沼泽、水库、冰川、地下水等地标与地下贮水体的总称包括水和水中各种物质、水生生物及底质二、天然水体的组成三、天然水体的自净化物理净化化学净化生物净化四、水体污染定义：排入水体的污染物超过水体的环境容量，导致水体物理、化学和生物特征发生不良变化，破坏水中固有生态系统和水体的功能。 水环境的污染问题包括地表淡水污染、地下水污染以及海洋污染。 人类向地表水体大量排放各种人类向地表