人类活动对水环境的影响

　　人类活动对水环境的影响_林学_农林牧渔_专业资料。人类活动对水环境的影响 一、从人类活动的影响来看，水文效应可分为以下 5 类： 1.从河流和地下含水层以及湖泊中直接提取用水，减少了河、湖、地下水的天然数量， 改变了水文情势。 2.工农业、 城市生活

　　人类活动对水环境的影响 一、从人类活动的影响来看，水文效应可分为以下 5 类： 1.从河流和地下含水层以及湖泊中直接提取用水，减少了河、湖、地下水的天然数量， 改变了水文情势。 2.工农业、 城市生活废水及各种有害物质 （包括各种重金属无机物和农药化肥等有机物） 的排放，污染、恶化了水质。 3.土地利用的变化，如森林的砍伐和营造、垦殖、草场放牧、沼泽疏干、农田灌溉等， 活动的范围或尺度很大，对河流和各种水体数量及时空分布的影响相当广泛。 4.水利工程措施，如兴建蓄水库、蓄洪区、防洪堤坝、建水闸和大型水电站、航道整治、 修建排灌站、河网化以及跨流域引水等，均可直接改变河湖水流、地下水水文情势及水量与 时空分布特征。 5.城市化和工业开发，包括城市的兴建、采矿、开辟工业区等，都可使不透水的地面扩 大，加大地表径流，加剧洪水威胁。地表下渗量减少，再大量开采地下水，造成地下水位大 幅度下降，改变了地下水的天然排泄通道和补给条件。城市附近天然河道的整治、渠化或裁 弯取直，可加速洪水的排泄，改变水流性质和水质，并影响河流的生态条件。 不同的人类活动，其水文效应的影响规模、变化过程、及变化性质上的可否逆转等均各 异。 例如跨流域引水、大型水库等水利工程措施，这类活动时间短、范围小，但可突然改变水循 环要素，而且一旦改变，将发生持久变化，长期而不可逆转的存在下去。而植树造林、城市 化等长期的人类活动，其水文效应是渐变的，且对水文要素的影响也是逐渐加重的。 总之，人类活动对水循环有很大的影响，而水循环的改变，又会引起自然环境的变化。 这种变化可能是朝着有利于人类的方向发展，也可以朝着不利的方向发展，弄清其机理，在 理论上和实践上，均具有重要的意义。 二、人类活动水文效应的研究方法 （一）水量平衡法 （二）对比分析法 （三）流域水文模拟法 三、水利工程、农业措施对水文要素的影响 跨流域调水的水文效应可分 3 个影响区来分析： 水量输出区 主要是由于水量减少， 从而于枯水季节在引水口以下会导致泥沙的沉积， 河道特性 改变，河水自净能力减低，河口海水入侵加剧等； 输水通过区的水文效应， 由输水环境效应、 渗水环境效应、 阻水环境效应和蓄水环境效应等一系列水文环境 效应引起的，调水后将抬高输水线两侧和蓄水体周围的地下水位，加重土壤盐碱化，并给水 质、湖泊水域环境和水生生物带来一定的影响； 水量输入区的水文效应 是由外水大量引入造成的，可能导致地下水位升高，水溶盐的积累，蒸发量增加， 土壤次生盐渍化和农田小气候的变化等。 （三）小型农田水利措施水文效应 主要包括：灌溉、排水措施、山区梯田谷坊措施、平原与区 的控制措施等 农田灌溉主要通过修建蓄水塘坝或提水工程、 输配水系统等措施， 改变天然河道的流量 过程及水量的空间分布。 一方面引取河水减少了上游河水来量；另一方面，抬高了地下水位，最终再回归下游河道。 由于大规模灌溉，不仅抬高潜水位，而且增大了土壤含水量，这就使潜水和土壤的蒸发 量增加，因而使得灌区上空往往温度低，湿度增加，为降水创造了有利条件。 地表或地下排水的效应，主要是加速地下水消退，降低地下水位，减少潜水蒸发，从而加大 地下水对河流的补给量， 使水流量增加。 同时， 排水能减少地面积水和蒸发， 改善汇流条件， 加速水流的汇集，从而增加河川径流量。 排水区在流域中所处位置不同，对洪峰流量的影响也不同，排水工程在流域上游，则加速洪 水的汇集，加大洪峰流量。使洪水过程线趋于尖瘦；处在流域下游将可能降低洪峰，拉平洪 水过程。 排水措施的影响程度主要取决于排水河系的密度和深度。 山区修筑水平梯田、谷坊、鱼鳞坑等，增加地表水的下渗，变地表水为潜流，因而延缓洪 水过程，同时也起着防止水土流失的作用。 三角洲平原感潮河网区地势低平， 为了防洪挡潮及降低地下水， 通常修筑圩堤并建立以骨干 河道和水闸泵站为主的联圩分片治理的大控制体系。 这样大面积圩区被圩堤水闸所包围， 内 外河关系受人工控制，虽然改善了圩区农业生产条件，但大控制缩小了河网的调蓄容积，增 大了外河洪潮威胁，而且内河被控制，水流不畅，往往使内河遭受污染，并日趋严重。 （一） 森林的拦洪作用 林地由于林冠、枯枝落叶层的截留和增大土壤渗蓄能力而起到拦洪作用 森林对地下水的影响，它与地质、地貌、地下水位等各因素有关 滥伐森林的后果 大面积毁林会使宝贵的水源变成水患。 森林的砍伐会使地下水位上升， 减少地下水的调节能 力，从而加剧了洪水灾害。森林砍伐前地下水有明显的季节变化，夏季由于植物根系大量吸 水，地下水有明显的下降，森林砍伐后季节变化趋势完全消失，终年保持较高的水位。 毁林的后果会引起严重的水土流失，并导致水旱灾害频繁发生。 森林通过调节径流、涵养水源、保持水土改良水质以改善人类的生态环境的显著作用，已越 来越引起人们的普遍重视， 森林水文效应的研究对开发营造森林， 对环境质量的控制与改善 均有重要的实际意义和理论意义。 五、城市水文效应 概念：指城市化所及地区内，水文过程的变化及其对城市环境的影响 （一）城市化对水文过程的影响 （二）城市水资源危机 （三）城市化对水质的影响 城市兴建和发展后，城市气候 和下垫面条件均发生明显的变化。 城市气候： 由于城市人口、 建筑及工业的高度密集， 城市气候的热岛效应、 凝结核效应 （烟、 尘增多） ，及高层建筑障碍效应的影响，城市地区雨岛效应也明显反映出来。通常城市的降 雨量较四周的郊区农村约增加 5-17％，汛期的雷暴雨量也增多 10-40％。 下垫面条件：大面积的天然植被和耕地为街道、工厂、住宅等建筑物代替，下垫面的滞水 性、渗透性、热力状况均发生明显的变化，城市降雨后，截留滇洼，下渗的损失量很小，加 之城市道路、边沟及下水道系统的完善，使城市集水区内天然调蓄能力减弱，汇水的水力效 率增大，径流系数也明显增大，城市地区的产汇流水文过程也发生了相应的变化。导致雨洪 径流、洪峰流量增大，峰值出现时间提前，行洪历时缩短，洪水总量变大，洪水过程线比相 邻农村明显变得峰高坡陡 （二）城市水资源危机 人口高度集中，工业迅速发展，城市需水量急剧增加，城市民用水的消耗定额平均为农村居 民的 5-8 倍，而且随着生活方式、卫生要求，经济条件的改变，居民需水量还要成倍增长， 城市新兴的工业对水质、水量要求更高更多，因此城市需水的增长比人口增长还要迅速。城 市化的迅猛发展带来了严重的城市水荒，即城市水资源危机。 （三）城市化对水质的影响 城市工业废水和生活污水向河流排放， 工业废气向大气排放形成酸雨下降， 使天然水体受到 污染，水质明显恶化。 人类活动对水体水质的影响 一） 、影响水体水质的物质来源 二)、天然水体水质恶化特点 三） 、水体的自净能力 四） 、水环境容量 一、影响水体水质的物质来源 1、大气降水 2、农田排水 3、城市生活污水 4、工业废水 5、工业废渣和城市垃圾淋溶水 按物质的属性来划分，一般可归纳为 3 大类；化学性污染物、物理性污染物和生物性污染 物。水体含有上述各种属性的物质，相应称为化学性污染、物理性污染和生物性污染。 二、天然水体水质恶化特点 （一）海洋水体水质恶化特点 1、污染源多而复杂 2、污染物持续性强，危害性大 3、污染范围大 （二）河流水体水质恶化特点 1、河流水质恶化程度随流量的大小而变化,河流的污径比的大小反映河流的水质恶化程度； 2、河流水质恶化影响范围广河水不断流动，搬运污染物质的能力强，故上游遭受污染，很 快就影响到下游； 3、河流水质恶化影响大； 4、河流自净能力强，水质恶化易于控制。 （三）湖泊（水库）水质恶化特点 1、湖泊、水库污染来源广、途径多，种类复杂 2、湖水稀释和搬运污染物质的能力弱 3、湖泊对污染物质的生物降解、累积和转化能力强 （四） 地下水水质恶化特点 1、地下水水质恶化过程缓慢 2、地下水的间接恶化方式 3、地下水污染物浓度高 4、地下水污染难治理 （二）水体的自净过程 广义 指受污染的水体，经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并恢复到 污染前的水平 狭义 指水体中的微生物氧化分解有机物而使得水体得以净化的过程。 1.水体自净过程的特征 1）进入水体中的污染物，在连续的自净过程中，总的趋势是浓度逐渐下降 2）大多数有毒污染物经各种物理、化学和生物作用，转变为低毒或无毒化合物 3）重金属一类污染物，从溶解状态被吸附或转变为不溶性化合物，沉淀后进入底泥 4）复杂的有机物，如碳水化合物，脂肪和蛋白质等，不论在溶解氧富裕或缺氧条件下，都 能被微生物利用和分解。先降解为较简单的有机物，再进一步分解为二氧化碳和水。 5）不稳定的污染物在自净的过程中转变为稳定的化合物。 如氨转变为 亚硝酸盐， 再氧化为 硝酸盐。 6）在自净过程的初期，水中溶解氧数量急剧下降，到达最低点后又缓 慢上升,逐渐恢复到 正常水平。 7）进入水体的大量污染物，如果是有毒的，则生物不能栖息，如不逃避就要死亡，水中生 物种类 和个体数量就要随之大量减少。 2.水体自净机制 物理作用 包括沉淀、稀释、混合等； 化学和物理化学作用 氧化还原、分解化合、吸附凝聚等； 生物和生物化学作用 各种作用相互影响，同时发生并行进行。一般地说，物理和生物化学作用在水体自净中 占有很重要的位置 1）物理净化作用 当可溶物或悬浮的固体微粒进入自然水体后， 在流动中得到混合扩散而稀释， 继而是吸 附、凝聚或生成不溶性物质而沉淀析出，使其浓度降低，这是水体的物理净化作用。 ①稀释与混合 稀释就是废（污）水中的高浓度污染物，由于清洁水的稀释作用，使其浓度降低。 用稀释比表示废水的稀释效果或稀释程度。 很明显， 河流水量越大， 其稀释比也越大， 废水能得到较为充分的稀释， 稀释效果也就越好。 ②沉淀 随着水流速度降低，水流挟带悬浮物质的能力也随之减弱，较大颗粒物首先沉降，较细颗粒 物也陆续下降进入底泥中。 由于沉淀作用，水质得到某种程度的改善，因为在沉淀过程中，不仅悬浮颗粒状污染物 进入底质中，而且这些颗粒物具有一定吸附能力，吸附了一定数量的可溶性污染物，使之随 颗粒污染物一起沉入底泥中。 沉淀过程是污染物颗粒在重力作用下的沉降过程。 单一颗粒的沉降速度与颗粒本身的大 小、形状、密度以及液体的密度和粘度有关。 ③吸附与凝聚 吸附作用是指水中的污染物被固体吸附，并随固相一起迁移或沉淀。 吸附作用是天然水体中普遍存在现象，由于它的存在，水与悬浮物之间发生物质交换。 吸附有多种形式，最重要而又普遍的有下述 3 种类型：第一种类型是物理吸附，是一种纯 粹的物理过程，所以又称为非极性吸附。第二种类型是交换吸附。第三种类型是化学吸附 2）化学净化作用 在水体中，污染物还可以由于分解、化合、氧化、还原、酸碱反应等使浓度降低或毒性 丧失的现象，称为化学净化作用。 ①分解与化合 酚、 氰是废水中常见的污染物， 除因挥发进入大气外， 还易在水中发生分解与化合反应。 酚在 pH 值较高时，与钠生成苯酚钠； 氰化物在酸性条件下，易分解而释放氢氰酸，经挥发而进入大气中。 重金属离子可与阳离子或阴离子团发生化合反应，生成难溶性重金属盐类而沉淀。 （2）氧化与还原 天然水是一个复杂的混合氧化还原系统，在这个系统中还可分为有机和无机两大系统. 无机的氧化还原系统是水中可溶性和难溶性矿物成分（元素）之间发生氧化还原反应。 当水中溶解氧丰富时，氧化还原值高，具有很高的氧化能力，使二价铁、锰分别氧化为三价 铁和四价锰成为难溶化合物而沉淀， 不利于他们的迁移。 而钒、 铬和硫等分别氧化成五价钒、 六价铬和六价硫等易于迁移的可溶性盐类。 当水中溶解氧较低或缺氧时，氧化还原值也低，此时，铁、锰被还原为易于迁移的形态，而 使钒、铜等还原（V5+→V3+，Cu2+→Cu+） ，形成不溶性化合物不利于迁移，或形成难溶性 金属硫化物而沉淀，阻止这些元素的迁移。 （3）酸碱反应 天然水体的 pH 值一般维持在 6.5-8.5 之间，但在受酸或碱的污染时，pH 值有可能低于 6.5 或高于 8.5。污染物在水中的自净过程，无论是物理、化学或生物的，均受 pH 值的影响。 水体 pH 值过高或过低，就会破坏胶体的稳定，从而使胶体的吸附性能大受损害。 在水体自净过程中起主要作用的生物或生化作用，更受 pH 值的制约，因为一切微生物都只 能在一定 pH 值环境中生存，过酸或过碱对生物、生化过程都是不利的。 因此，水中酸、碱条件的变化，在很大程度上决定着水中污染物的迁移或净化。 3）生物净化过程 水中微型生物参与水中各种各样的生物化学作用，其中最具有代表性的是有机物的生物化 学分解，即常说的生化需氧量（BOD）变化。 悬浮和溶解性的有机物，在溶解氧充足时，被好气性微生物氧化分解为简单的、稳定的 无机物，如二氧化碳、水、氨和磷酸盐等，并把氨转化为硝酸盐，使水体净化。在这一过程 中，要消耗一定量的溶解氧，用 BOD 以表示在这一过程中消耗的氧量，氧消耗的愈多，说 明水中有机物愈多，因而 BOD 可以表示水中有机物的多寡。 ①生物分解作用 水中微型生物参与水中各种各样的生物化学作用，其中最具有代表性的是有机物的生 物化学分解，即常说的生化需氧量（BOD）变化。 悬浮和溶解性的有机物，在溶解氧充足时，被好气性微生物氧化分解为简单的、稳定的 无机物，如二氧化碳、水、氨和磷酸盐等，并把氨转化为硝酸盐，使水体净化。在这一过程 中，要消耗一定量的溶解氧，用 BOD 以表示在这一过程中消耗的氧量，氧消耗的愈多，说 明水中有机物愈多，因而 BOD 可以表示水中有机物的多寡。 ②生物转化作用 水中某些有毒污染物在生物作用下，可转变为无毒或低毒的化合物。 如水中的极毛杆菌、类极毛杆菌等，不仅有很高的耐汞能力，而且能将二价汞（Hg2+）还 原成元素汞（Hg0） ，元素汞易挥发，促进水中汞的净化； 氨对水生生物有毒害作用， 但在水中硝化细菌作用下， 能被氧化为无毒的亚硝酸盐和硝酸盐。 ③生物富集作用 许多水生生物能从水中吸收污染物，贮藏于体内，使水中污染物浓度降低，从而使水体 得以净化。 利用水生高等植物净化废水是有发展前途的一项措施。 需要妥善解决的问题是如何收获 这些植物， 以及如何回收进入植物体的重金属， 以免使重金属在这些植物残体腐烂中重返水 体，造成水体二次污染。 生物对水中污染物的富集效能常用富集系数表示 1.水环境容量的概念 水环境容量是一定水体在规定水质目标下所能容纳污染物的量 1）水体特征与水环境容量 水体特征包含一系列自然参数如：水系与流域参数（形状、大小） 、水情参数（流速、 流量、水温、水化学、泥沙） 、水体的自净参数（物理、化学及生物自净）等。显然， 这些自然参数决定着水体对污染物的扩散稀释能力和自净能力， 从而决定水环境容量的 大小。水环境容量是自然规律参数的函数。 2）污染物特性和水环境容量 水体对污染物的自净能力，反映出污染物特性是内因，水体自然条件是外因。因不 同污染物对水生生物的毒性作用及人体健康的影响的程度不同， 允许存在于水体中的污 染物量也不同。因此，针对不同污染物有不同的水环境容量。 3）水质目标与水环境容量 水体对污染物的纳污能力，是相对于水体满足一定的用途和功能而言的。水的用途不同，允 许存在于水体的污染物量也不同。 另外， 根据我国国情， 各地自然条件和经济技术条件差异很大， 因此，允许地方从实际出发，建立自己实际可行的水质目标，从而决定了水环境容量的地域差异 性。水质标准的建立与水质目标的确定均带有鲜明的社会性。因此，水环境容量又是社会效益参 数的函数。 2.水环境容量类型 1）理想环境容量（绝对环境容量） 指以水域的环境标准减去污染物原始本底值或以水域的背景值推算其纳污能力， 用以反映未 受人类活动影响水域的自然纳污能力，它是一个理想值。或者用以表示最清洁状态下，水域对污 染物的容纳能力，这种水环境容量是水城环境容量的最大值，也叫自然水环境容量。自然环境容 量反映水体和污染物的客观性质， 即反映水体和污染物的客观性质， 即反映水体以不造成对水生 生态和人体健康不良影响为前提的污染物容纳能力， 它与人们的意志无关， 不受人为社会因素影 响，反映着水环境容量的客观性 2）面源污染现状水环境容量 是根据水域的现状，估计其达到水环境标准时，所能容纳的污染的最大数量。它可以表示面 源污染的最大水环境容量。 3）点源污染现状水环境容量 是根据污染源分布的现状，而实际上还能利用的最大水环境容量。可按污染源分布特征，通 过现状模拟来计算水环境容量值。 4）可优化利用的水环境容量 即通过水质规划，优化决策，对整个水域的点污染源进行合理安排，所能利用的水环境容 量。在优化决策计算中，由于增加了费用函数，增加了经济技术约束，考虑了社会条件的约束， 因而更符合实际，更具有应用意义。 5）管理水环境容量 以污染物在水体中的标准值为水质目标，则水体的允许纳污量称为管理水环境容量。 管理水环境容量反映以满足人为规定的水质标准为约束条件， 它不仅与自然属性有关， 而且与 技术上能达到的治理水平及经济上能承受的支付能力有关。 管理水环境容量是水环境的自然规律 参数与社会效益参数的多变量函数。 一般情况下，水环境容量的排列顺序是： 理想水环境容量＞面源污染现状水环境容量＞可优化利用的水环境容量＞环境污染现状 可利用的水环境容量。