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地球上的水源水环境(一)

作者:欧保环境发表时间:2023-04-29浏览量:1546

全国年降水总量为61879亿立方米,多年平均地表水资源(即河川径流量)为127115亿立方米,平均地下水资源量为8288亿立方米,只单独考虑水资源量的多少并没有什么意义,必须与水资源的质量结合起来,才具有其社会价值。



一、概述

(一)水的起源

水是地球上分布最广泛的一种物质,它存在于大气和地壳中,并为动植物生命体的重要组成部分。可是地球刚刚诞生时,地球上没有河流,也没有海洋,更没有生命,地球表面是干燥的,大气层中也很少有水分。组成原始地球的固体尘埃,实际上就是衰老了的星球爆炸而成的大量碎屑,这些碎屑多是些无机盐类的东西,其晶格内部往往隐藏着许多水分子,即所谓结晶水合物,如CaS04.2H20、CaCl2.6H2O等这些结晶水在高温之下,离析出来变成水蒸汽。地球上的水在开始形成时,不论湖泊或海洋,其水量不会很多,随着地球由都产生的水蒸汽不断送入大气层,地面水量也不断增多,经历几十亿年地球演变 过程,终于最后形成现代的江河湖海。

(二)自然界的水

地球上的水在太阳热力作用下,形成巨大的循环系统。按其存在的部位可分为大气水、地表水及地下水三种类型。

(三)地球水的分布

地球表面约有 70%以上被水所覆盖,所以地球素有“水的行星”之称。总水量约为 13.68 亿km3 ,其中海水占 96.5%,淡水为 0.35 亿km3 ,占总水量 2.53%。


清洁小流域 


由于开发困难或技术经济的限制,到目前为止,海水、深层地下淡水、冰雪固态淡水、盐湖水等很少被直接利用。比较容易开发利用的、对人类生活和生产关系密切的淡水储量为 400 多万km3 ,仅占淡水的 11%,总水量的 0.3%。


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全世界径流总量为 47000km3 ,其中 2500km3 为南极和格陵兰冰雪融水,河川径流量为 44500km3 ,除部分在内陆区消耗于蒸发外,约 95%排入海洋。河川径流是人类用水的基本来源,它是地球上水分循环中较活跃的部分,世界河床蓄水量大约 16 天就可更换一次,因此它有很强的净化能力。

 

中国河川径流深为 27l毫米,径流总量为 2600km3 ,占全世界径流的 5.5%,占亚洲径流总量的 19.3%,相当于欧洲径流总量 81%,居世界第三位,若按每人平均径流量计算则为 2600 立方米/年,是世界平均值的五分之一。

 

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三、水源的类型、特征及利用

自然界各类水体之

间有一定的水质联系,又有各自特色,这对拟订水质保护,防止污染,控制、改造和利用水资源的规划和措施有密切关系。

 (一)大气降水水质特征

首先是大气降水中的组成物质来自大气层。地方性降水对揭露大气污染状况很有帮助。其次是大气降水中物质含量在天然条件下一般不大,近海和干燥地区相对较多,随着水汽输送距离增加而不断减少。近海沿岸降水中C1— 离子含量占绝对优势,内陆干燥的盐土地区也会含有很多的C1— 和SO4 — 离子,工业区或大城市周围地区降水中SO4 — 离子有增高趋势,在一般情况大气降水中仍然以HCO3 — 离子含量占优势。1.降水的特征:降水是大气中水蒸气遇冷凝结而成的。我国年降雨量为6亿m 3 只相当于全球陆地降水5%,且降水量的分布受季节、地域影响很大。我国东南 沿海地区和岛屿降水量都在 1000mm以上,中原地区多在 700mm,而西北内陆干旱地区则只有 300mm或更低,降水主要来自冬季降雪。

雨雪在降落的过程中与大气接触,气态污染物被吸收,固体污染物有的被溶解,有的被夹带而下。降水水质特点是矿化度低、水质软、一般含杂质和细菌较少,是属于比较清洁的。降水的水质主要受大气污染的影响,大气中的灰尘、煤烟、有害气体、有害金属、有机物、放射性物质及微生物等可溶解或混悬其中,使水质变坏。一般在城市降水的水质较差,而乡村、山区和森林地带海面降水的水质污染较轻。战争地区水污染严重,甚至可含有毒物。通常开始降落的雨雪水污染较严重,连续降雨雪一阶段后水质污染较轻。  

雨雪水中矿物质很少,可含有少量硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氯化物、钙盐等。一般每升只有几毫克,多至 30-50mg/L。内陆地区雨雪水中钙离子、重碳酸盐和硫酸盐较高,沿海地区则氯化物较高。空气清洁的山区,乡村的雨雪水,每ml只几个细菌,而城市雨雪水每ml细菌可达数百至上千个。雨雪水 pH 值偏低,多在 5.0-7.0 之间,当受到污染时,pH 值低到 5 以下即成为酸雨。  

 2.降水的利用  

雨雪水因水量不恒定,且缺乏矿物质不宜于长期饮用,水质软易腐蚀金属,故一般不用作水源。但在缺水或水质不良地区如海岛、高原、山区、西北、华北黄土高原和西北苦咸水地区,利用雨雪水作水源则较常见。  

(1)雨水的收集和利用:收集小量雨水可利用营房屋顶,将雨水用屋檐集水管收集,进入地面贮水池。但应注意雨前应将屋顶打扫干净,弃去开始下雨一段时间的雨水。贮水池应有盖,边沿高出地面防止地面水污染,可在贮水池旁筑一砂滤桶或池,雨水经过滤可改善水质,亦可挖水窖收集雨水。野战条件下,可利用帆布、雨布、塑料布、水桶收集雨水。如人数多或作小型集中式给水水源,则需要有较大的收集雨水场地,并构筑大的贮水池或修建水库。不论何种收集方式都应注意,收集雨水的容器、贮水池、场地均需保持清洁,远离污染源。贮水池应密封用唧筒或水泵取水。进入贮水池雨水可先经沙滤池作初步处理。雨水混浊时还应作净化处理,饮用时必需经过消毒。  

(2)冰雪水的收集与利用:在高寒而缺水地区或在战时,雪是最易取得的水源。雪水的水质,根据收集的场所的清洁情况而定。远离人群居住地区如高山、森林地区的雪比较清洁。新下的雪比积雪污染少,收集雪的场所应远离道路、居民区和驻扎地。战时当敌人可能使用核化生武器时,禁止采雪。取雪时应括去几厘米的表层雪,取中层的雪。取雪的运输工具、盛放容器最好专用并防止污染。收集的雪可盛于容器内加热或加热水使之溶化,雪水饮用前必须经过煮沸或消毒。通常一个体积松疏的雪可得 1/10 的水,而压实的雪可得 2/10 的水。冰的采用卫生要求与雪相同,但冰常比雪污染严重因冰多为地面水,一个体积的冰溶化后约可得 6/10 的水。长期饮用雨雪水,应该加以矿化。

(二)地面水(surface water)  

地面水主要由地面水流所形成,只有小部分是由地下水流形成的,包括海水、江河、湖、塘、溪流、水库等。地面水容易受到污染。其水质、水量受季节影响较大。我国调查饮用地面水人数为总人数的 27.61%。南北差异较大,东北地区居民饮用地面水者仅占 0.8%,而华南地区则为 45.0%。我君调查营区自备水厂采用地面水为水源的只占 11.5%。南方占 21.9%,北方占 2.4%。我国许多地区由于过量开采地下水,致地下水量剧减,水质变坏,今后地方将会更多的采用地面水作水源。  

1.地面水的类型和特征  

(1)江河水:江河水的主要来源是降水,降水流经地面时,冲刷并携带地面泥沙及污染物流入江河,夏日山洪夹带大量泥沙进入江河,故江河水浑浊度较高,细菌也多。同时,因来源是降水,因此水质一般硬度不高,矿物质亦不太高。江河水流速快,稀释能力强,含溶解氧高,自然净化的能力也较强。除大的江河外,一般江河均按季节涨落,有的江河旱季基本无水。每年丰水期,大量降水进入江河,浑浊度与细菌含量更增高。但因水量大,盐类含量和硬度则下降。枯水期水量少,流速减慢,盐类和硬度升高。江河水流量大,水质较软,取用亦方便,故多选作集中式给水水源。但因江河水易受到污染,通常应经净化和消毒处理才能饮用。  

(2)湖水、水库水:湖水、水库水来源于江河水、溶化的冰雪水、降水或地下水补给。湖水、水库水流速慢,悬浮物易于沉淀,浑浊度和细菌较江河水低,一般水质较软,pH 值低,盐类浓度不大,根据其水的来源而定,但易滋生水生物,尤其是藻类大量繁殖时,可给水带来色度与臭味,增加处理困难。湖和水库较深时,夏日表层水被加热,藻类易生长,由于藻类光合作用和与空气接触,表层水含有溶解氧相对较高,而底层水温度较低以及细菌对有机物的生物降解作用而变成缺氧。在秋季或春季当表层水和底层水温度一致时,可使上下层水产生混合作用,而致水质发生变化。湖和水库亦应防止受到污染,在筑坝栏蓄水以前,必须

认真做好库底的卫生清理工作。湖水和水库亦可作为饮用水水源。但小湖或小蓄水库由于自净能力差,易污染,一般不宜选作水源。  

(3)塘水:多为人工挖掘的水塘,无河流补给,主要靠降水作为来源。由于水量少,易受污染,自净能力差,亦易滋生藻类。一般不宜作为水源,只有在缺水或地下水水质不良地区可作为分散式给水水源。

(4)海水:海洋是地球上最大的水源。海水占全球水量的 96.5%,但由于海水含盐量高,一般为 3%左右,味苦咸不能作饮用。利用海水作水源从经济和技术上考虑都是有困难的。但有些阿拉伯国家由于地处沙漠缺水,也有靠海水淡化作为水源的。在海岛或舰艇上长期执行任务或在救生应急条件下可能要利用海水,特别是在海区或近海沙漠作战时,利用海水作水源就成为重要的问题。海湾战争已经证明了这一点。  

2.地面水的利用  

(1)直接取水:以河、湖水作水源时,首先要选择符合卫生要求的取水点。清除取水点周围 100m 内污染源,河水取水点上游 1000m,下游 100m 内不应有污水排出口或近处无污水排放口的湖边取水。在取水处设置汲水码头或泵船或将取水管线延至河心或湖的深处取水,亦可修建取水构筑物,以保证水的质量。分散式给水或临时给水,河流可采取分段用水或定时取水,池塘可采取分塘用水,选择周围污染少,水量大,水质较好的池塘作为饮用水源,其他池塘作洗涤用。  

(2)过滤取水:分散式给水当河、湖、塘水的水质不良时,可以通过过滤的办法进行初步处理以改善水质。方法是在河、湖、塘岸边修建自然渗滤井或过滤井。自然渗滤井是利用水源附近土壤的渗滤作用,当土壤具有较强渗透性时如砂质土壤,可在岸边附近打一井,距离远近根据土壤渗水性能而定,一般在 5-30m。小型集中式给水也可利用此法,修筑较大的渗滤井取水,可以简化水处理过程,节约投资。


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当水源附近土壤土质坚实不易渗水时可人工修筑过滤井。直滤式过滤井包括过滤池和清水井两部分,在岸边修筑砂滤池。装置粒径 0.2-1.0mm的砂子70-100cm厚,一个约 150 人的连队需要砂面积为 1.7-2.4m2 。底部垫 15cm的砾石。清水池建在砂滤池旁从底部进水,池壁及底部均应不透水,井口应高出地面并加盖,用唧筒或公用水桶取水。因砂滤池属于慢滤,一般使用 2-4 月需刮砂或洗砂一次。据试验砂滤池使用良好时,平均可去除色度 60%,浑浊度 90%,细菌 90%,耗氧量与三氮也可部份去除。横滤式过滤井是在地面水源与清水井之间修一条砂滤沟,这种过滤井优点是修筑时不受地形限制,缺点是洗砂不容易,所以源水较浑浊时不适用。


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(三)地下水(underground water)  

地下水是降水经过地表渗透和地面水通过河床或湖床渗入地下,聚积在土壤或岩层的空隙中形成的,地下水的储量约比河、湖水的总量多几十倍,但有的深

层地下水是无法利用的。地下水经过地层的渗滤,悬浮物和细菌被隔滤,一般感官性质较好,细菌少,矿物质较多,水较硬是比较好的水源。分散式给水水源均以地下水为主。由于国民经济的发展,地下水的开采和利用越来越多,不少地区地下水储量已日益减少,更由于环境污染,使得一些地下水水质变坏,甚至不能饮用。  

1.地下水的类型和特征  

(1)浅层地下水:位于地表下第一个不透水层之上的地下水,分布很广,深度多在离地表几米至几十米之间。水量直接由地表补给,受气象因素如降水量与蒸发量影响较大。  浅层地下水经过地层的渗滤,物理性状较好,细菌也较少。但在渗滤过地层时,可溶解土壤中的各种矿物盐类使水质变硬,而溶解氧则因土壤中的各种生化过程消耗而减少,并使二氧化碳含量增加。浅层地下水的水质与土壤的卫生情况有很大关系。土壤受污染程度越重,水质亦越差,此外,土壤的性质也有关系,如流经细砂层的水就比较清洁,而流经大颗粒砾石或有裂隙岩层净水作用就很差或甚至没有作用。  

(2)深层地下水:位于第一个不透水层以下的地下水。由于地层起伏不平,当地下水承受一定压力时,称为承压地下水,深层地下水由降水和地面水补给,补给区常在远方的高地,但因埋藏较深,流速较慢,受气象影响较小,补给亦较困难。取用深层地下水的水井称为深井,通常用深水泵汲取。压力大的深层地下水可从井管自行涌出称为自流井。深层地下水距离地表较深,上面有不透水复盖层,不易受到来自地表的污染,且由于流径较远,净化作用较好,故水质多较好。深层地下水水量水质比较稳定,水温恒定,透明无色,细菌含量少,矿化度高,水质较硬,铁、锰含量常较高。有的地下水含盐类如氯化钠、硫酸镁、硝酸盐等过高,使水带有苦碱味而不适于饮用。战时深层地下水不易受到核化生武器污染,比较安全。因此不论平战时深层地下水都是首选的水源,适用于集中式给水。

(3)泉水:指从地表缝隙自行涌出的地下水,是含水层或含水的通道被水流侵蚀露出地表形成的。根据地质构造可分为下降泉和上升泉两种。下降泉多由浅层地下水补给,水量不稳定受气候影响较大,随季节而变化,易受污染,上升泉以承压水为来源,水量较稳定,受气候影响较小,水质亦较好。但泉水的流量、水质动态变化的差别很大,有的泉年流量变化可相差百倍以上,泉水温度最高达140℃,最低只有 0℃,矿化度高的可达 30-40 g/L,而低的不到 0.1g/L。泉水多用作分散式给水水源,水量充足时,也可作为集中式给水水源。

(4)矿泉水:中含有适宜医疗或饮用的气体成分,微量元素和其他盐类组分可称为矿泉水。矿泉水分为饮用矿泉水和医疗矿泉水。但矿泉水的命名,必需符合 GB8537-87《饮用天然矿泉水》标准或 GB/T13727-92《天然矿泉水地质勘探规范》中的医疗矿泉水标准。例如地下水中锌、锶、锂任何一种超过 0.2mg/L 都可称为饮用天然矿泉水,又如锶达到 10mg/L、锂达到 5mg/L 则可称为医疗矿泉水。矿泉水对人体健康和治疗某些疾病有一定的益处,是一种很宝贵的水资源,应充分利用。  

2.地下水的利用  

地下水的取用主要是挖掘水井。水井的种类很多,有大口井、小口井、管井、辐射井、坎儿井等。


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(1)大口井:要用于采取浅层地下水。井径根据用水量而定,通常分散式给水 1-2m,集中式给水 5-8m,井深多在 15m 内,多用于地下水位不超过 12m,含水层厚度 5-20m。大口井构造简单,容积大兼有调节水量作用,但因深度不大,对水位变化适应性差。大口井应选择水量较丰富,水质较好的地层,避免设于地势低而易积水的地点,井周围 30m 内不应有渗水厕所、垃圾堆、牲畜圈等污染源。修建大口井要符合卫生要求。井壁可用砖、石、混凝土构筑,缝隙应用水泥或石灰砂浆勾缝,防止渗漏,井壁下部则可留有渗水孔隙。井底从下而上铺上小卵石、粗砂。井口应高出地面 0.5m,并在井口周围 2-3m 修建带坡度的不透水井台,井台边设排水沟,井口要加盖。井台下填以厚度大于 1.5m 夯实粘土层。大口井用于集中式给水汲水多用离心泵或潜水泵,分散式给水、汲水则可用杠杆、辘轳、滑车,但应用公用水桶,亦可将井口封闭,用手压唧筒取水。


(2)钻孔井(管井):需用钻机钻过一个或几个不透水层,采取深层地下水。钻孔井管内径常

用 150-300mm,井口直径相应不少于 460-570mm,井深一般在 300m 以内。含水层一般应在 5m 以上。汲水需用水泵。钻孔井由井室、井管、滤水管和沉砂管等组成。井室为防止井口污染和安放设备用,井室周围要用粘土或水泥封闭,厚度不小于 3m。井口应高出地面0.3-0.5m。常用钻孔井井管有钢管和铸铁管,在含水层中用以收集地下水的一段井管,称为滤水管,滤水管下为沉砂管,长 2-3m,用来沉淀井水中泥砂。各管段联接及开口管头与水泵的联接,都应严密不漏。井管安装前应清洗,并用 10%漂白粉溶液擦洗消毒。


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(3)泉的利用:利用泉作饮用水源时,首先应清除泉眼周围 30m 以内的污染源,将泉眼清理干净。泉眼上筑不透水蓄水池,池底铺卵石,池顶高出地面并加盖,上安通气管,池上部设溢流管,池周围挖排水沟,可利用地形高差,用水管将水引入营房内。泉水一般水质较好,但如泉水温度随外界气温变化而变动,水量随天气干旱或降雨而变化或雨后水质变浑浊说明泉水来自浅层地下水易受到污染。泉口的污染和附近有污染源也是污染原因。

 

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