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水域环境与检测-第2章 人类活动对水环境的影响(专业知识模板)_图文

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第2章 人类活动对水环境的影响

主要内容
2.1 人类活动的水文效应
2.2 人类活动对水环境质量的影响 2.3 水资源开发的环境负效应

2.4 我国水环境状况

直接影响(建水库、跨流域引水、作物灌溉、城市给排水)

?间接影响(植树造林、发展农业、城市化)

2.1.6 人类活动水文效应的研究方法 (1)根据长期水文观测资料,进行对比分析和估算; (2)根据水平衡原理,建立物质(水量、沙量、热量、盐量)平 衡的物理或数学模型,调整模型中某项因素,估算该项因素受人类 活动影响的单独效应。

水量平衡法
R0=P0-E0 R0——流域多年平均径流量 P0——多年平均降水量 E0——多年平均蒸发量 受人类活动影响后: R?=P?-E? 由于降水要素受人类影响较小,忽略后两式作差 R0-R?=E?-E0

对比分析法
(1)用同一测站人类活动前后的观测或史料记载进行对比分析 (2)不同流域的对比计算:选条件相同或相似的未经人类活动影 响的水文测站做参照站与研究站同期资料进行对比。

流域水文模拟法(最有效的手段,Popular)
基于对水文现象的认识,分析其成因及各要素之间的关系,以数学 方法建立一个模型,来模拟流域的水文变化过程。 (1)用人类活动影响前、或影响很小的资料率顶模型中的参数, 再对率定的参数进行检验,然后用率定的模型来推求自然状况下的 径流过程,并与实测进行对比,来分析人类的影响(资源评估模 型)。 (2)改变模型中反映下垫面条件变化的敏感参数,逐渐拟合人类 影响后的资料来分析参数变化规律,用以预测水文变化。

物质平衡原理应用实例(Mass Balance) 彩虹贝类循环水养殖系统的设计
?假设: ?a. 养殖系统的边界是限定的。 ?b. 养殖系统水体混合充分,每个角落水质参数都一致。 ?c. 在养殖系统内水质发生转化的时候物质平衡。 ?d. 将养殖池作为一个限定的整体,处于稳定状态,且
这个稳定状态的水质是要完全满足养殖物(彩虹贝)对 水质环境条件的要求。

Qm﹒Cm + Qr﹒Cr

?养殖池水质环境

+P =

Qm﹒Ctank + Qr﹒Ctank

处理单元

流量

水质等参数的确定
相关参数
1.养殖池、彩虹贝 养殖池数量 1

数值

彩虹贝数量
彩虹贝平均壳长(mm) 彩虹贝的平均干重(mg)

8000
17 65

2.溶解氧
水温(℃) 进水溶解氧的浓度(mg/l) 21 9.0

出水溶解氧的浓度(mg/l)
耗氧率(μgO2/mg-1 h-1)

6.5
1.62

相关参数
3.氨氮

数值
7.9
<0.26 <0.01 0.045

pH
养殖池氨氮浓度(mg/l) 养殖池非离子氨浓度(mg/l) 彩虹贝的排氨率(μgNH3/mg-1 h-1)

生物过滤器效率(mg/l)
4. 补水 日补水量 补水中溶解氧的浓度(mg/l) 补水中氨氮的浓度(mg/l)

20%

50L 9.0 0

循环水流量的确定
?Qf = (PTAN– Q × CTAN) / ATAN×E

?Qf = 1394L/h

?PTAN = AE×BM

?Qf ’ = RNOD / (COfi – COf)

?Qf ’ = 70L/h

?Qf >> Qf ’ , 因此系统循环水流量为1394L/h

?养殖池

?生物过滤

?PTAN = AE×BM = 5.6g/day ?VTRk1 为342 g TANm-3 day-1 (Drennan et al., 2006)

?计算得出滤料的体积为1.6L,在实际运行时,滤料的量为2L。

?自动投饵装置

?充氧系统
?确定总耗氧量:RDO=Rresp+RNOD+RBOD ?其中: ?彩虹贝耗氧量:Rresp=Rbiomass×BM ?硝化反应耗氧量:RNOD = (PTAN –Q ×CTAN)×4.57 ?生化耗氧量: RBOD = RNOD ×1/3。

?最后计算可得出每天溶解氧的总消耗量为22.8 g/d。

? 循环水泵
?扬程: H = h+ (λL/d+ Σλ’) V2/2g ?扬程为6m、流量为52L/min的磁力泵 ?循环水泵出水口分为三个出水管 ?第一个通往养殖池的进水口(循环) ?第二个用于养殖系统排水,安装阀门平时处于关闭状态 ?第三个为蓄水池回水管,用于调节养殖池进水口的流量

2.2

人类活动对水环境质量的影响
人类直接或间接地把物质和能量引入水体的生产或生

活活动,引起江河、湖泊、海洋和地下水等水体的水 质、底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化,

使水体水质变坏,降低水体的使用价值,称为水污染
或水环境污染。

2.2.1 影响水环境质量的物质来源 大气降水 使大气恶化的物质主要来自矿物燃料的燃烧和工业生产, 可以自然降落或在降水过程中溶解于水和被水挟带至地表水 中。 农田排水 农田排水实际上是非点源污染,将有机物、植物性营养 物、农药等带入天然水体。 城市生活污水 成为引起水体恶化的重要污染源。 工业废水 生产废水、污水、尾矿坝和废液,成分复杂。 工业废渣和垃圾淋溶水 成分复杂,有毒物多,威胁大。

2.2.2水体恶化的过程(DO、生态平衡、毒性、浓度)
1.溶解氧下降过程 主要为有机物降解耗氧过程 2.水生态平衡破坏过程 溶氧下降导致生态结构破坏或改变

3.低毒变高毒过程
水体理化条件的改变使低毒化合物转化为高毒化合物(铬、砷)

4. 低浓度向高浓度转化过程

由于物理堆积和生物富集作用,使低浓度向高浓度转化(贝类)。

2.2.3 各种水环境(河流、湖泊、海洋、地下水)恶化的特点
河流水环境恶化的特点

(1)河流水质恶化程度随流量大小而变化
(2)河流水质恶化影响范围广

(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

湖泊(水库)水环境恶化的特点 (1)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

海洋水环境恶化的特点 (1)污染源多而复杂

(2)污染物持续性强(各地区污染物的归宿)
(3)污染范围大

(4)几乎无法治理

地下水环境恶化的特点 (1)水质恶化过程缓慢 (2)恶化方式主要为间接恶化(查明污染源困难) (3)污染物浓度高(总矿化度、总硬度、硝酸盐、重金 属、氯化物) (4)难治理

2.3

水资源开发的环境负效应

水资源开发利用不当,会产生一系列不良的环境效应,称为环境负 效应。可分为地表水资源负效应和地下水环境负效应。 所引起的环境问题(地质环境问题、水环境问题和生态环境问题/ 岩土体变形失稳、水盐失调、生态退化) 地表水资源开发环境负效应 干旱 水质污染 生态环境退化、荒漠化 地下水资源开发的环境负效应 土壤盐碱化与沙漠化 地面沉降 地面塌陷 地裂缝 海水入侵

2.4

中国的水环境状况

我国是一个资源型缺水的国家和水质型缺水的国家。联合国规
定,地区年人均水资源量小于1 700 m3,称为资源型缺水。我国年 均水资源总量为28124亿 m3,居世界第6位,但人均水资源不足世界 人均水平的1/4,是一个资源型缺水的国家。同时,因为水源的水质 达不到国家规定的饮用水水质标准,我国还是一个水质型缺水的国

家。
目前,我国有400多个城市缺水,其中100个城市严重缺水。

2.4.1 主要江河水资源质量状况
?全国 393 条河流的 729 个断面中 : Ⅰ 类水质断面占
1.8%, Ⅱ 类占34.2%, Ⅲ 类占 32.2%, Ⅳ类占 18.5%, Ⅴ 类占 5.3%, 劣Ⅴ 类占 8.0%。

2.4.1 河流水资源质量状况
?全国 393 条河流的 729 个断面中 : Ⅰ 类水质断面占
1.8%, Ⅱ 类占34.2%, Ⅲ 类占 32.2%, Ⅳ类占 18.5%, Ⅴ 类占 5.3%, 劣Ⅴ 类占 8.0%。

2.4.1 河流水资源质量状况
?十大流域中, 珠江流域、西北诸河、西南诸河总体水质为优,
长江流域和浙闽片河流总体水质良好,黄河流域、 松花江流 域、淮河流域、辽河流域总体为轻度污染,海河流域总体为中 度污染。

2.4.2 主要湖泊水资源质量状况
61 个重点湖泊和水库中,滇池等 6 个湖泊为重度污染;淀山 湖等 32个湖库为中度污染;太湖、巢湖、洪泽湖等 12个湖库 为轻度污染。主要污染指标为总磷 化学需氧量、高锰酸盐指 数、 氟化物和五日生化需氧量。其余40个湖库水质均为优良。

国家重点治理的 “三湖”的水资源质量

? 太湖:我国第三大淡水湖,面积2338km2,水质均劣于
III类,IV类、 V类和劣V类水面比例分别为6.7%、16.3 %和77.0%。

? 滇池:云南最大的高原淡水湖泊。总体处于富营养状态。 ? 巢湖:总体处于富营养状态。

富营养化类型及判别标准
? 由于影响富营养化现象的因素很复杂,在不同的生态环境条件 下,水体之间富营养化的程度存在很大差别。同一水体在不同 阶段也可能相差十分悬殊。为了研究富营养化演替规律,一般 将富营养化现象分为贫营养型、中营养型及富营养型三种基本 类型。其间又可细分出几个亚型,如特贫营养型、贫—中营养 型、中—富营养型等。 ? 富营养化现象涉及面广,因而难以制定出为化学、生态学、地 学、环境学都能接受的统一分类标准。一般是选取与富营养化 关系密切的参数,如湖水透明度和水色,水中N、P负荷, DO、 COD、BOD以及藻类种群、生物量或叶绿素的含量等作为评价指 标,制定判别标准,区分不同类型。具体做法上有的侧重N、P 营养因子;有的侧重藻类种群构成与叶绿素等生物学指标;有 的选择透明度及化学性状指标。多数采用3~5种以上的参数进行 综合分析。

?水体富营养化的危害
1、透明度降低,浮游生物大量繁殖,有机体的降解消耗大量氧气,致 使溶解氧含量降低。 2、亚硝酸盐和硝酸盐含量增加,对水生生物造成毒害作用。 3、生态系统结构遭到破坏。

?

影响藻类生长的物理、化学和生物因素(如阳光、营养盐类、 水温等)是极为复杂的。因此不能完全根据水中营养盐浓度来判 断水体富营养化程度。

2.4.3

地下水质量状况

中国主要城市和地区地下水水质受人为活动影响较大,硝

酸盐、亚硝酸盐、氨氮、氯化物含量普遍升高。
东北地区:多数地区地下水水质稳定,个别城市污染严重 华北地区:地下水总体质量较差

西北地区:地下水总体质量较好
华东地区:地下水水质较稳定 中南及华南地区:地下水水质较稳定 西南地区:地下水水质稳定

2.4.5 城市饮水水源地水资源质量状况
表2.5 2005年度集中式生活饮用水地表水水源地水质合格率统计表
水 源 地 类 型 全 国 河 流 湖 泊 水 库 水源地全年水质合格率比例分布/% 个 数

100

99.9 89.9 79.9 69.9 59.9 49.9 39.9 29.9 19.9 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 90 80 70 60 50 40 30 20 10 7.8 7.6 7.8 8.5 8.3 7.4 3.9 3.8 0.0 3.7 3.7 4.7 0.0 2.2 5.5 6.4 0.0 4.4 2.1 2.5 8.4 0.7 2.6 2.1 8.3 3.0 1.3 1.3 8.3 0.7 3.9 5.1 0.0 2.2

9.9 ~ 0 1.1 0.8 0.0 1.6

0

383 236 12 135

53.5 47.9

6.8 9.3 16.7 1.5

25.0 25.0 65.9 6.7

作业:随着社会经济的发展、城市化进展,人类活动对水环
境的影响是多个方面的,请统计近十年来我国发生的水污

染事故,并简要分析原因。



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