环境科学基本理论教材

第一章 环境科学基本理论 第一节 环 境什么是环境？环境是相对于中心事物而言的，与某一中心事物有关的事物，就是这个中心事物的环境。环境：主体周边相关客体的集合客体可以是物质的、精神的和运动的。环境法中的环境环境:是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。 丹顶鹤的环境保护区内部：滩涂、沼泽、水域等保护区内其它生物，保护区周边农田迁徙路线上相关湿地、农田等人类的环境学习环境: 学校、教室、机房实验室、图书馆教师、学校氛围学校周边 : 活动中心、城市宿舍、食堂、操场依照主体（中心事物）的差异，区分环境类型：地球的时空环境、植物的环境、人的环境、建筑物的环境、城市环境、小区环境、居住环境、投资环境、创业环境、生产环境、办公环境、政治环境、教育环境、科研环境、技术环境环境科学研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体。主体是人类，客体是人类周边的事物。人类环境：自然环境和人工环境原生的自然环境及经过人类的创造和改造形成的人工环境人类的环境依照客体的差异物质环境 精神环境 文化环境 伦理道德环境 法律环境 管理环境 政策环境水环境 大气环境 土壤环境 生物环境 地质环境 物理环境聚落环境 工业环境 农业环境 文化环境 医疗修养环境人工环境是在自然环境的基础上经过人类的改造而形成的。第二节 环境多样性自然环境：1地球上的生物：真菌、真核原生生物、原核生物、病毒植物：藻类植物、苔藓类植物、蕨类植物种子植物、裸子植物、被子植物动物：无脊椎动物、原生动物、腔肠动物、扁形动物、线性动物、环节动物、软体动物、节肢动物、脊椎动物、鱼类、两栖动物、爬行动物、鸟类、哺乳动物2.地表形态：陆地：平原、盆地、丘陵、山地、高原水域：河流、湖泊、海洋、沼泽3.自然环境功能：树林为例：生态功能防风固沙、保持水土、涵养水源、光合作用、净化空气、降低噪音、调节气候、美化环境、保护生物面对需求的功能木材、果实、油料、香料、休闲欣赏大气层为例生态功能保温作用：保障物质循环（C，N，水）保护作用：提供氧气库、反射电磁波面对需求的功能：提供物质、提供飞行环境森林草原、江河湖海、湿地、大气环境、农田、植被、生物多样性矿产、动植物、水、生态环境、土地和土壤、生态功能为主及面对需求的功能事物的功能由事物本身的特性以及人类的需求决定自然环境 物质多样、形态多样、功能多样自然环境多样性4.人类的需求和创造：人的需求物质的需求：衣、食、住、行、用精神的需求：教育、旅游、休闲、通讯、医疗、保健、娱乐、文化、咨询生存的需求、安全的需求、健康的需求、舒适的需求、享受的需求、发展的需求需求因人而异，是一个不断发展、没有尽头的无穷集合以用品为例70年代老四件：自行车、手表、缝纫机、收音机80年代六大件：电视机、洗衣机、录音机、电冰箱、电风扇、收音机90年代三大件：商品房、小汽车、电脑、电话、音响、影碟机、手机、笔记本物品种类不断增加，档次不断提高，物品越来越大众化人类的创造人的差异、文化背景差异、思维方式的差异、灵感等偶然因素的差异、需求的差异、教育背景差异、工作条件差异创造本身的多样性，创造结果的多样性人类创造的结果地球上出现了自然环境不能形成的大量人工创造的事物1.人工环境建筑：茅草屋、竹楼、木屋砖瓦房钢筋混凝土楼房摩天大楼、别墅、教堂、庙宇、宫殿乡村、城市、工厂、学校、园林、道路、广场、军事基地汽车、火车、潜艇、军舰、宇宙飞船、空间站不同地区、不同文化背景下的人工环境各具特色2.技术技术创造来自于实践经验和对自然科学的认识。农业、医学、电子、机械、计算机、自动控制、化工、水利、冶金、土木工程、环境保护、轻工、纺织、城市规划、航空航天、海洋开发随着人类社会的发展和科学的发展，技术日新月异3.其它精神文化、诗歌小说、散文戏剧、戏曲小品、话剧歌剧、电影电视、雕刻美术、文化传统、.乐经济农牧业、制造业、商贸仓储、交通运输、文化咨询、旅游休闲、金融保险、医疗保健人的需求和创造需求主体多样、需求客体多样创造本身多样、创造结果多样需求和创造的不断发展人类需求和创造的多样性相互作用的效应目前环境科学的多数分支学科正在解读各种各样的环境效应，以及其背后的规律。人与环境的相互作用作用界面多样、作用方式多样、作用过程多样、作用效应多样、人类与环境相互作用的多样性环境科学研究的环境自然环境多样性 物质多样性-生命物质、非生命物质 形态多样性-高山、丘陵、平原、高原、盆地， - 江、河、湖、海过程多样性-物理过程、化学过程、生物过程、生态过程 迁移、分散、富集、转化、降解、循环 功能多样性- 生态功能、资源功能、消纳功能人类需求与创造的多样性 人类的需求-物质需求、精神需求、服务需求 人与环境相互作用多样性 界面多样性- 城市、乡村、陆海空 方式多样性- 资源开发、工农业生产、废物排放、城市建设 过程多样性-物理过程、化学过程、生物过程、生态过程 效应多样性 人类活动对环境产生的效应：物理、化学、生物、生态 环境变化对人类产生的效应：生理、社会、经济、技术环境多样性-提供选择、产生竞争、促进发展、保持稳定 保障和促进和谐第三节 人与环境的和谐环境学核心规律人类社会的发展渔猎文明、农业文明、工业文明、后工业文明和谐程度提高五大环境问题人与环境和谐 人口剧增、适应生存环境污染、环境安全生态破坏、环境健康资源耗竭、环境舒适自然灾害、环境欣赏不和谐的音符五大环境问题 自然灾害 生态破坏 资源耗竭 环境污染 人口剧增天文灾害：天体撞击、太阳辐射异常电磁异暴、宇宙射线地质灾害：火山、地震、岩崩气象水文灾害：水灾、旱灾、风暴、冰雹、雪灾、热浪、寒潮生物灾害：病虫害、森林火灾、物种灭绝生态破坏：水土流失、沙漠化、荒漠化、土壤次生盐碱化、森林锐减、草场退化、土地退化、湖泊的富营养化、生物多样性的减少资源耗竭：矿产资源危机能源危机水资源短缺土地资源紧缺土壤资源的退化生物多样性的减少环境污染：水环境污染 大气环境污染 土壤环境污染 生物污染 物理环境污染人口剧增的结果使得上面所有的问题都被大大地放大了环境舒适：环境舒适的表现适宜的人口密度、充足的绿地广场、良好的环境质量、便捷的城市交通、宽敞的住宅、完善的城市基础设施、快捷的信息通讯服务、方便的服务系统、丰富的休闲娱乐场所舒适的人居环境环境舒适的量度环境舒适的量度绿地、森林、水面、人口密度适宜、合理的土地利用、基础设施完善先进、城市文明环境欣赏环境欣赏的内容人的精神需求：1、自然景观山水、天象、气象、生物形象美、色彩美、动静美、朦胧美、气息美、寓意美2、人文景观文化遗产、城市建筑、园林绿化、工艺美术和谐美、色彩美、人文美、特色美环境欣赏的量度量度自然景观特色、自然环境质量、人工环境质量、城市特色、历史文化沉淀人与环境和谐人与自然环境的和谐人与人工环境的和谐人工环境与自然环境的和谐人与环境和谐不等于人与自然和谐第四节 环境规律 人类在实现重大战略目标的过程中，会受到多种规律的作用，其作用状态有三： 规律作用方向与目标一致者，称之为协同 规律作用方向与目标背离者，称之为颉颃 规律作用方向与目标偏离者，称之为偏离当五类规律的作用方向都与目标一致时，称为五律协同。人类实践已反复证明，若要实现重大战略目标，其行为必须实现五律协同。第五节 环境科学科学的任务在于揭示客观规律。 环境科学的任务在于揭示环境规律。环境科学学科体系环境自然科学环境社会科学环境经济科学环境技术科学环境科学其它分支学科 环境自然科学环境地学 环境化学 环境生物学 环境毒理学 环境数学水环境学 大气环境学 土壤环境学 生物环境学环境社会科学：环境规律与社会规律的联合作用环境规律 环境伦理 环境法理 环境管理社会规律 公民 国家 政府环境经济科学环境规律与经济规律的联合作用环境规律经济规律 经济学 环境学 国情学环境技术科学环境规律与技术规律的联合作用环境 清洁生产 污染治理 环境监测 技术X 环境环境评价学 环境规划学 可持续发展水污染控制工程 固体废物污染控制工程 噪声污染控制工程第二章 人口与环境 第一节 人口变迁渔猎文明阶段（100万年公元前8000年）农业文明阶段（公元前8000年公元1800年）工业文明阶段（公元1800年20世纪90年代）后工业文明 阶段 （20世纪90年代） 自公元前40 000年开始的世界人口发展估计（如图）1、渔猎文明 人口数量没有超过1千万 和谐程度处于安全与生存阶段2、农业文明 人口开始缓慢增长 人口增长起伏较大 人口年增长率为0. 06% 人口由500万增长到8亿左右 和谐程度处于基本生存阶段3、工业文明 人口开始高速增长 人口年增长率为0.76% 人口由8亿增长到50亿 和谐程度处于环境健康阶段4、后工业文明 人口继续增长 人口增长速度变缓 和谐程度向舒适、欣赏发展第二节 人口变化与环境人口总量变化与环境人口分布变化与环境1、人口总量变化与环境2人口总量变化与资源:3人口总量与环境承载力人口总量剧增对资源需求增长过快对资源的不合理开采使用气候变化生态破坏资源耗竭环境污染土地退化物种灭绝人口总量的变化与气候资源人口总量的变化与生物资源人口总量的变化与土地资源人口总量的变化与水资源人口总量的变化与矿产资源例：修水库、围湖造田改变地面状况-改变气温 改变降雨例：温室效应、酸雨释放大量气体-改变气温 改变降雨人口总量的变化与生物资源物种灭绝生态破坏森林减少气候变化草原退化多样性锐减人口总量的变化与水资源生产用水、生活用水、水体污染水资源缺乏人口总量的变化与矿产资源对矿产能源过度开采与利用环境污染对矿产资源不合理开采与利用资源耗竭人口总量与环境承载力环境承载力：在一定时期、范围和自然条件下，维持人-环境系统结构不发生质的改变，环境功能不遭到破坏的前提下，人-环境系统所能承受人类活动的阈值。人口分布变化与环境人口变化的内在规律自然规律、经济规律、社会规律、技术规律、环境规律自然规律对人口总量的影响 对人口分布的影响：1 气候因素2.地形因素中国地形图中国人口分布图面积占全国的54% 人口只占全国人口的4%面积占全国的46% 人口占全国人口的96%经济规律对人口总量的影响-国民生产总值、产业结构等对人口分布的影响-经济区位、人均国民生产总值、就业空间等对人口分布的影响社会规律对人口总量的影响-文化、宗教、政策、战争等对人口分布的影响-政治、军事、文化、历史等技术规律对人口总量的影响-医学水平、技术革命等 对人口分布的影响-新技术革命引发人口迁移 环境规律对人口总量的影响-环境承载力对人口总量的影响对人口分布的影响-人与环境和谐程度对人口分布的影响中国人口迁移大趋势山区平原乡村城市内地沿海第三章 大气环境第一节 大气概述一、大气的成分1、N2、O2等气体 2、水滴（如云滴、雾滴）3、冰晶和固体微粒（如尘埃、花粉）没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气二、大气的分层：五层与环境问题有关的大气成分1、微粒：种类：固体微粒与液体微粒。影响：影响太阳辐射传输，使能见度 变低，有的能起凝结核的作用。2、水汽：来源：海洋和地面蒸发与植物蒸腾。分布：随时间、地点变化很大。在铅直 方向，一般随高度增加而减少。影响：形成云、雾、雨、雪等大气现象。 对生物的生长和发育有重要影响3、臭氧：来源：高空通过光化作用，低空通过闪电或有机物氧化及高空传输。作用：能大量吸收太阳紫外线，使地面生物免受过量紫外线的灼伤。分布：自然大气中含量很少。随高度分布不均匀，也随纬度和时间而异。4、二氧化碳：来源：呼吸作用，有机体的燃烧与分解。现状：在大气中的含量有增加的趋势。影响：强烈吸收地面的长波辐射， 引起温室效应的加剧。大气边界层：在对流层下部靠近下垫面的1.21.5公里范围内的薄层大气。由于贴近地面，空气运动受到地面摩擦作用影响，又称摩擦层.大气边界层的主要特征：湍流运动、风、温度的垂直分布(每升高100m，气温降低0.65) 第二节 大气污染大气污染：，即若大气污染物达到一定浓度，并持续足够的时间，达到对公众健康、动植物、材料、大气特性或环境美学产生可以测量的影响，就是大气污染。这种定义方法在很大程度上是基于传统的公害概念，现在又有新的延伸。例如，大量能量（如热能）释放进入大气引起不良影响，人类活动导致大气中某些组分变化产生的危害等也归入了大气污染的范畴。一、大气污染源及污染物污染源 天然源：自然界自行向大气环境排放污染物的污染源-火山 雷电造成的森林大火 人为源：人类的生产活动和生活活动所形成的污染源燃煤 汽车 空调大气污染物：由于人类活动或自然过程排入大气， 并对人和环境产生有害影响的物质。按来源，分为一次污染物和二次污染物一次污染物：直接由污染源排放的污染物二次污染物：进入大气的一次污染物之间或与正常大气组分发生反应，以及在太阳辐射下引起光化学反应而产生的新的污染物，它常比一次污染物对环境和人体的危害更为严重。按存在状态，分为颗粒物和气态污染物颗粒物：常表示为总悬浮微粒物（TSP）、飘尘和降尘。其粒径绝大多数在100m以下，其中多数在10m以下。它是分散在大气中的各种粒子的总称，也是目前大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。飘尘:指可在大气中长期飘浮的悬浮物，分为PM10（粒径10m）和PM2.5（粒径2.5m）。PM10可以通过呼吸道进入人体，从而对人体健康产生危害，PM2.5的危害则更为严重。 降尘:是指用降尘罐采集到的大气颗粒物,一般直径大于30m，由于其自身的重力作用会很快沉降下来。单位面积的降尘量可作为评价大气污染物程度的指标之一。气态污染物：主要有一次污染物：SO2、H2S 、NO、NH3 、CO、CO2 、HF、HCl 、C1C12化合物 。二次污染物：SO3、H2SO4、MSO4 、NO2、MNO3 、醛类、酮类、酸类。 二、几种典型的大气污染（一）煤烟型污染-伦敦烟雾事件主要污染源是燃煤。主要污染物是SO2、CO和微粒物质，它们遇上低温、高湿的阴天，且风速很小并伴有逆温存在的情况时，一次污染物扩散受阻，易在低空聚积，生成还原型烟雾。（二）交通型污染-洛杉矶光化学烟雾污染源主要是机动车（汽油车和柴油车）和机动船。主要污染物是CO、NOX和HC。在相对湿度较低的夏季睛天，交通污染严重的地区可能会出现典型的二次污染光化学烟雾。它对人体、动植物、材料均会产生破坏作用，并且严重影响大气能见度。（三）酸沉降污染-酸 雨它是指大气中的酸通过降水（如雨、雾、雪）迁移到地表，或在含酸气团气流的作用下直接迁移到地表。引起酸沉降的主要物质是人为和天然排放的SOX（SO2和SO3）和NOX（NO和NO2） ，其天然源一般是全球分布的，而人为排放的SOX和NOX则具有地区性分布的特点。三、大气污染的危害（一）大气污染对人体健康的危害A、呼吸道吸入；B、随食物和饮水摄入；C、体表接触侵入1、大气颗粒物：颗粒物的大小决定其沉积于呼吸道中的位置；化学组成决定沉积位置上对组织的影响。2、二氧化硫: 损害肝脏。且由于SO2通常与多种污染物共存，吸入之后产生的复合作用危害更大。3、一氧化碳：所有大气污染物中散布最广的一种，严重阻碍血液输氧，引起缺氧中毒。4、氮氧化物：NO2对呼吸器官有刺激性，可引起肺水肿、慢性支气管炎等疾病，若与SO2共存，则危害更重。5、光化学氧化剂: 臭氧：对鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，运动时吸入则更严重（二）大气污染对植物的危害损害植物酶的功能组织；影响植物新陈代谢的功能；破坏原生质的完整性和细胞膜。此外，还会损害根系生长及其功能；减弱输送作用与导致生物产量减少。（三）大气污染对材料的危害大气污染可使建筑物、桥梁、文物古迹和暴露在空气中的金属制品及皮革、纺织等物品发生性质的变化，造成直接和间接的经济损失。（四）大气污染对大气环境的危害大气污染会导致降水的增加或减少，它对降水化学的影响表现在酸性化合物的输入，即出现酸雨。大气污染还会产生全球性的影响：大气中CO2等温室气体浓度增加导致的全球变暖、人们大量生产氟氯烃化合物等导致的臭氧层耗竭等。室内空气污染污染原因：苯、甲醛、氡建筑材料及装潢材料、涂料中有害物质的挥发、人们不健康的生活习惯。多开窗换气，戒烟，正确使用家庭化学剂，增加户外活动，摆放室内花卉植物第三节 大气污染控制无论是大气污染源、污染物、污染类型,还是大气污染的危害，都具有多样性清洁能源: 包括常规能源的清洁利用；可再生能源的利用；新能源的开发；各种节能技术等1、洁净煤技术: 洁净煤技术是指从煤炭开发利用的全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术，主要包括煤炭洗选、加工、转化、先进发电技术、烟气净化等方面的内容。2、西气东输3、西电东送它有南、中、北三大通道。一是将乌江、澜沧江、红河水的水电资源，以及黔、滇两省坑口火电厂的电能开发出来送往广东；二是将长江三峡和金沙江干支流水电送往华东地区；三是将黄河上游水电和山西、内蒙古坑口火电送往京、津、唐地区。它是从根本上实现全国能源资源优化配置的关键性工程，是一项东西部“双赢”的战略。绿色交通: 我国一些主要城市的大气污染类型正在由煤烟型向交通型转化，汽车尾气排放已成为城市重要污染源。合理的交通规划、发展清洁汽车除尘、脱硫 氮氧化物的治理技术、氟化物的治理技术环境自净: 污染物经过末端治理达到排放标准后被排入大气，但此时它们的浓度一般要高于环境空气质量标准，要使其进一步达标将要依靠环境的自净作用。利用气象规律稀释污染物、加强绿化城市绿化城市绿化的实施需要五律协同自然：植物配植的适地适树原则技术：园艺人员要有相当的专业知识与技术环境：城市绿化应兼顾和谐与无污染经济：建立一套完善的市场机制保证其正常运行社会：城市广场是社会规律在特定时期的一种表现形式第四节 全球大气环境变化一、 全球变暖：原因：温室效应的加剧温室气体： 二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、 CFC11、CFC12、四氯化碳、一氧化碳温室效应： 太阳发出的短波辐射透过大气层到达地面，使地表温度上升，发出长波辐射，大气中的温室气体对短波吸收很弱，而对长波辐射吸收很强。因此地表从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以维持，这就是大气的温室效应。减缓全球变暖的对策1、排放控制对策：控制化石燃料消耗，以抑制CO2的排放2、固定化对策：使已生成的CO2变为其他物质，以防止其向大气中排放；3、适应对策：在已发生全球变暖的情况下，采取相适应的对策以使其影响降低到最小程度。二、臭氧层破坏太阳光中的紫外线辐射，特别是UV-B辐射对生物有较大的伤害。而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。 （紫外线辐射按照其波长的不同，可划分为UV-A（315400nm）、UV-B（280315nm）和UV-C（280nm以下）三个波段）臭氧层破坏的原因大多数科学家认为，人类过多地使用氟氯烃类化学物质（CFCS）是破坏臭氧层的主要原因。（ CFCS 于1930年由美国杜邦公司投入生产，二战后开始大量使用，主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂等）臭氧层中存在着O、O2、O3的动态平衡， CFCS非同寻常的稳定性使NOX、Cl、Br活性物质很容易在臭氧层中聚集，使平衡向着臭氧分解的方向转移。臭氧层破坏的危害1、对人体健康的影响：破坏DNA，皮肤病，白内障等2、对陆生植物的影响：产量和质量下降，间接影响3、对材料的影响：加速老化4、对水生生态系统的影响：降低生产力，影响幼体臭氧层的保护主要是控制CFCS的使用。目前各国都在加紧替代物品的开发，从长远看，采用生物圈中固有的、对环境不起任何破坏作用的物质是制冷剂发展的方向。第四章 水环境第一节 地球上的水 第二节 水资源第三节 水灾害 第四节 水污染第一节 地球上的水水圈：海洋、陆地、大气中固态水、液态水、气态水构成的一个大体连续、相互作用又相互不断交换的圈层。水的分布水的循环1.水的自然循环 2.水的社会循环 人与水的关系水的用途1、生活用水2、生产用水 -农业用水、工业用水3、生态用水 第二节 水资源水资源的含义:天然水量并不等于可利用水量，水资源则一般仅指地球表层中可供人类利用并逐年得到更新的那部分水量资源。 如大气降水，江河、湖泊、水库、土壤和含水层的淡水 。水资源的特性： 作用上的重要性 补给上的有限性 时空上的多变性 利用上的多样性水资源的短缺全球的水资源短缺 q 联合国世界淡水资源综合评价报告指出，世界约1/3人口生活在面临中度和高度水紧张的地区，水资源的短缺制约了当地经济和社会的发展，如果不采取行动，预计2025年世界人口的2/3或近55亿将有面临着这种局面的风险。我国的水资源短缺-联合国已将我国列为全球13个最缺水的国家之一。农业缺水、城市缺水、生态缺水。水资源开发与利用对策 ：开源、节流、治污、管理开源水利工程措施（时间、空间上的调节）其它措施（雨水、海水、再生水利用）节流治污开源节流、治污为本综合管理-核心：提高用水效率 综合管理：一龙管水，多龙治水；经济手段：水价第三节、水灾害水过多：洪灾、涝灾、潮灾水过少：旱灾洪水灾害由于水体（江、河、湖等）中的水量超过其最大容纳限量而溢出的现象。1.洪水危害范围广：陆地2/3，江河中下游损失大：人员伤亡，财产损失黄河 1117年 (宋)：决口淹死百余万人 1642年(明)：水淹开封城, 全城37万人， 淹死34万人1998年长江、松花江、嫩江流域特大洪水，受灾人口2.23亿，死亡3004人，倒塌房屋5万间，受灾农作物3.18亿亩。 直接经济损失2342亿元2.形成原因（1）自然因素：暴雨、融冰、融雪等（2）人为因素 A都市化 B荒地毁林 C修建水坝 （3）地质因素：滑坡、断裂、海啸、冰凌洪水3 .防洪减灾（1）水库工程：水库的主要作用是拦蓄（滞）调节洪水，削减洪峰，减轻下游防洪负担。 （2）堤防工程 （3）分蓄行洪工程 （4）河道整治 （5）绿化工程 多种工程措施协同上中游：修建水库，植树造林中下游：修筑堤防，整治河道，分洪区 非工程措施非工程措施不是控制洪水，而是通过工程以外的法规/政策、经济、技术等多种控制手段，以减轻洪灾损失的各种措施。（1）建立洪水预报预警系统（2）洪泛区（分蓄洪区）的运用和管理（3）救灾 黄河护滩抢险现场（如图）干旱灾害特定地域长期无雨或严重少雨，以致水资源供给不足，而对人类生产、生活与生态环境所发生的严重不利影响。1.旱灾的危害 渐进性：洪灾一条线，旱灾一大片时间长：数月数年旱灾危害的主要表现：农业减产：植物生长不良，生物量减少，饥荒。供水不足：工业和城市用水短缺，人畜饮水困难。生态破坏：土地退化，植被死亡，物种灭绝。2.干旱的分布：全球陆地面积的25%年平均降雨量小于250mm，属于干旱地区。我国是世界上干旱危害较严重的国家之一。我国近代各次自然灾害中最严重的一次灾难： 18761878年连续三年干旱，遍及河南、山西、陕西、甘肃、山东、安徽等18个省，在旱灾中心地区，80的人被饿死，死亡人数达1300万人。3.旱灾的减灾措施（1）加强长期预报 （2）推广人工降水、主要是根据不同云层的物理特性，向云中播撒水滴、盐粉或溶液滴、碘化银或固体二氧化碳（即干冰）等催化剂，使云滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面，形成降水。这是人工影响天气中进行得最多的一项试验及应用。（3）发展节水灌溉改进地面灌溉方式： 河南人民胜利渠，浙江防渗渠。（如图）发展喷灌、滴灌： 浙江余姚茶园喷灌，电动时针式喷灌机，滴 灌。（如图）第四节 水污染一、水污染的主要来源 1.点污染源A.工业废水 废水中污染物浓度大。废水成分复杂且不易净化 带有颜色或异味 带有颜色或异味 B生活污水 主要来自家庭、商业、学校、旅游服务业及其他城市公用设施，包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、沐浴排水及其他排水等。生活污水中99.9%是水，固体物不到0.1% .大量合成洗涤剂 2.面污染源A农业面源污染 B城市径流污染二、主要的水污染物质1.悬浮物 : 使水体变浑，影响水生植物的光合作用，吸附有机毒物、重金属等，形成危害更大的复合污染物沉入水底，日久形成淤积，妨碍水上交通或减少水库容量，增加挖泥负担。 2.耗氧有机物 : 排入水体后能在微生物作用下分解为简单的无机物，在分解过程中消耗氧气，使水体中的溶解氧减少。影响鱼类和水生生物的生存 ，造成水体变黑发臭。3.植物性营养物 : 主要指含有氮、磷的无机、有机化合物，易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖，形成富营养化，使自来水处理厂运行困难，造成饮用水的异味，严重时会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，甚至会导致湖泊的干涸灭亡。 4.重金属 : 重金属是具有潜在危害的重要污染物质，从20世纪50年代前后日本出现的水俣病和骨痛病，均已查明是由于汞、镉污染引起的公害病。重金属的环境污染已受到人们极大的关注。5.难降解有机物 : 指难以被微生物降解的有机物，能在水中长期稳定地存留，并通过食物链富集，最后进入人体。它们中的一部分化合物即使在十分低的含量下仍具有致癌、致畸和致突变的作用 。6.石油类 : 主要来源于船舶废水、工业废水、海上石油开采及大气石油烃沉降 。它会阻止氧进入水中，妨碍水生植物的光合作用 。同时，石油还会粘附在鱼鳃上，使之呼吸困难直至死亡，还会抑制水鸟产卵和孵化。食用在含有石油的水中生长的鱼类等水产品，会危及人体健康。 7.酸碱 : 主要来自矿山排水及许多工业废水 。它会破坏水生生态系统的平衡；影响渔业生产，腐蚀船只、桥梁及其他水上建筑。用酸化或碱化的水浇灌农田，会破坏土壤的理化性质，对工业、农业、渔业和生活用水都会产生不良的影响。8.病原体 : 生活污水、医院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工业废水，常含有各种病原体，如病毒、病菌、寄生虫，会传播霍乱、伤寒、胃炎、肠炎、痢疾以及其他病毒传染的疾病和寄生虫病。 三、水污染特征河流污染 ， 湖泊（水库）污染 ，地下水污染 ，海洋污染 。 1、河流污染特点： 污染程度随径流量变化 染物扩散快 污染影响大我国的河流污染状况：中国主要河流有机污染普遍，面源污染日益突出。辽河、海河污染严重，淮河水质较差，黄河水质不容乐观，松花江水质尚可，珠江、长江水质总体良好。各大流域片的主要污染河段均集中在城市河段，63.8%的城市河段为IV至劣V类水质。地表水环境质量标准（GB3838-2002）类：主要适用于源头水、国家自然保护区；类：主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等；类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区；类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。2、湖泊（水库）污染特点： 污染来源广、途径多、种类复杂 污染稀释和搬运能力弱 生物降解和累积能力强我国主要湖泊富营养化状况： 主要湖泊富营养化问题突出：滇池、太湖3、地下水污染特点： 污染来源广泛 污染难于治理 污染危害严重我国地下水污染状况：主要集中在北方地区4、海洋污染特点： 污染源多而复杂 污染的持续性强 污染扩散范围大我国近海污染状况：渤海、东海、南海以渤海为例： 60年代以前：3次；70年代：9次；80年代：74次 90年代：1990年34次，1998年22次，1999年7月3日，出现 了1500 km2面积的严重赤潮，7月15日更扩大到了6500 km2。2000年仅辽宁、浙江两次较大赤潮造成的渔业损失就近3亿元。四、水污染控制基本控制模式三级控制 一级控制 源头控制-接管标准 二级控制 污水集中处理-出水标准 三级控制 尾水最终处置-环境标准 再利用/环境水体源头控制1工业废水 优化产业结构、调整规划布局 清洁生产 单位产品耗水量 （国外先进水平国内平均水平） 钢铁行业：35m3/t70100m3 /t 油炼制行业：0.2m3/t56m3/t 就地处理：达到污水排放标准 2生活污水 合理进行人口密度及分布规划 公众教育 现代水输的不利影响 “绿色消费”、“绿色生活”：无磷洗衣粉3面源水污染 城市径流 收集雨水利用 减少硬质地面 增加绿化用地 农村面源 发展节水农业 减少土壤侵蚀 合理利用农药 截流农业污水 畜禽粪便处理 乡镇企业废水及村镇生活污水处理一级导流城市污水截流管网完善下水道系统旧城区：雨水/污水合流制，适当的改造 新城区：雨水/污水分流制污水集中处理：主导：城市污水处理厂 处理方法分类物理处理法化学处理法生物处理法 物理处理法 去除物质不溶性的、呈悬浮状态的污染物。 主要工艺筛滤截留、重力分离、离心分离等。 处理设备格栅和筛网、沉砂池和沉淀池、气浮装置、离心机、旋分离器等。 化学处理法去除物质呈溶解、胶体状态的污染物。 主要工艺中和、混凝、化学沉淀、氧化还原、吸附、离子交换、膜分离等。 生物处理法微生物作用 分为：好氧生物处理、厌氧生物处理 多种处理方法、多个处理单元有机组合常规工艺流程如图三级处理处理方法：化学法、物化法 净化效率：满足排放及回用需要 工业废水处理流程成分复杂多变，没有通用的集中处理工艺流程。二级导流城镇尾水导流系统尾水导流形式管道：城区，造价高 明渠：郊外，造价低，植树绿化尾水最终处置 主导：污水生态工程利用土壤-微生物-植物系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，既达到对城市污水及部分工业废水的高级净化处理，又可利用其中的有用物质，实现污废水的资源化。 污水生态工程的特点：费用低水、土壤、细菌、高等植物和阳光效果好达到或超过常规系统的处理程度 空间大、时间长 再利用/ 再利用途径：城市回用工业回用农业回用地下水回灌生态回用关键控制水质标准废水再利用应考虑到诸多因素自然角度：长期缺水社会角度：确实需要经济角度：经济可行技术角度：有效去除（潜在微量有毒有害物质）尾水最终出路：就近水域 排江 排海关键控制水质标准第五章 土壤环境第一节 土壤的形成、组成和基性质第二节 土壤污染和自净第三节土壤退化土壤环境 土壤的形成岩石的风化：物理风化、化学风化、生物风化土壤的物质组成土壤固相物质粒间物质 生 物 体矿物质: 占固相重量95%左右, 总体积的38%左右有机物质: 占固相重量5%左右, 总体积的12%左右气相: 组成与大气有差异液相: 粒间水分及溶解于其中的物质昆虫、线虫、节肢动物原生矿物：没有发生成矿改变的矿物，有石英、长石、云母等次生矿物：原生矿物风化后组成与性质发生变化而重新形成的矿物，又称粘土矿物，有蒙脱石、伊利石等。矿物质是以粗细不同的颗粒形式存在的，即通常说的土壤颗粒。按粒径大小，土粒分为石砾、沙粒、粉粒和粘粒。土粒的大小与土壤矿物成分土壤化学成分密切相关。粘粒以上主要由各种原生矿物组成以石英最多，还有长石、云母等原生硅酸盐矿物；粘粒中原生矿物很少，基本上为次生矿物。类型： 非腐殖物质：碳水化合物；有机酸；木质素等。 腐殖质：结构复杂，是微生物作用下形成的性质稳定的新的高分子化合物。其形成分两个阶段：首先产生构成腐殖质主要成分的原始材料；将上述原始材料通过缩合与聚合作用，形成腐殖质的单体分子。土壤水 主要来自降水，同时还有灌溉水和地下水。 形态分为固态水、液态水和气态水 液态水：吸湿水、膜状水、毛管水、重力水。土壤空气 二氧化碳高于大气十到数百倍，氧气仅占十分之一左右。 土壤的环境特性： 酸碱性（pH值） 缓冲性 氧化还原状况 土壤胶体 土壤中的矿物质颗粒，在大多数情况下不是以单粒状态存在，而是互相粘聚或者被胶结成大小、形状、性质不同的土片、土块、土团甚至团聚体。结构类型：块状及棱块状，柱状及棱柱状，片状，单粒结构及团粒结构。 土壤退化：水土流失土壤风蚀和沙漠化土壤盐碱化非农业占地土壤的肥力：具有提供和协调植物生长所需的营养条件（水分与养分）和环境条件（温度和空气）的能力； 土壤环境背景值：是指未受或很少受人类活动特别是人为污染影响的土壤化学元素的自然含量。 土壤环境容：是在人类生存和自然生态不致受害的前提下，土壤环境所能容纳的污染物的最大负荷量。 土壤污染的概念土壤污染是指由于人为活动或自然因素，有意或无意地将对人类和其它生物有害的物质施加到土壤中，其数量超过土壤的净化能力，从而在土壤中逐渐积累，致使这些成分明显高于原有含量，引起土壤质量恶化，正常功能失调，甚至某些功能丧失的现象。土壤污染的特点1、隐蔽性或潜伏性2、不可逆性和长期性 3、间接危害性 4、土壤污染的难治理性土壤污染物的来源土壤污染主要来源于工业和城市的废水及固体废物、农药和化肥的大量使用，生物残体、大气中二氧化硫和氢氧化物以及大气核爆炸物通过降水而降落到地面的沉降物。土壤主要污染物的种类：1有机污染物农药，如DDT、六六六、狄氏剂（有机氯类）和马拉硫磷、对硫磷、敌敌畏（有机磷类）等，这些直接进入土壤的农药，大部分被植物吸附。石油、化工、制药、油漆、染料等工业排出的三废中的石油、多环芳烃、多氯联苯、酚等，也是常见的有机污染物。日本的米糠油事件。1968年日本九州爱知县一个食用油厂在生产米糠油时，因管理不善，操作失误，致使米糠油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体多氯联苯，造成食物油污染。由于当时把被污染了的米糠油中的黑油用去做鸡饲料，造成了九州、四国等地区的几十万只鸡中毒死亡的事件。随后九州大学附属医院陆续发现了因食用被多氯联苯污染的食物而得病的人。病人初期症状是皮疹、指甲发黑、皮肤色素沉着、眼结膜充血，后期症状转为肝功能下降、全身肌肉疼痛等，重者会发生急性肝坏死、肝昏迷，以至死亡。1978年，确诊患者人数累计达1684人。 2无机污染物 硝酸盐、硫酸盐氯化物、可溶性碳酸盐等是常见的且大量存在的无机污染物。这些无机污染物会使土壤板结，改变土壤结构，土壤盐渍化和影响水质等危害。 主要来自进入土壤中的工业废水和固体废物。3重金属污染物汞、镉、铅、砷、铬、锌等重金属会引起土壤污染。这些重金属污染物主要来自冶炼厂、矿山、化工厂等工业废水渗入和汽车废气沉降。公路两侧易会被铅污染，砷被大量用作杀虫剂和除草剂，磷肥中含有镉。19551972年 日本富山县神通川流域炼锌厂排放的废水污染了神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米和饮用水含镉而中毒，中毒者患病初期腰、背、膝关节疼痛，随后全身疼痛难忍，骨头变酥，极易折断。有一位患者骨折达70多处，身长缩短30厘米。1963年至1979年3 月共有患者共有130人，其中死亡81人。4固体废物 主要指城市垃圾和矿渣、煤渣、煤矸石和粉煤灰等工业废渣。固体废物的堆放占用大量土地而且废物中含有大量的污染物，污染土壤，恶化环境。关注 “白色污染” 5病源微生物 生活和医院污水、生物制品、制革与屠宰的工业废水、人畜的粪便等是土壤中病原微生物的主要来源。6放射性污染物 核试验； 原子能工业中所排出的三废。 由于自然沉降、雨水冲刷和废弃物堆积而污染土壤。土壤受到放射性污染是难以排除的，只能靠自然衰变达到稳定元素时才结束。农药对人体健康的危害 1、对神经的影响 有机氯农药具有神经毒性，DDT会危害中枢神经，有机磷农药最近被认为具有迟发性神经毒性，人类对此毒性极其敏感。 2、致癌作用 动物实验证明，DDT等农药有明显的致癌性能。 3、对肝脏的影响 有机氯农药能诱发肝脏酶的改变，从而改变体内的生化过程，使肝脏肿大以至死亡；还能损害肾脏并引起病变。 4、诱发突变 DDT和除莠剂2，4，5-T等是诱变物质，具有遗传毒性，能导致畸胎，影响后代健康并缩短寿命。 5、慢性中毒 农药慢性中毒时，将引起倦乏、头痛、食欲不振、肝脏损害等病症。1、土壤自净作用的概念 土壤的自净作用是土壤所具有的自身更新的能力。它是指土壤被污染后，由于土壤的物理、化学和生物化学等作用，在一定时间后各种有机物、病原微生物、寄生虫卵和有毒物质等逐渐分解、吸收、转化、积沉，最终达到无害化的能力。 2、 土壤污染的自净作用物理作用：日光、土壤温度、风力等因素；土壤颗粒上的胶体表面具有很强的吸附能力； 化学作用：金属离子与进入土壤中的污染物发生中和、氧化、还原、沉淀和水解等反应； 生物作用：有机污染物在土壤微生物（如细菌、真菌、放线菌等）作用下，将复杂的有机物降解为无机物或腐殖质。主要污染物在土壤中的迁移转化 农药 绝大多数为有机化合物，易为土壤土壤微生物、土壤酶所分解，主要通过脱氯、脱烷基、苯环破裂、氧化还原、水解作用等使分子简单化。 农药的挥发性使它通过土壤孔道散失。 重金属 始终不离土壤，只是随环境条件的规律性动态而作相应的微小变化，总是停留在表土或亚表土，很难迁入底层。土壤污染的防治：一、控制和消除土壤污染源 1控制和消除工业“三废”排放 2加强灌区的监测和管理 3合理使用农药与化肥二、防治土壤污染的措施 1生物防治 如美国分离出能降解三氯丙酸或三氯丁酸的小球状反硝化菌种；意大利从土壤中分离出的某些菌种，可抽取出酶复合体，能降解24-D除草剂；日本研究出土壤中红酵母和蛇皮藓菌，能降解剧毒性聚氯联苯达40和30。 2施加抑制剂 施用石灰可提高土壤pH值，使镉、铜、锌和汞等形成氢氧化物沉淀。碱性磷酸盐可与土壤中的镉作用生成磷酸镉沉淀。 3控制氧化还原条件 水稻田的氧化还原状况，可控制水稻田中重金属的迁