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第八章 森林与水质 森林水文学 山东农业大学林学院董智nmgdz 第八章森林与水质 8 1河水的化学成分及水质指标 8 3森林与水质 8 2水污染和水体保护 8 1河水的化学成分及水质指标 一 溶液与浓度 一 溶液一种或几种物质分散成极微小的粒子 均匀地布散在另一种液体中所共同组成的体系称为溶液 溶液中的溶质颗粒粒径不超过10 7mm 如溶质分散 粒径较粗在10 7 10 5mm范围内即为胶体溶液 当溶液中颗粒粒径大于10 5mm时 液体呈混浊状 此时不再是溶液而是悬浮液了 颗粒再大就成为悬移质 8 1河水的化学成分及水质指标 一 溶液与浓度 二 浓度溶液中溶质的含量称为浓度 常用表示方法 1 浓度 指单位容积溶液中溶质的重量 mg L g L 2 ppm 百万分之一浓度 相当于mg L 3 克分子浓度 每升溶液中溶质的克分子数 相当于mg L 8 1河水的化学成分及水质指标 二 环境因素对天然水化学成分的影响 一 地质因素一个地区地层的岩性基本决定了地下水化学成分的特点 也影响着补给河流和湖泊的水化学成分 被淋溶出来的元素多以液态水溶液形式进行迁移 其迁移强度可用水迁移系数Kcx表示 水迁移系数是指某一化学元素在天然水矿物质总量中的百分含量与水流通过的岩石 风化壳或土壤中该元素的平均含量之比 水迁移系数越大 元素的迁移能力越强 式中 Kcx x元素的水迁移系数 Mex x元素在河流中的含量 8 1河水的化学成分及水质指标 二 环境因素对天然水化学成分的影响 一 地质因素一个地区地层的岩性基本决定了地下水化学成分的特点 也影响着补给河流和湖泊的水化学成分 水迁移系数是指某一化学元素在天然水矿物质总量中的百分含量与水流通过的岩石 风化壳或土壤中该元素的平均含量之比 水迁移系数越大 元素的迁移能力越强 式中 Kcx x元素的水迁移系数 Mex x元素在河流中的含量 Mtx x元素在河流流经区域岩石中的平均含量 8 1河水的化学成分及水质指标 二 环境因素对天然水化学成分的影响 一 地质因素 风化壳中元素的迁移序列 8 1河水的化学成分及水质指标 二 环境因素对天然水化学成分的影响 二 气候因素 干旱地区 植被稀少 风把风化壳和土壤中易溶盐类以尘埃形式带进大气 使得降水的矿化度也较高 近海地区大气中的Na和Cl离子占优势 也有部分S 造成降水矿化度高或以酸的形式降落 不同地理环境 大气含盐性质和含盐量不同 对天然水化学成分的影响也不同 8 1河水的化学成分及水质指标 二 环境因素对天然水化学成分的影响 三 人类活动因素 人类活动常使天然水中化学成分发生改变 造成直接或间接的水污染 农田灌溉排水 工业污水排放造成直接污染 而大气污染 土壤污染则造成间接水污染 黄河兰州段 8 1河水的化学成分及水质指标 三 河水的化学成分及其动态 一 河水化学成分的基本特点 河水的化学成分由于地表径流形成地区及水体所处地理位置 地质构造 岩性 地形及水文气象要素的不同而表现不同 1 河水的水化学属性几乎完全取决于补给水源的性质及比例 河水的矿化度普遍低 一般河水矿化度小于1克 升 平均只有0 15 0 35克 升 在各种补给水源中 地下水的矿化度比较高 而且变化大 冰雪融水的矿化度最低 由雨水直接形成的地表径流矿化度也很小 8 1河水的化学成分及水质指标 三 河水的化学成分及其动态 一 河水化学成分的基本特点 3 河水化学组成的空间分布有差异性 不同河流甚至同一河流的不同河段水化学特征的不均一性明显 离河源越远 河水的矿化度越大 同时钠和氯的比重也增大 重碳酸盐所占比重减小 4 河水的化学成分具有季节性 河水补给来源随季节变化明显 因而水化学组成也随季节变化 2 河水中各种离子的含量差异很大 8 1河水的化学成分及水质指标 三 河水的化学成分及其动态 二 我国河流的化学成分 从东南沿海湿润地区向西北内陆干旱地区 各地河水矿化度差异很大 具有逐渐增加的趋势 东南沿海多在50mg L以下 秦岭 淮河一线以北 矿化度变化较大 多在200 300mg L 华北平原多在400 500mg L 滨海地区多在500 1000mg L 黄土高原南部为300 400mg L 西北部500 1000mg L 西北高山地区一般在200mg L 8 1河水的化学成分及水质指标 四 水质指标 一 概念 水体质量的简称 指水体的物理 化学和生物特性 组成状况及其动态特征 二 常用指标 1 物理性质 2 酸度 3 碱度 4 pH值 5 硬度 6 溶解氧DO 7 耗氧量COD 8 生物需氧量BOD 9 氯化物 10 氨氮 11 酚氰化物 12 铬 砷等 第八章森林与水质 8 1河水的化学成分及水质指标 8 3森林与水质 8 2水污染和水体保护 8 2水污染与水体保护 一 污染源和污染过程 一 概念 水污染指水体因某种物质的介入 而导致其化学 物理 生物或者放射性等方面特征的改变 从而影响水的有效利用 危害人体健康或者破坏生态环境 造成水质恶化的现象称为水污染 中华人民共和国水污染防治法 水污染是指进入水体中的污染物含量超过了水体的自净能力 使水质变坏造成危害的现象 8 2水污染与水体保护 一 污染源和污染过程 二 水质污染形成的原因和污染源 形成水质污染的原因有两类 一类是自然污染 另一类是人为污染 当前对水体危害较大的是人为污染 水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染 物理性污染和生物性污染三大类 污染源主要有 1 未经处理的工业废水和排水污染 2 未经处理的生活污水污染 3 大量使用化肥 农药 除草剂的农田回流水污染 4 废气 固体废弃物和生活垃圾 5 水土流失 6 矿山污水 8 2水污染与水体保护 一 污染源和污染过程 三 水质污染过程 1 蓄积 浓缩与富集 2 水作为运送系统的循环 8 2水污染与水体保护 一 污染源和污染过程 四 污染源评价 点源污染指有固定排放点的污染源 包括工厂 企业等的排污 面源污染则为没有固定排放点的污染源 包括城市 农田 林牧矿区等的排污 经过地面径流和灌溉回归水进入水体 8 2水污染与水体保护 一 污染源和污染过程 四 污染源评价 污染源评价方法 计算等标污染指数 也称超标倍数 即某种污染物的浓度与污染源排放标准的比值 计算等标污染负荷 即等标污染指数与介质 载体 如污水 废气 排放量的乘积 反映污染物总量排放指标 计算污染物或污染源的污染负荷比 即某个污染源或某种污染物在总体中的分数 按污染负荷比的大小对污染源和污染物排序 位于前面的为主要污染源或主要污染物 8 2水污染与水体保护 二 水体自净作用 一 水体自净作用的概念 在水体的环境容量范围内 经过水体的物理 化学和生物作用 使受污染的水体随时间和空间变化而自然降低 逐渐净化复原的过程 水体自净可以发生在水中 如污染物在水中的稀释 扩散和水中生物化学分解等 可以发生在水与大气界面 如酚的挥发 也可以发生在水与水底间的界面 如水中污染物的沉淀 底泥吸附和底质中污染物分解等 8 2水污染与水体保护 二 水体自净作用 一 水体自净作用的概念 水体的自净作用的各个过程 物理过程 化学和物化过程及生物化学过程 常常是同时同地产生 相互影响 其中常以生物自净过程为主 生物体在水体自净作用中是最活跃 最积极的因素 例如 河流对污染物的净化过程大致如下 当污染物质排入河流后 首先被流水混合 稀释扩散 比水重的粒子即沉降堆集在河床上 接着可氧化的物质被水中的氧所氧化 有机物质通过水中微生物的作用进行生物化学的氧化分解还原成无机物质 与此同时 河流表面又不断地从大气获得氧气 补充水中被消耗掉的溶解氧 阳光可以杀死病原微生物 8 2水污染与水体保护 二 水体自净作用 二 水体自净作用的类型 1 物理净化 指污染物质由于稀释 扩散 挥发 混合和沉淀等过程而降低浓度 稀释和混合作用是水环境中极普遍的现象 又是比较复杂的一项过程 它在水体自净中起着重要的作用 2 化学净化 污染物质通过氧化还原 酸碱反应 分解化合 吸附凝聚等反应使其浓度降低 3 生物净化 污染物质中的有机物 由于水体中生物活动尤其是微生物的代谢活动而被分解 氧化并转化为无害 稳定的无机物 从而使浓度降低 又称生物化学净化 8 2水污染与水体保护 二 水体自净作用 三 水体自净作用的影响因素 各种水污染物本身具有的理化性质直接影响水体自净 有的物质如有机氯农药及合成洗涤剂等稳定性高而需十年以上的时间才能分解 它们随地球的水循环不断积累蔓延至全球 水体自净过程是一个十分复杂的过程 与污染物的性质和浓度 水体的水情动态 水生生物活动及各种环境因素有关 8 2水污染与水体保护 二 水体自净作用 三 水体自净作用的影响因素 湖泊 水库的水体深度大 沉淀自净作用效果较好 水体中的湿度分层和融水现象利于净化 不同水体由于条件不同而有不同的自净作用 地下水的自净作用发生于地下水层内 通过土壤孔隙的过滤 吸附 交换作用及土壤表层微生物的分解作用而发挥功能 因此 一些易分解的污染物在进入地下水后长期不能消除 并且影响范围巨大 河流流动性好 可利用稀释混合 海洋是承接大部分陆地水污染的场所 它庞大的水量 独特的理化性质和海流对污染物净化有特殊作用 8 2水污染与水体保护 三 水体保护 一 水质监测 水质监测是水体保护的一项重要内容 监测范围包括未被污染和已受污染的天然水 江 河 湖 海和地下水 及各种各样的工业排水等 主要监测项目可分为两大类 一类是反映水质状况的综合指标 如温度 色度 浊度 总硬度 电导率 悬浮物 pH值 溶解氧 化学需氧量和生物需氧量等 另一类是一些有毒物质 如酚 氰 砷 铅 铬 镉 汞 氨氮和有机农药等 水质监测是监视和测定水体中污染物的种类 各类污染物的浓度及变化趋势 评价水质状况的过程 8 2水污染与水体保护 三 水体保护 二 水质标准 水质评价标准是为保证水源能长期满足需求而定的各种水质成分的浓度范围 只要在规定浓度范围内即有安全保证 我国制定有饮用水 地面水 地下水 渔业用水 农业用水 工业用水等标准 也有相应的水系监测水质标准 该标准将水质分为五类 8 2水污染与水体保护 三 水体保护 三 水质评价 水质评价是按照评价目标 选择相应的水质参数 水质标准和评价方法 对水体的质量利用价值及水的处理要求作出评定 水质评价是合理开发利用和保护水资源的一项基本工作 8 2水污染与水体保护 三 水体保护 三 水质评价 评价方法有两大类 一类是以水质的物理化学参数的实测值为依据的评价方法 另一类是以水生物种群与水质的关系为依据的生物学评价方法 较多采用的是物理化学参数评价方法 其中又分 单项参数评价法 即用某一参数的实测浓度代表值与水质标准对比 判断水质的优劣或适用程度 多项参数综合综合评价法 即把选用的若干参数成一个概括的指数来评价水质 又称指数评价法 第八章森林与水质 8 1河水的化学成分及水质指标 8 3森林与水质 8 2水污染和水体保护 8 3森林与水质 一 森林对水质的影响 一 对水的化学成分的影响 从森林流域中流出的水 含有各种化学成分 由于降水经过森林流域时 可以将土壤和岩石风化物及生物遗体中的各种物质溶解 这样就增加了水的化学成分 另一方面 降水通过森林流域时 由于枯枝落叶和土壤腐殖质的作用 又可除去某些溶解成分 起到净化水的作用 另外 降水还可以淋洗植物叶片中的物质 在英国发现 从林冠下收集到的雨水要比附近空旷地收集的雨水含有较多的钾 钠 钙 镁 8 3森林与水质 一 森林对水质的影响 一 对水的化学成分的影响 林外雨 林内雨 树干流及地表径流中养分含量的平均浓度 ppm 8 3森林与水质 一 森林对水质的影响 二 对河流悬移质的影响 通过截留 蒸腾 入渗等功能减少了地表径流 防止了冲刷 同时可有效过滤 截留径流中的泥沙 悬浮物等 使河流保持较低的泥沙悬移质含量 不同的乔木和灌木树种对流经森林地带的悬移质所起的作用不同 如果把来自无林地的水中的含沙量作为100 那么流经松林带以后的水 含沙量能减少到20 而流经榆树林的含沙量能够降低到15 8 3森林与水质 一 森林对水质的影响 三 对水温 溶解氧 病原体等的影响 由于遮荫使阳光直射到水面的量减少 可降低水温 DO含量较高 由于森林中的溪流远离人们居住的区域 受污染的机会少 且水温较低 因而水质较纯净 水体中的病原体较少 8 3森林与水质 二 森林对污染水的净化作用 一 对水质具有净化作用 森林通过截留 淋洗 枯枝落叶层过滤 净化等作用 对流经森林流域中的水具有良好的净化作用 对于防止水源污染 改善水质具有重要意义 对于消除非点污染尤为重要 8 3森林与水质 二 森林对污染水的净化作用 二 可降低水温和水的硬度 提高水的碱性 无林流域的河水较水库水较有林流域的水温高7 8 这对水生动物的生长 对城市和用水都会产生不良影响 三 可降低水对土壤的侵蚀 使降水的动能减小 降低对土壤表面的直接击溅 减少地表径流的冲刷等 8 3森林与水质 二 森林对污染水的净化作用 三 可降低水对土壤的侵蚀 8 3森林与水质 二 森林对污染水的净化作用 四 可降低细菌数量 防止细菌污染 森林对污水的净化能力也极强 污水穿过40米宽的林地 水中细菌含量大致可减少一半 而后随着流经林地距离的增大 污水中的细菌数量最多时可减少90 以上 流经森林地区的水 其细菌指标较流经裸地 农田的水的细菌指标要低得多 如果来自裸地的1L水中 含细菌数量为100 则经过榆树林每升水中的细菌含量为2 流经橡树 榆树林的水中为1 流经相思树和榆树的细菌含量为10 8 3森林与水质 三 林地人类活动对水质的影响 一 采伐造成水温上升 采伐森林后使林地缺少覆盖遮蔽 水体温度升高 三个流域 a择伐25 在靠溪流位置留15 30m的缓冲带 b皆伐 c未伐 的对比试验证明 a的水温未上升 b第一年月均升温7 78 年最高温提高15 56 随植被恢复提高幅度逐渐下降 c未变 采伐森林或造林都可以