水质与社会发展-第一章.ppt

1.1 地球上水的分布 1.2 天然水 1.3 水的循环与再生 1.4 水的基本性质 1.5 水对人类的作用与意义,第一章 地球上的水,1.1 地球上水的分布,1.1.1 水的起源,我国在战国时代已经有关于阴阳五行的记载。五行即水、火、木、金、土 。 第一类假说认为，在初始的物质中存在一种H2O分子的原始星云，类似于现在平均含水0.5%的陨石。 第二类假说指出在星云凝聚成初始行星，即地球形成后才有形成水的原始元素氢和氧。,1.1.2 地球水圈的结构,（1）水汽 （2）水滴和冰晶,1.1.3 大气圈的水,冰雹,2005年5月31日下午，一场突如其来的冰雹突袭京城。最大的冰雹尤如鸡蛋大小，可以说是几十年罕见。许多汽车在这次特大的冰雹也遭了殃，车顶被砸得星星点点，许多的自行车棚也被砸得千疮百孔，场面狼藉。,1.1.4 生物水,（1）活质水 （2）植物水,1.1.5 地表水,（1）河流 洪水期、枯水期、平水期。,（2）湖泊,大多是自然营力（如地质板壳运动）所造成的,（3）沼泽,地表经常过湿或有薄层积水，水流异常缓慢，能使植物滋生，土层严重潜育化或有泥炭的形成与积累。,中国最美的沼泽湿地,若尔盖(藏语意思是牦牛喜欢的地方。 )县位于青藏高原东部边缘地带，地处阿坝藏族羌族自治州北部。黄河与长江分水岭将其划为东西两部，东部群山连绵，峰峦叠翠，林涛澜荡；西部草原湿地辽阔无际，水草丰茂，牛羊成群，素有“川西北高原的绿洲”之称。,若尔盖，宛如一块镶嵌在川西北部瑰丽夺目的绿宝石，被国际地质专家称为“世界上面积最大、最原始、没有受到人为破坏的最好的高原湿地”。若尔盖沼泽湿地一望无际、广袤无垠，是中国最美的湿地大草原。黄河30%多的水量都是由这片湿地提供，有着“地球之肾”美誉，当之无愧地成为母亲河的“蓄水池”。,1.1.6 地下水,是由于降水和地表水经土壤地层渗透到地面以下而形成。,常见的井水、泉水都是地下水，在岩溶发育地区，地下水还可以形成地下河。,地下水与地表水一样是人类社会得以生存和发展必不可少的水资源。 地下水作为一种资源，主要是从供水的角度来说的。地下水可以长期不间断地供应一定数量的水，以满足人类的需求。 例如 美国 原苏联 英国 我国,生活：33.7的大中城市主要以地下水作为供水水源，全国有1/3的人口饮用地下水 灌溉：在北方，纯井灌区占灌溉总面积的20左右，海河流域在水资源开采总量中一般都是地下水 ,地下水是重要的水资源,47的饮用水依靠地下水提供,62的城市只用地下水作为饮用水源，21的城市采用地表水和地下水作为饮用水源,30的饮用水来自地下水,第二节 天然水,1.2.1 天然水的种类,（1）降水：降水是指雨、雪、雹水 （2）地面水：地面水是降水在地表径流汇集后形成的水体，包括江河水、湖泊水、水库水等。 （3）地下水：地下水是由于降水和地表水经土壤地层渗透到地面以下而形成的。,1.2.2 天然水的组成,1.2.3 天然水的性质,（1）碳酸平衡,（2）天然水的碱度和酸度,（3）天然水的缓冲能力,1.2.4 天然水资源的自然属性,（1）流动性：受地心引力的作用，水从高处向低处流动，由此形成河川径流。河径流具有一定的能量。 （2）随机性：虽然地球上每年的降水基本上是一个常量，但受气象水文因素的影响，水资源的产生、运动和形态转化在时间和空间上呈现出随机特性。水资源分布存有明显的时空不均匀性，且差异很大。,（3）易污染性：外来的污染物进人水体后，随着水的运动，迅速扩散。虽然水对污染物质有一定的稀释和自净能力，但有一定限度。当进人水中的污染物质超过这一限度时，就在水体中存留，并随着水流动、下渗、沉淀，以及通过生物链富集，迅速扩散，影响水的使用功能。江河水体中携带的泥沙沉淀后，还会造成河道、湖泊淤积。 （4）利害两重性：天然来水太少，发生干旱灾害，水是宝贵的资源；水太多，则造成洪涝灾害，危及人类的生命财产和陆生生态系统，损害生态环境。水体污染后，对人类的健康、生活、社会、经济以及生态环境系统产生很大的负作用。,第三节 地球上水的循环与再生,1.3.1 水循环的概念,地球上各种形态的水在太阳辐射和地心引力的作用下，通过水分蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程，称为地球上的水循环。,形成水循环的内因 是水的物理特性，即水在常温状态下的三态转化，它使水分的转移与交换成为可能； 形成水循环的外因 是太阳辐射和地心引力，太阳辐射促使冰雪融化、水分蒸发、空气流动等，是水循环的原动力，地心引力能保持地球的水分不向宇宙空间散逸，使凝结的水滴、冰晶得以降落地表，并使地面和地下的水由高处向低处流动。 此外，外部环境的不同，如海陆分布和地形的差异，也能影响水循环的路径、规模和强度。,1.3.2 水循环的分类,1.3.3 自然循环的分类,大循环是指水在大气圈、水圈、岩石圈之间的循环过程。 小循环是指陆地或者海洋本身的水单独进行循环的过程。,自然循环的作用和意义,水循环是地球上最主要的物质循环之一。通过形态的变化，水在地球上起到输送热量和调节气候的作用，对于地球环境的形成、演化和人类生存都有着重大的作用和影响。 水循环决定了全球的水量平衡，也决定着一个地区的水资源总量。,自然循环的周期与意义,水体在参与水循环过程中全部水量被更新一次所需的时间称为水体的更新周期。,水体的更新周期是反映水循环强度的重要指标，也是反映水体水资源可利用率的基本参数。水体更新周期越短，说明其动态交换速度越快，该水体在水资源开发利用中的作用就越大。 由于地球上的水处于循环运动之中，从这个意义上说，水是一种世界性的不断更新的资源，具有“取之不尽”的特点。但是在一定的空间和时间范围内，水资源又是有限的，如果取用的水量超过更心的数量，就要造成水资源的枯竭，所以不是“用之不竭”的。,1.3.4 水的社会循环,水的社会循环,1.社会循环的形式,良性循环是指对使用后的污废水，经过收集、处理和处置，使其水质达到国家规定的排放标准后，才排回天然水体的循环方式。或者经过处理，使水质达到某种使用要求后再使用的污水零排放的情况，也属于良性循环. 非良性循环则是对使用后的废水，不经过处理就直接排入天然水体的循环方式。,粮食和肉食的生产都需要水，如加州一家普通肉牛场生产1公斤汉堡包或牛排的用水量约为20500升。,2.人类活动的影响,整个人类都生活在全球及地区水循环联系的控制之中。 如亚马逊河流域大规模土地利用的变化可能影响美洲大部分地区降雨模式； 在中东，由于流域河流上游的超量抽取底下水就使沿海地区产生海水入侵。 在阿尔塞一个封闭湖泊流域的上游大量灌溉，致使湖泊入流减少，以致湖泊消亡。,通过上述事例可见，由于水循环固有的连续性，将会产生连锁反应，如将对环境处理的不利影响从此处传输到彼处，从陆地传输到水体；从上游传输到下游；从河流流域传输到海洋水域。可见水循环的联系和跨度是很大。,3.社会循环的控制,人类对水的自然循环影响有限，但是对水的社会循环的各个环节都可以施加重大影响。水的社会循环量的多少，使用后废水的水质与排放量，以及对废水处理程度等方面，人们都可以控制。因此，人们应尽可能利用自己的影响，使水的社会循环更加有效、合理，使水资源可持续利用，是人类社会得以可持续发展。,第四节 水的基本性质,1.4.1 水分子的结构,水分子模型图,水分子的电子云图,氧原子位于中心，两个氢原子位于歪方匣的一个面的两个对角，O-H距离0.96,H-H距离为154，HOH所夹键角为104。30，此键角受外界作用影响时会发生变化。 由于水分子中氧原子的负电性较强，使得氢原子的质子“裸露”，于是就可以通过氢键的形式使1个水分子与4个水分子发生缔合相连形成立体空间结构。,1.4.2 水的化学成分,如果按体积比，是含有两份氢和一份氧；如果按其重量比，则含有11.11%的氢和88.89%的氧。水的气态所具有的最简单的化学式为H2O，在液态和固态状态，则有单分子水H2O、双分子（H2O）2与多分子水（H2O）n集聚在一起形成分子缔合。 在天然情况下，实际上是不存在绝对纯净的水。,1.4.3 水的状态变化,在标准大气压力下，水的凝固点是0。水的沸点是100。水在4摄氏度时密度最大，再冷，反而体积膨胀起来，所以冰比水轻，浮在水面。由于冰的导热性差，可以保护冰下水层不至于很快冷却结冰，使水中生物仍能生存，但冰层阻碍大气中氧气溶解到水里去，使水中溶解氧得不到补充，如若严重缺氧就会使鱼类生物死亡。,1.4.4 水的不可压缩性质,根据实验资料表明：水在0时，每增加一个大气压力，体积仅缩小了二万分之一。如果要把水压缩使它的体积减少千分之一，便需要增加2076650Pa大气压力(相当于21.2kgcm2的力)。所以，在实际应用时，常把水看作是不可压缩的流体。,1.4.5 水的表面张力,除了汞以外，水的表面张力最大，在0时等于75.4910-5Ncm；在100时等于57.1510-5Ncm。由于表面张力的作用，水可以在毛细管内沿着管壁上升，即发生水的毛细管作用，由此产生毛细、吸附、湿润等一系列的界面现象，这种作用对于土壤中水的运动具有很大意义。,1.4.6 水的溶解和反应能力,由于水分子的极性强，容易同其他物质生成氢键，产生水合作用的缘故，所以水是优良的溶解剂。特别是，水分子能通过氢键与水中的各种无机离子及有机大分子中离子基团相互作用，形成更为复杂的功能性结构，这一点对生物来说水分子的极性十分重要。在溶液中，水本身也参与多种反应，也可以起到催化作用。如盐类的水解、以及多种氧化物与水反应生成酸和碱，水化物广泛存在于晶体及溶液中。如明矾的成分？,第五节 水对人类的作用与意义,地球上一切生命存在的基础 对人的重要性 人体的2/3是水； 人体失去10的水，将难以运动； 失去20的水将导致死亡 水是重要的资源(？花钱如流水),水的重要性,水是生命系统与生命支持系统中最基本、生态系统中最活跃、影响最广泛的要素。地球上水的来源一直是学术界争论不休而悬而未决的问题，但水在生命形成与演化中的作用则早已被科学所证实。 水饱含于人体，当机体的水量失衡后，轻则影响健康，重则危及生命。,1.5.1 水在生命形成及演化中的作用,人体生命活动中的消化、造血、新陈代谢、细胞合成、生殖等生理过程，都是在水参与下进行的。 生物从外界环境中吸取养分，通过水把各种养分物质输送到机体的各个部分，又通过水把代谢物排出体外。,1.5.2 水的生理作用,1.5.2.1 溶解消化功能,可使水溶性物质以溶解状态和电解质状态存在。甚至一些脂肪和蛋白质也能在适当条件下分散于水中，构成乳浊液或胶体溶液。 另外，事物进入口腔和胃肠后，依靠消化器官分泌的消化液（包括唾液、胃液、胰液、肠液、胆汁等），才能进行食物消化和吸收。而这些消化液中水的含量高达90%以上。,1.5.2.2 参与代谢和载体输送功能,水不仅是体内生化反应的媒体介质，还参与体内的氧化、还原、合成、分解等化学反应。 通过水把吸收来的营养物质溶解输送到机体的各个部分，之后有通过水把代谢物收集排出体外。从而维护体内物质及能量的转化过程及平衡。 例如血液运送氧气、葡糖糖、氨基酸、酶、激素、维生素至全身；把二氧化碳、尿素、尿酸等代谢废物运往肾脏，随尿排出。,血液中80%是水,1.5.2.3 调节抑制功能,1.调节体温，保持均衡稳定 参与氧化分解释放热量，多余热量以出汗散热. 2.调节体液黏度，改善体液组织的循环. 3.调节肌肉张力，保障其正常收缩. 例如：损失占体重2-4%的水分时，肌肉强度就会减少21%。 4. 调节机体的渗透压和酸碱平衡.,1.5.2.4 润滑滋润功能,水的黏度小，可使体内摩擦部位润滑，减少体腔内脏器官的摩擦，防止损伤，并使器官运动灵活。 水还有滋润功能，使身体细胞经常处于湿润状态，保持肌肤丰满柔软。滋润喉咙，还可维持腺体器官的正常分泌。,1.5.2.5 稀释排毒功能,水有很好溶解能力，通过肾脏在排泄水的同时可将体内代谢废物、毒物及食入的多余药物等一并排出，减少肠道等对毒物的吸收。饮水可使血液中的毒素稀释，并快速排出体外。 另外，人体血液的含水率约为80%，保持体内水量充足可降低血黏度，防止胆固醇等附着在血管壁上，引起血管老化和动脉硬化。,1.5.3 水的健康功效,美国一位医学博士研究认为 “水可以作为强体剂、镇静剂、溶剂、发汗剂、兴奋剂和新陈代谢促进剂”。他还强调说“水随有”药效，但又和药剂不同，完全无副作用，这是水特有的长处”。 俄罗斯学者的研究证实，若能长期经常饮用凉开水，有预防感冒、咽喉炎和某些皮肤病之功效。,1.镇静功效 在心情烦躁、情绪不稳时，悠闲自在地漫漫少量饮水，胜似品好酒，会产生安神镇静功效。适量饮水可以显著缓解因脑部缺血而引起的头晕，从而减少眩晕或晕倒。 2.解热功效 指水能使人体的多余热量得到降解而趋于正常体温。例如，感冒发烧时，在吃药的同时还应多喝开水，不仅可以促进血液循环与净化，排除血液中的有毒物质，还可增加排汗和排尿，以降低体温。,3.急救功效,水也是某些疾患的急救方法之一。例如，发生腹泻时大肠无法吸收水分，水分被大量排出，便会引起体内脱水现象。 对于高热、腹泻脱水的病人，应该强迫使其饮水，及时补充流失的水量。如能静脉输入0.9%的生理盐水或葡萄糖盐水，会更快起到有效的治疗作用。,4.伴药功效,不论是中药还是西药，也不论是中草汤剂或固、粉状成药，服药必伴服水。这样才能快速充分发挥药物的治疗作用。即靠水分扩散、溶解并渗滤药物于体液或血液之中，然后靠水的流动性将起输送到全身病源、病灶处，最后水将代谢废物、病原体及多余药物排出体外。 服药多喝水，以避免药物缓慢通过，甚至滞留在食道里，由于其化学或机械的刺激，使食道产生炎症或出血等。,1.5.4 水作用于健康的过程与途径,水对健康的作用是十分明显的。天然水必须达到一定的标准才能作为饮用水源。 水对人体健康不仅有以上最直接的作用，还通过大气、土壤、沉积物、生物等各种环境间接影响健康。,水对健康的直接与间接作用示意图,1.5.5 水是农业的命脉,农业（含种植、林、牧、渔业）是第一产业，其生产的对象是有生命的植物和动物，它们的生长同样都离不开输水。 农业用水量占世界水资源的2/3。,1.5.6 水是工业的血液,水是人类生产过程中不可缺的自然资源，各种工业生产均需要消耗大量的水。工业用水量仅次于农业用水量，但其增长速度十分迅速。 同时，不同行业对水质又有不同的要求。火电、冶金、化工等行业中，冷却用水占总用水量的80%以上。在纺织、造纸、食品工业中，工艺用水占总用水量的40%以上。,1.5.7 水是城市发展的基本条件,水兴城兴，水衰城衰。水源条件是城镇建立、生存和发展的基础。随着城市的发展，人口增加，生活水平的提高，生活用水量会不断扩大。同时与之配套的环境景观、旅游业及服务业的用水都会不断增加。水资源不足，城市发展就会受到制约。,此外，水上航运是交通运输的重要组成部分，对人类的经济生活有着重大的影响。水还是能量的载体，水能是一种重要清洁能源，在社会生活中起着举足轻重的作用。 总之，人类社会的各个方面都与水有着密不可分的联系，水质是社会生存发展的动力，必须对水的重要意义有着充分认识。,讨论题,1. 地球水圈系统的组成？ 2.水分子的极性使水具有优良的溶解性，这一点对生物来说有什么重要性？ 3.简述天然水体缓冲性能的意义？ 4. 水循环包括哪几个环节？水自然循环周期的意义 ？,