水是生命之源，它既是生物体占比最大的组成成分，也是生物进行新陈代谢的良好溶剂；从发展的角度来看，水是不可或缺的原料；从维持地球生态平衡来看，水对于调节气候起到了重要的作用。水是地球上最宝贵的资源之一，保护水资源、防治水污染、提高水资源利用率与地球上每一个人息息相关，也是我们义不容辞的责任。

• 1.1.1水循环

地球上的水总量是有限的，自然界中的水是不能新生的，只能通过水循环的方式再生，根据推动循环的动力不同，水循环可以分为自然循环和社会循环。

1. 一、自然循环

水的自然循环主要是在太阳能的作用下，地表水体和植物中的水份被蒸发和蒸腾形成水汽，上升到空气中形成云，云在大气环流作用下移动至各处，在适当的条件下以降水（降雨、降雪、冰雹等形式）回到地表，部分沿地表径流汇入江河湖海，部分渗入地下形成地下水，部分被植物吸收通过蒸腾的方式回到大气，从而实现自然界中淡水的动态循环，如下图所示。

你能够尝试根据动态循环过程完成图中填空吗？

二、社会循环

为了满足人类生存和发展的需求，人类社会从各种天然水体中取用大量的水，使用之后的水就成为生活污水和工业废水，被排放进入天然水体。这样以满足人类生存和发展需求为目的在人类社会中形成了一个水的循环，即为水的社会循环，它和水的自然循环之间的关系如图1-1所示。

                                     图1-1 水的自然循环和社会循环

理想状态下，人类社会从水的自然循环中通过给水处理取用水资源，经过使用后被污染的水通过污废水处理再回到自然水体中去。

• 1.1.2水资源

一、世界水资源及其特点

水是地球上最丰富的化合物，约占地球外层5km地壳质量的50%，覆盖地球71%的表面积，总量约为13.6×108km³。但水在地球上的存在状态和分布是不均匀的，如图1-2所示。

                              图1-2 地球上水资源及其存在状态分布

大部分的海水是不能被人类直接利用的，陆地上的淡水也有很多存在于两级冰川和山顶冰盖中，能够被人类直接利用的只有河水、淡水湖等地表水和部分浅层地下水，这部分的总量约占地球总水量的0.2%，体积约为3×106km³，由此可见人类可以直接利用的淡水资源是及其有限的。

此外由于世界各地水文、气候条件的差异，水在地理上的分布也是及其不均匀的，加上水处理程度不能匹配工农业迅速发展速度导致的水体污染，一些地区缺水严重。据统计世界上100多个国家存在不同程度的缺水，其中15个为人均1000m³以下的严重缺水国。受缺水困扰的人口数量约占地球总人口的40%，而且这一数字仍在不断增加。

二、中国水资源及其特点

我国水资源呈现如下特点。

1.总量大，人均少

中国水资源总量为世界第6位，但人均占有量仅为世界人均的1/4，约为2200m³/人，属于水资源贫乏国家之一，预计到2030年将降至1700~1800m³/人。

2.水量在地区上分布不平衡

水资源在地区上的分布和降水有关，由于我国地域辽阔，地形复杂，南北、东西气候差异大，所以水资源的分布整体上呈东南多、西北少，由东南沿海地区向西北内陆递减，分布不均匀。

3.水量在时程分配上不均匀

由于受季风气候影响，降水量在年内分配不均，年际变化大。中国大部分地区冬春少雨，多春旱；夏秋多雨，多洪涝。全年降水多集中在雨季。此外年际变化也很大，风水年、枯水年降水量相差可达5~6倍之多。

4.水土资源组合不相适应

东北、西北、黄淮河流域径流量只占全国总量的17%，但土地面积却占全国的65%；长江以南江河径流量占全国的83%，土地面积仅占35%。此外各地对水资源的开发利用也不平衡，南方多水地区水利用程度较低，北方少水地区地表水、浅层地下水的开发利用程度较高。

• 1.1.3水体污染

水体污染是指水体因某些物质的介入，引起其化学、物理、生物或放射性等方面特性的变化，从而导致水质下降，水资源的利用价值降低或丧失的现象。

水体污染可以分为自然污染源和人为污染源。自然污染源是指由自然因素所产生的污染，如降水对矿石的溶解作用和对大气的淋洗以及地表径流携带各种污染物质进入水体而形成的污染。人为污染源是指人类在生产生活中产生的废水、废弃、固体废弃物（简称“三废”）对水体的污染。其中工业废水和生活污水是造成水体污染的两大污染源。

水体受污染后，会对环境和生态系统造成危害，严重时可造成水体生态平衡的破坏：物质循环中止，水生动植物大量死亡，甚至危及人的生命。据统计，1985~2000年期间因水污染造成的损失达2735亿元。更重要的是生态系统一旦被破坏，再恢复所需的人力物力往往数倍于以环境为代价获得的收益。因此只有做好污染治理，处理好“发展”和“环保”之间的关系，才能避免出现以环境为代价的“发展”，走可持续发展的道路。

• 1.1.4水体环境容量

环境容量是指环境系统能够容纳的污染物的量，反应了环境的净化能力。水体环境容量则是在满足水环境质量标准的条件下，水体环境系统能够容纳的最大允许污染物负荷量，污染物排放量超过最大允许负荷量，水体生态环境和正常功能就会遭到破坏。

一、水体的自净作用

水在自然循环的过程中由于物理稀释作用和水体生态系统的作用，可以实现一定程度上的自我净化作用。具体来说，污染物随污水排入水体后，经物理、化学和生物等方面的作用，使得污染物的浓度或总量减少，逐步恢复原有状态的现象称之为水体的自净作用。

水体的自净机制可以分为以下几类：

1.物理过程

污水汇入江河湖等地表水之后会由较为明显的稀释作用，同时在混合、沉淀等物理作用下水体污染物质的浓度得到降低。稀释受到分子扩散和湍流扩散的影响，混合作用与温度、水团流量和搅动情况有关，沉淀过程则受到水文条件和水中其他物质的影响，除了能够降低水中不溶性悬浮物的含量，同时还能发生吸附作用，消除一部分可溶性污染物。

2.化学及物理化学过程

污水中的污染物还会和水体中的物质发生氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应使其污染物质的浓度和总量降低。

3.生物化学过程

通过水中微生物的代谢活动，污染物中的有机物质能够被氧化分解并转化为无害、稳定的无机物，从而有机污染物的浓度和总量降低。

上述三种机制均不是单独发生的，而是同时、同地进行，相互影响、相互交织，共同完成水体的自净过程，其中在污染物总量降低方面起主要作用的是生物化学过程。

二、水体自净过程

下面以河流的生化自净为例，介绍当河流接纳有机废水后河水的自净过程。使用水中溶解氧含量评价水体自净程度，自然水体中溶解氧含量越高则代表水体净化程度越高。河流接受非持续污染之后，水中溶解氧变化规律如图1-3所示。

                           图1-3 水体接受污染物后的氧垂曲线示意图

图中表示河流在接受污染物之后水中溶解氧含量随时间推移变化的曲线即为氧垂曲线。氧垂曲线能够反映了两点：1.间接表示了河流的自净过程；2.最缺氧点距离受污染点的位置及其溶解氧含量，可以对河流受污染情况进行预测和水体防护。   

三、水体环境容量

当区域内污染物的排放超过了水体环境容量，则会导致水体生态系统被破坏、正常水体的使用功能丧失等问题。借助水体环境容量我们可以实现对水污染的削减，从而保证污染物的排放不影响水体环境的自净功能。

水体环境容量这一概念的出现伴随着污染物控制由浓度控制转为总量控制的过程，在操作层面上一般会将环境浓度标准与背景值的差作为环境容量，并将其转换成排放量，可以对区域内多种污染物的排放实现总量控制。

穿插在知识点中的课堂练习可以在这里快速找到。

任务1：水的自然循环

任务2：水体自净氧垂曲线