第一章 绪论

第一节 水环境概况

一、水环境的定义

水是环境中最活跃的自然要素之一，也是地表的主要组成物质。没有水就没有生命，水是一切文明之源。水携带着来自自然界和人类活动所产生的各种物质进行迁移和转化，影响着地形地貌、气候条件、自然景观等的形成与变化，从而影响人类环境的区域分异和动态变化，同时作为能源、生产原料和生活资源，也对社会经济的发展和人类生活质量具有重要影响。水是人类及一切生物赖以生存的必不可少的物质基础，据统计，在发展中国家，每人每天平均用水量为40~350L；在发达国家的一些现代化城市，每人每天用水量高达600~830L。

水环境在 《环境科学大辞典》中的定义是 “地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸环境要素如河床、海岸、植被、土壤等。水环境主要由地表水环境和地下水环境两部分组成。地表水环境包括河流、湖泊、水库、海洋、池塘、沼泽、冰川等。地下水环境包括泉水、浅层地下水、深层地下水等。”根据 《中华人民共和国水文基本术语和符号标准》（GB/T50095-98）的规定，水环境 （waterenvironment）是指围绕人群空间可直接或间接影响人类生活和发展的水体，以及影响其正常功能的各种自然因素和有关的社会因素的总体。

水体一般具有多种复杂的现象，物理现象包括迁移、输送、沉积、渗透、扩散、蒸发、凝结、固化等；化学现象包括各种化学反应；生物现象包括光合作用、呼吸作用、吞食、分解、转化、迁移等。水环境科学所阐述的内容包括水环境科学的基本概念、基础理论和研究方法，水环境系统的特点、重要作用和影响因素，以及水环境保护、水资源利用和管理、水污染治理、水灾害防治等诸多问题。

二、水资源概况

水是地球上分布最广的资源，是人类环境的一个重要组成部分。地球表面71%的面积被水覆盖，水的总量约为1.39×1010亿m3，其中海洋水体约占97.41%，冰帽和冰河水体约占1.984%，地下水约占0.592%，湖泊水体约占0.007%，土壤水体约占0.005%，大气中水蒸气约占0.001%，河流水体约占0.0001%，生物体中的水约占0.0001%。但淡水资源总量仅为0.036×1010亿m3，仅占所有水资源的2.5%，且近70%的淡水固定在南极和格陵兰的冰层中，其余多为土壤水分或深层地下水，不能被人类利用。因此，地球上只有不到1%的淡水或约0.007%的水可为人类直接利用。全球淡水资源不仅短缺而且地区分布极不均衡。按地区分布，巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、印度、哥伦比亚和刚果等9个国家的淡水资源占世界淡水资源的60%。约占世界人口总数40%的80个国家和地区的约15亿人口淡水供应不足，其中26个国家和地区约3亿人极度缺水。更可怕的是，预计到2025年，世界上将会有30亿人面临缺水，40个国家和地区淡水资源严重不足。

我国的降水、河流、湖泊、地下水和冰川等水资源相当丰富。水资源总量为2.8×104亿m3。其中地表水2.7×104亿m3，地下水0.83×104亿m3，由于地表水与地下水相互转换、互为补给，扣除两者重复计算量0.73×104亿m3，与河川径流不重复的地下水资源量约为0.1×104亿m3。按照国际公认的标准，人均水资源低于3000m3为轻度缺水；人均水资源低于2000m3为中度缺水；人均水资源低于1000m3为严重缺水；人均水资源低于500m3为极度缺水。

中国目前有16个省（自治区、直辖市）人均水资源量（不包括过境水）低于严重缺水线，有6个省、自治区（宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏）人均水资源量低于500m3。中国水资源总量并不算多，排在世界第6位，而人均占有量更少，为2240m3，在世界银行统计的153个国家中排在第88位。中国水资源地区分布也很不平衡，长江流域及其以南地区，国土面积只占全国的36.5%，其水资源量占全国的81%；其他地区，国土面积占全国的63.5%，其水资源量仅占全国的19%。

下文根据中华人民共和国水利部发布的《2016年中国水资源公报》，对我国水资源简况进行介绍。

1.水资源总量及分布

2016年，全国水资源总量为32466.4亿m3，其中，地表水资源量31273.9亿m3，地下水资源量8854.8亿m3，地下水与地表水资源不重复量为1192.5亿m3。全国年平均降水量730.0mm，全国水资源总量占降水总量的47.3%，平均单位面积产水量为34.3万m3/km2。

2.蓄水动态

2016年，对全国639座大型水库和3410座中型水库进行统计，水库年末蓄水总量为3953.7亿m3；对29个水面面积在100 km2及以上的湖泊进行统计，湖泊年末蓄水总量为1301.1亿m3；北方16个省级行政区对74万km2平原地下水开采区进行了统计分析，年末与年初相比，浅层地下水蓄变量为67.0亿m3。

3.水资源开发利用

2016年，全国供水总量为6040.2亿m3，占当年水资源总量的18.6%。其中，地表水源供水量为4912.4亿m3，占供水总量的81.3%；地下水源供水量为1057.0亿m3，占供水总量的17.5%；其他水源供水量70.8亿m3，占供水总量的1.2%。

2016年，全国用水总量为6040.2亿m3。其中，生活用水为821.6亿m3，占用水总量的13.6%；工业用水为1308.0亿m3，占用水总量的21.6%；农业用水为3768.0亿m3，占用水总量的62.4%；人工生态环境补水142.6亿m3，占用水总量的2.4%。

2016年，全国耗水总量为3192.9亿m3，耗水率为52.9%。全国废污水排放总量为765亿t。2016年，全国人均综合用水量为438m3，万元国内生产总值（当年价）用水量为81m3。耕地实际灌溉亩均用水量为380m3，农田灌溉水有效利用系数为0.542，万元工业增加值（当年价）用水量为52.8m3，城镇人均生活用水量（含公共用水）为220L/d，农村居民人均生活用水量为86L/d。

三、我国水环境概况

（一）我国主要流域

我国七大流域包括长江流域、黄河流域、珠江流域、海河流域、淮河流域、松花江流域和辽河流域。

长江流域是指长江干流和支流流经的广大区域，发源于唐古拉山脉主峰格拉丹东雪山西南侧，横跨中国东部、中部和西部三大经济区，共计19个省（自治区、直辖市），是世界第三大流域，干流长6300km，流域总面积180万km2，占中国国土面积的18.8%，流域内有丰富的自然资源。干流自江源至宜昌为上游，河长4510km，除四川盆地外，多流经高山峡谷，坡陡流急，落差5360m，占全江总落差的98.9%。其中江源至当曲长约360km，称为沱沱河；当曲至玉树巴塘河口长约820km，称为通天河；巴塘河口至宜宾长约2300km，称为金沙江；宜宾至宜昌长约1000km，称为川江。川江下段自奉节至南津关长209km，为著名的三峡，宜昌以下进入中下游平原。宜昌至鄱阳湖湖口为中游，长约940km。湖口以下为下游，长约850km。中游河段内，自湖北枝城至洞庭湖出口城陵矶长约340km，称为荆江，河道蜿蜒曲折，两岸地势低洼，是长江防洪形势最为严峻的一段。中下游平原湖泊星罗密布，主要通江湖泊有洞庭湖、鄱阳湖、巢湖和太湖四大淡水湖。

黄河流域西起巴颜喀拉山，东临渤海，南至秦岭，北抵阴山，流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东9个省（自治区），流域面积75.2万km2，黄河全长5464 km，仅次于长江，是中国第二长河流，也是世界第六长河流。从河源到内蒙古托克托为上游，其中兰州以上大部分地区植物被覆较好；玛多至青铜峡的干流多峡谷，水能资源丰富；青铜峡以下为河套平原，灌溉发达，可通航运。托克托至河南桃花峪为中游，也有丰富的水能资源；两岸为黄土高原，植被少，水土流失严重，是黄河泥沙的主要来源。桃花峪到入海口为下游，两岸绝大部分修建了大堤，泥沙淤积使河床一般高出两岸地面3～5m，部分高达10m，故称为悬河；沿岸多灌区，干流也可通航。河口附近，黄河入海水道不断淤积、延伸、改道，造陆作用强烈。各河段直接汇入干流的流域面积大于1万km的支流有十条，以渭河的面积与水量最大。

珠江流域由西江、北江、东江及珠江三角洲诸河四个水系组成，分布于中国的云南、贵州、广西、广东、湖南、江西六个省（自治区）及越南东北部。珠江的主流是西江，发源于云南省境内的马雄山，在广东省珠海市的磨刀门注入南海，全长2214km。全流域面积45.37万km2，其中中国境内面积44.21万km2。珠江自云贵高原至南海之滨，干流总落差2136m，全流域水能理论蕴藏量3348万kW，主要集中在西江南盘江下游和红水河及黔江河段，可开发水电装机容量2512万kW，是中国水电开发建设基地之一。

海河流域位于中国华北地区，是中国开发较早的流域之一，习惯上包括海河和滦河两个水系。海河流域范围包括北京市、天津市和河北省大部分，山西省、山东省、河南省、辽宁省和内蒙古自治区的一部分。流域总面积31.8万km2（其中海河水系26.4万km、滦河水系5.4万km）。流域内山区、平原面积分别占60%和40%。燕山、太行山由东北至西南呈弧形分布。山脉以西、以北为黄土高原；山脉以东、以南是广阔的平原。山地与平原间的过渡地带短，几乎直接交接。平原地形的总趋势是由西南、西、北向天津附近的渤海湾倾斜。由于历史上黄河多次改道入侵以及本流域各支流冲积的影响，平原区内构成缓岗与洼淀相间分布的复杂地形。

淮河位于长江、黄河之间，干流全长约1000 km，流域面积27万km2，其中淮河水系19万km2，沂沭泗水系8万km2。淮河干流发源于河南省桐柏山，由西向东流入洪泽湖，出洪泽湖后分为两支：一支经高邮湖、邵伯湖在江苏省扬州市东南流入长江，称为入江水道，最大泄洪能力为12000m3/s；另一支经苏北灌溉总渠流入黄海，设计泄洪能力为800m3/s。此外，还可经废黄河泄洪300m3/s，在大洪水时经淮沭新河向新沂河分洪3000m3/s。淮河流域的东北部为沂沭泗水系，原为发源于沂蒙山流入淮河的支流。12世纪末到19世纪中叶，黄河改道，占夺徐州以下泗河和淮阴以下淮河河道。由于黄河河床淤积抬高，淮河和沂沭泗流域排水受阻，形成了洪泽湖、骆马湖和南四湖，使淮河南流入江，沂沭泗河则东流入海。经1949年以来的整治，沂沭河上游来水有一部分向新沭河分流，其余经新沂河入海；泗河流入南四湖，经运河入骆马湖，并接纳沂河来水，由嶂山闸泄入新沂河。

松花江是中国东北地区的主要江河，流经哈尔滨、佳木斯，在同江附近注入黑龙江，干流全长939km，流域面积54.6万km2，分属内蒙古、吉林和黑龙江三省（自治区），其中山区占61%，丘陵占15%，平原占24%。流域东西分布有三江平原和松嫩平原，土地肥沃，草原连片。全流域耕地约2亿亩，并有3000万亩荒地可供开垦。年降水量一般为500mm，东南部山区达800mm，西南部平原只有400mm，其年际变化较大，呈现明显的丰枯交替变化规律。河川径流量约780亿m3，地下水资源约370亿m3，扣除重复水量后，水资源总量约950亿m3。流域自然灾害主要为洪涝和干旱，东涝西旱。涝灾以东部三江平原最重，平均两年发生一次；旱灾以西部松嫩平原较重，以春旱为主。

辽河位于中国东北地区西南部，源于河北省，流经内蒙古自治区、吉林省、辽宁省，注入渤海。全流域由两个水系组成：一为东、西辽河，于福德店汇流后为辽河干流，经双台子河由盘山入海，干流长516km；二为浑河、太子河于三岔河汇合后经大辽河由营口入海，大辽河长94km。流域总面积21.9万km2。西辽河郑家屯以上为辽河上游，面积13.6万km2，区内气候干旱，植被覆盖率不到30%，水土流失十分严重。流域中下游面积8.3万km2。辽河干流东侧为石质山区，植被较好，雨量较丰，水系面积共5.26万km2，仅约占全流域的24%，而年径流量约占全流域径流总量150亿m3的70%；干流西侧多黄土沙丘，其中柳河水土流失严重，是中下游泥沙的主要产区。中下游地区经济发达，工农业总产值占全流域的95%以上。

（二）水环境质量现状

“十三五”期间，进一步完善的国家地表水环境监测网，覆盖全国主要河流干流及重要的一级和二级支流，兼顾重点区域的三级和四级支流，重点湖泊、水库等。共设置国控断面（点位）2767个（河流断面2424个、湖库点位343个），其中评价、考核、排名断面（点位）共1940个（简称“国考断面”），入海控制断面共195个（其中85个同时为评价断面、考核断面、排名断面），趋势科研断面共717个。

根据《2016中国环境状况公报》，2016年，全国地表水1940个评价、考核、排名断面（点位）中，Ⅰ类47个，占2.4%；Ⅱ类728个，占37.5%；Ⅲ类541个，占27.9%；Ⅳ类325个，占16.8%；Ⅴ类133个，占6.9%；劣Ⅴ类166个，占8.6%。6124个地下水水质监测点中，水质为优良级、良好级、较好级、较差级和极差级的监测点分别占 10.1%、25.4%、4.4%、45.4%和14.7%。地级及以上城市897个在用集中式生活饮用水水源监测断面（点位）中，有811个全年均达标，占90.4%。春季和夏季，符合第一类海水水质标准的海域面积均占中国管辖海域面积的95%。近岸海域417个点位中，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类和劣Ⅳ类分别占 32.4%、41.0%、10.3%、3.1%和13.2%。

如图1-1所示，2016年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大流域和浙闽片河流、西北诸河、西南诸河的1617个国考断面中，Ⅰ类34个，占2.1%；Ⅱ类676个，占41.8%；Ⅲ类441个，占27.3%；Ⅳ类217个，占13.4%；Ⅴ类102个，占6.3%；劣Ⅴ类147个，占9.1%。主要污染指标为化学需氧量（COD）、总磷（TP）和五日生化需氧量（BOD5），断面超标率分别为17.6%、15.1%和14.2%。其中，浙闽片河流、西北诸河和西南诸河水质为优，长江和珠江流域水质良好，黄河、松花江、淮河和辽河流域为轻度污染，海河流域为重度污染。

2016年，112个重要湖泊（水库）中，Ⅰ类水质的湖泊（水库）8个，占7.1%；Ⅱ类28个，占25.0%；Ⅲ类38个，占33.9%；Ⅳ类23个，占20.5%；Ⅴ类6个，占5.4%；劣Ⅴ类9个，占8.0%。主要污染指标为总磷（TP）、化学需氧量（COD）和高锰酸盐指数（CODMn）。如图1-2和图1-3所示，108个监测营养状态的湖泊（水库）中，贫营养的10个，中营养的73个，轻度富营养的20个，中度富营养的5个。

2016年，以地下水含水系统为单元，以潜水为主的浅层地下水和承压水为主的中深层地下水为对象，国土资源部门对全国31个省（自治区、直辖市）、225个地市级行政区的6124个监测点（其中国家级监测点1000个）开展了地下水水质监测。评价结果显示：水质为优良级、良好级、较好级、较差级和极差级的监测点分别占10.1%、25.4%、4.4%、45.4%和14.7%。主要超标指标为锰、铁、总硬度、溶解性总固体、“三氮”（亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氨氮）、硫酸盐、氟化物等，个别监测点存在砷、铅、汞、铬（六价）、镉等重（类）金属超标现象。水利部门流域地下水水质监测井主要分布于松辽平原、黄淮海平原、山西及西北地区盆地和平原、江汉平原重点区域，监测对象以浅层地下水为主，基本涵盖了地下水开发利用程度较大、污染较严重的地区。2104个监测站地下水质量综合评价结果显示：水质评价结果总体较差。水质优良的监测站比例为2.9%，良好的监测站比例为21.2%，无较好监测站，较差的监测站比例为56.2%，极差的监测站比例为19.8%。主要污染指标除总硬度、溶解性总固体、锰、铁和氟化物可能由于水文地质化学背景值偏高外，“三氮”污染情况较重，部分地区存在一定程度的重金属和有毒有机物污染。

（三）水环境问题及其影响

随着经济社会的迅速发展、人口的不断增长和生活水平的逐渐提高，人类活动对河流、湖泊、水库、港湾等的负面影响日益加剧，当前，世界各国面临的水环境问题包括水资源短缺、水污染严重等，正威胁着人类的生存和可持续发展。据统计，目前每天有大约200万t的废物倾倒于河流、湖泊和溪流中。每升废水将会导致8升多的淡水遭受污染。与此同时，世界海洋的污染也日趋严重。海洋孕育了地球上的原始生命，为人类提供了丰富的资源，是全球生命系统的重要组成部分。因为海洋本身具有自净功能（通常称为“海洋自净能力”），进入海洋的各种污染物经过化学氧化、还原、物理扩散、稀释和生物降解过程，以及放射性衰变过程，被海水净化，成为无害物质。因此长期以来海洋基本上并未被污染。但水体自净的能力终究是有限的。进入20世纪以来，随着工农业的发展、人口的剧增、人类海上活动的频繁，大量生产、生活的废弃物被无节制地排入海洋，导致海洋被严重污染。污染最严重的海域有波罗的海、地中海、东京湾、纽约湾、墨西哥湾等。就国家来说，沿海污染严重的国家包括日本、美国、西欧诸国。我国的渤海湾、黄海、东海和南海的污染状况也相当严重。这些污染主要有石油污染、放射性污染以及水质富营养化引起的赤潮污染等。

1.我国面临的水环境问题

当今世界面临的水问题可以概括为干旱缺水、洪涝灾害和水环境恶化。我国地处中纬度，受气候条件、地理环境及人为因素的影响，曾经是一个洪涝灾害频繁、水资源短缺、生态系统脆弱的国家。中华人民共和国成立后，水利建设工作取得了很大的进展，在很大程度上有效地改善了水资源条件，积极支持经济社会发展。当然，在很多地区，目前水问题仍然是制约区域经济社会发展的瓶颈。从全国范围看，我国面临的水问题主要有以下几个方面：

（1）防洪标准低，洪涝灾害频繁。我国是世界上洪涝灾害最为频繁和严重的国家之一，重大洪涝灾害不仅毁坏农田水利和道路桥梁等基础设施，还淹没土地、损坏房屋等，破坏农民生存环境。重大洪涝灾害的频繁发生已严重影响人类的生存环境及地区经济建设。中华人民共和国成立以来，我国共发生重大洪涝灾害22次，平均2.7年一遇，据统计，1949-2010年，全国年平均洪涝受灾面积732.5万hm2，年平均洪涝成灾面积523万hm2，平均每年造成的受灾农作物面积和成灾农作物面积分别占耕地面积的10%和4%。我国重大洪涝灾害的形成易受地理环境的影响，其中海陆交错带多受风暴影响，东南季风活动区易发生重大洪涝灾害。区域上，我国东南和华中沿海地区 （珠江流域、长江流域以及淮河和海河流域）为重大洪涝灾害多发区，平均2～3年出现1～2次重大洪涝灾害；东北 （松花江流域、辽河流域）、江南部分地区 （汉水流域）和四川盆地为重大洪涝灾害次多发区；云贵高原和黄河中游为重大洪涝灾害少发区；西北大部分、青藏高原、内蒙古大部分为重大洪涝最少发区。由于受季风的影响，我国大部分地区夏季多有持续性的暴雨，因此，我国洪涝灾害影响范围往往比较广，且有较强的季节性、同发性和后效性规律。

（2）干旱缺水严重。特殊的地理条件和气候特征决定了我国是一个干旱及旱灾频繁发生的国家。长时间的持续干旱，不仅严重影响了人民生活和各行各业的正常用水需求，而且对生态系统和环境造成了强烈的冲击和破坏，导致城市供水限时定量，农村饮水困难，粮食大面积减产，江河断流、湖泊干涸，植被大面积死亡以及沙尘暴频频发生等。在目前正常用水需求同时又不超采地下水的前提下，全国年总缺水总量约为400亿m3。农业、工业以及城市都普遍存在缺水问题，尤其以农业缺水最为严重，达到300亿m3左右。城市和农村生活用水也受到水资源短缺的严重影响。目前，农村有3000多万人饮水困难，1/4人口饮用水达不到国家饮用水卫生标准；全国663个城市中，有400多个出现供水不足的现象，其中近150个城市严重缺水。我国干旱缺水问题的易发性、持续性、广泛性和危害性，决定了解决干旱问题的复杂性和艰巨性。缓解干旱引发的损失是我国当前乃至今后很长一段时间必须面对的艰巨任务。

（3）水环境恶化。我国水体的水质状况总体上呈现恶化趋势。1980年全国污废水排放量为310多亿m3，1997年为584亿m3，2013年全国污废水排放总量为775亿m3。受污染的河流长度也逐年增加，在全国水资源质量评价的约10万km河流长度中，受污染的河流长度占46.5%。全国90%以上的城市水域受到不同程度的污染。目前，全国水蚀、风蚀等土壤侵蚀面积占国土面积的38%左右；北方河流干枯断流情况越来越严重。此外，河流萎缩，森林、草原退化，土地沙化，部分地区地下水超量开采等诸多问题都严重影响到水环境。

2.水环境问题带来的社会影响

水资源短缺、洪涝灾害、水环境污染等水问题严重威胁着我国乃至世界范围内的经济社会发展，其造成的社会问题主要表现在以下几个方面：

（1）给国民经济带来重大损失。我国是水资源相对贫乏的国家，人均水资源量相当于世界人均量的1/4，居世界第88位。随着工农业的发展和人民生活水平的提高，水资源紧缺的矛盾日益突出。而目前日趋严重的水污染又进一步加剧了水资源短缺的矛盾。特别是辽河流域、海河流域、淮河流域内的广大地区，本来就是我国缺水最严重的地区，严重的水污染使当地缺水矛盾尖锐化，给工农业生产造成严重损失。据统计，全国每年因缺水造成的直接经济损失达到上千亿元。同时，水资源短缺又引起农业用水紧张，许多地区多年来一直用污水进地灌溉，仅海河流域污灌面积就达到1000万亩。长期污灌，使得污灌区土壤遭到污染，从而使农作物带有残毒，有的甚至无法食用。水污染对渔业同样产生了严重的影响，一些污染严重的河段已经鱼虾绝迹。

（2）威胁社会安全稳定。由于我国水环境污染严重，城乡居民饮水安全受到威胁。由于水源地污染而引起的社会问题相当突出，如淮河干流连续发生的水污染事故，导致淮南、蚌埠、盱眙等市县上百万人很长一段时间无水可饮。水污染严重的地区，一方面饮水安全受到威胁；另一方面长期污灌，造成地表水、地下水、土填、农牧渔产品等的污染和农业生态环境的破坏，对人体健康已构成了威胁。另外，严重的水污染造成一些地区水污染事故频繁发生，从而引发了许多污染纠纷，这些纠纷直接影响了当地社会安定。

（3）导致生态系统恶化。水不仅是经济社会发展不可替代的重要资源，同时也是生态系统不可缺少的要素。随着经济的发展，人类社会对水资源的需求量越来越大，为了获取足够的水资源以支撑自身发展，人类过度开发水资源，从而挤占了维系生态系统正常运转的水资源量，结果导致了一系列生态问题的出现。例如，我国西北干旱地区水资源天然不足，为了满足经济社会发展的需要，当地盲目开发利用水资源，不仅造成水资源更加短缺，加重了水资源危机，同时使得原本十分脆弱的生态系统更加恶化，天然植被大量消亡、河湖萎缩、土地沙漠化等问题相继出现，已经危及到人类的生产和发展。目前，水资源短缺与生态系统恶化已经成为制约部分地区经济社会发展的两大限制性因素。