水的基础知识--水资源

1.1 水资源

1.1.1 水资源分布概况

水是自然界分布最广的一种资源。它以气、液、固三种状态存在。自然界的水，主要指海洋、河流、湖泊、地下水、冰川、积雪、土壤水和大气水分等水体，其总量共约1.4x10¹⁹m³，将其平铺在地球表面上，水层厚度可达到约3000米深。但是绝大部分是咸的海水，加上内陆地表咸水湖、地下咸水，共约占总水量的98%。而冰川、积雪约占总水量的1.7%，目前尚难以利用和开发。实际上可供开发利用的淡水只占总水量的0.3%，约为4x10¹⁶M³。因此，淡水是有限的宝贵资源。

我国河流、湖泊众多，水量丰沛，根据一些特征，基本上可分为四个区：潮湿区、湿润区、过渡区和干旱区。这是由气候、地形、土壤、地质等各种条件决定的，它们的降水和径流量、混浊度、含盐量及化学组成等各有特点，见下表：

	潮湿区	湿润区	过渡区	干旱区
年降水量/(mm)	>1600	1600-800	800-400	<400
年径流量/(10⁸m³)	>1000	1000-100	100-25	<25
平均含沙量/(kg/m³)	0.1-0.3	0.2-5	1-30	-
常见混浊度/(mg/L)	10-300	100-2000	500-20000	-
含盐量/(mg/L)	<100	100-300	200-500	>500
总硬度/(mmol/L)	<0.5	0.5-1.5	1.5-3.0	>3.0
PH值	6.0-7.0	6.5-7.5	7.0-8.0	7.5-8.0以上
地区范围	东南沿海	长江流域、西南地区、黑龙江、松花江流域	黄河流域、河北地区、辽河地域	内蒙地区、西北地区

1.1.2 各行业用水的各种水源及特点

水是各行业生产中最重要的原料之一，没有合格的水源，任何行业都不能维持下去。作为各行业用水的水源主要来自地表的江河水、湖泊和水库水、地下水(井水)、海水以及自来水。

1.1.2.1 江河水

河流是降水经地面径流汇集而成的，流域面积十分广阔，又是敞开流动的水体，其水质受地区、气候以及生物活动和人类活动的影响而有较大的变化。

河水广泛接触岩石土壤，不同地区的矿物组成决定着河水的基本化学成分，此外，河流水总混有泥沙等悬浮物而呈现一定混浊度，可以从几十mg/L到数百mg/L。夏季河水上涨混浊度还要高，冬季又可降到很低。水的温度则与季节、气候直接有关。

河流水中主要离子成分构成的含盐量，一般在100-200mg/L，不超过500mg/L，个别河流也可达30000mg/L以上。一般河水的阳离子中[Ca²⁺]>[Na⁺]，阴离子中[HCO₃^-]>[SO₄^2-]>[Cl^-]；也有一些河水中[Na⁺]>[Ca²⁺]；个别河水中[Cl^->[HCO₃^-]。我国主要河流的水质组成见下表：

成分	含量/(mg/L)
成分	珠江	长江	黄河	黑龙江	闽江	塔里木河	松花江
Ca²⁺	18	28.9	39.1	11.6	2.6	107.6	12.0
Mg²⁺	1.1	9.6	17.9	2.5	0.6	841.5	3.8
Na⁺+ K⁺	16.1	8.6	46.3	6.7	6.7	10265	6.8
HCO₃^-	32.9	128.9	162.0	54.9	20.2	117.2	64.4
SO₄^2-	34.8	13.4	82.6	6.0	4.9	6052	5.9
Cl^-	7.3	4.2	30.0	2.0	0.5	14368	1.0
含盐量	110.2	193.6	377.9	83.7	35.5	31751.3	93.9

1.1.2.2 湖泊和水库水

湖泊是由河流及地下水补给而成的，它的水质与补给水水质、气候、地质及生物等条件有密切关系，同时流入和排出的水量、日照和蒸发强度等也在很大程度上影响湖水的水质。如果流入和排出的河流水量都较大，湖水蒸发量较小，则湖水含盐量较低，形成淡水湖，其含盐量一般在300mg/L以下。通常淡水湖泊在湿润地区形成。

水库实际上是一种人造湖，其水质也与流入的河水水质和地质特点有关，但最终会形成与湖泊相似的稳定状态。

通常取淡水湖和低度咸水湖作水源，其水质离子组成与内陆淡水河流相似，多数是[Ca²⁺]>[Na⁺]，[HCO₃^-]>[SO₄^2-]>[Cl^-]的类型；少数的[Na⁺]>[Ca²⁺]，个别的有[Cl^-]>[HCO₃^-]的情况。下表为湖泊、水库组成的例子：

	含量 / (mg/L)
	Ca²⁺	Mg²⁺	Na⁺	HCO₃^-	SO₄^2-	Cl^-	含盐量
武汉南湖	18.9	1.83	17.9	70.7	15.8	13.7	138.7
湖北洪湖	22.4	3.17	11.4	75.3	10.3	4.55	127.12
长春立新城水库	20.5	5.61	3.17	79.9	5.0	7.1	121.3

1.1.2.3 地下水

地下水是由降水经过土壤底层的渗流而形成的。地下水按其深度可以分为表层水、层间水和深层水。通常作水源使用的地下水均属层间水，即中层地下水。这种水受外界影响小，水质组成稳定，水温变化很小，水质透明清澈，有机物和细菌的含量较少，但含盐量较高，硬度较大。随着地下水深度的增加，其主要离子组成从低矿化度的淡水型转化为高矿化度的咸水类型，即从[Ca²⁺]>[Na⁺]、[HCO₃^-]>[SO₄^2-]>[Cl^-]转化为[Na⁺]>[Ca²⁺]、[Cl^-]>[SO₄^2-]>[HCO₃^-]。

由于地下水与大气接触不畅通，水中溶解氧很少，有时由于生物氧化作用还产生H₂S和CO₂。H₂S使水质具有还原性。下表为某些地下水的水质组成：

成分	含量/(mg/L)
成分	石家庄井水	哈尔滨井水	佳木斯井水	宁夏同心县井水	湖南岳阳井水	天津塘沽地下水
Ca²⁺	82.9	78.2	37.2	481.0	2.83	8.0
Mg²⁺	19.8	12.8	12.6	437.8	1.56	3.7
Na⁺+ K⁺	16.2	23.5	20.4	2790.0	5.29	317.0
HCO₃^-	219.6	317.2	140.0	488.2	9.76	464.0
SO₄^2-	37.3	8.0	15.0	3938.5	8.95	48.0
Cl^-	28.0	21.34	40.0	2127.6	2.55	200.0
fe²⁺	-	0.02	10.0	-	1.4-2.1	-
Mn²⁺	-	-	1.0	-	-	-
含盐量	403.8	461.0	276.2	10476.0	38.0	1040.7
H₂S	-	76.4	-	-	-	含F5.0
游离CO₂	-	11.5	60.0	-	79.4	含F5.0
PH	7.6	6.9	6.6	-	5.5	8.3
特点		含H₂S	含铁、锰	苦咸水	含铁，极软，腐蚀性强	含氟矿化水