水文循环、生态环境和气候变化

７ ０ｍ 深 的地下 水有 几百 年 ， 至更 长 的平 均滞 留时间 。最长 河流 中 ， 的滞 留时间 为 ２ 。土壤 中水 的平 ５ 甚 水 Ｏｄ 均 滞 留时 间约 为一个 月 。大湖 （ 如 ， 国和加 拿 大 的 Ｇｒａ ａ ｅ） ， 的滞 留 时 间为 ９ ～ ２ ０ａ 而较 小 例 美 ｅｔ ｋｓ 中 水 Ｌ ｏ ０ ； 的湖泊 和蓄 水池 有更 短 的周转 时 间 。对 人类 而 言 ， 实 际意 义 的水 资 源 ， 在 于海洋 上层 表面 、 有 存 浅层 地下 水 、
族中， 只有 ７ 物种 在海 洋 中繁衍 生 息 ； 内陆水 体 中 ， 活 的动 物物 种 数 占 １ 。然 而 ， 期 以来 ， 于人 在 生 ２ 长 由
类 对 有 限的 淡水 资源 的过 度使 用 ， 致使 很 多水 生物 种 的栖 息 地 和它 们 的生 物 群 落遭 受 灭 顶 之灾 。在美 国西
气候 变化 ， 气 、 体 污染等 一 系列环 境 问题 。现 在 ， 类不 得 不 面对 极 端气 候灾 害频 发 、 空 水 人 生存环 境恶 化 的严
酷 事 实 。Ｃ ｒ ｎ等Ｌ 认 为 ， 的可得 性 ， ｏ ｗｉ 】 ］ 水 尤其 是 清 洁饮 用 水 的 可得 性 ， 是 ２ 将 １世 纪 人 类 面 临 的最 重要 的挑 战之 一 ； 资 源被认 为是 全球 最 急迫 的资 源 问题 。 水
部， 大量 的水 从天 然生 态 系统 引 出 ， 进入 人类 建 造 的大规 模水 源 地 ， 者水 利 发 电系统 ， 成鱼类 和水 生 动物 或 造 种群 数量 严 重贫 化 。此现 象归 因 于进 入天 然生 态 系统 的淡 水流 量锐 减 ， 破坏 了鱼 类 的产 卵地 ， 或阻 断 了到达
敏 感性 增加 。污染 造成 对环 境 的威胁 包 括 ： 物 多样 性 的损失 ， 生 地球 生 物地 理化 学循 环 的改变 ， 貌 的变态 ， 地
水 体 的污染 ， 自然 资源 的过度 利 用 ， 来 物种 入侵 ， 壤侵蚀 等 。人 类 活动导 致 的气候 变 化 ， 水 资源 和农业 外 土 对 生 产 的影 响尤 其值 得关 注 。
２ １ 淡水 资 源短 缺及 与气 候变 化相 关 的水 灾 害 ． ２ １ １ 不 合 理利 用水 资源 ．．
人 类 可 以得 到 的 淡 水 资 源 约为 淡 水 资 源 总 量 的 ０ ３／， 概 不 到 １ ×１ ｍ。 绝 大 多数 在 河 流 、 ． ６ 大 ９ Ｏ ０ｋ ， 湖泊
源。
２ 人 类活 动 对水 资源 和 环境 的影 响
在 人类 社会 发 展过 程 中 ， 用资 源 的 同时 ， 往伴 随着 污 染 的 发生 。污染 是 指 人 为 添加 到 空 气 、 和土 使 往 水 壤 中的物质 ， 成其 宜 于各类 生 物栖 息性 质 的丢失 ， 造 自然 界各 类 物 质 的平 衡 状 态 遭 到 破坏 ｌ 。现 在 ， 们 对 ２ ］ 人 污 染 物影 响 的忧虑 ， 了各 种癌 症之 外 ， 除 还涉及 更 多种 类 的疾 病 ， 因此 ， 生理 学 的变化 导致 人类 对 多种疾 病 的
湖泊、 流 、 河 大气 层和 土壤 的水 分 中 。
假 如每 年平 均 ７ ０ｍｍ 的 降水量 均匀 地分 布 在地球 的陆地 面积 上 ， 且 获得合 适 的管理 ， 这个 星 球 可 ５ 并 则 以提供 丰裕 的淡 水 资源 ， 满足 人类 （ 至可 以是 ５ 甚 ０亿 人 口的几倍 ） 和其 他 动 、 物 的需要 。然 而 ， 植 不幸 的是 淡 水 资源 在地 球上 的分 布是 很不 均 匀 的 ， 降水 量 和泄 流流量 在 时 间和空 间 的分配 也是 没有 规律 的 。例如 ， 美 南 洲 的 Ａｔｃｍａ沙漠 ， 全球 最干 旱 的地 区之一 ， 利 的 Ａｒ ａ 全年 的降雨 量 经 常为 零 。非 洲 Ｓ ｈ ｒ 漠 的 ａａ 是 智 ｉ， ｃ ａ ａａ沙
中 图 分 类 号 ：Ｘ ４ ：Ｔ １ ． １ ３ Ｖ２ ３ ４ 文献标 识 码 ： Ａ
淡水 资 源是基 础 性资 源 。水是 生态 循环 中关 键 性组 成 部 分 ， 是所 有 环境 和社 会 过程 所 必 须 的物 质 。水 生态 系统 是 多种 多样 生物 的栖 息地 ， 在全 球生 物地 理 化学 过程 中扮 演重 要 角色 。然 而 ， 类至今 对 全球水 资 人 源状 况 的了解 还很 不完 善 和详尽 。一 个 多世 纪 以来 ， 世界 人 口猛增 ， 类活 动导 致碳 、 人 氮循 环失 衡 ， 造成全 球
体颗 粒 ， 以雨滴 、 花或 冰雹 的形 式返 回地 面 。每 年大 约有 ５ ×１ ｋ 的水 从 地球 表 面 和植 物蒸 发 进入 大 雪 ０ ０ ｍ。
气 层 ， 中 ８ （ 其 ５ 约为 ４ ×１ ｋ ） 自海 洋 ， 余 来 自陆地 上 的湖 泊 、 流 、 壤 、 物 。这 里 还 有 约 ４ ３ ０ ｍ。来 其 河 土 植 × Ｉ ｋ 的水量 以云 的形 式从 海洋 上 空移 到陆 地上 空 。这 样海 洋 区域 的 降水量 接 近 ３ ×１ ｋ ， Ｏ ｍ。 ９ ０ ｍ。 占全 球 降 水 量 的 ７ 。陆 地 区域 的降水 量为 ｌ ×１ ｋ ， ８ １ ０ ｍ。 由从 这 个 区 域蒸 发 量 的返 回 和海 洋 区域 蒸 发 被 云输 送 到
被地 球表 面 或接 近表 面 的水 吸 收 ， 吸收 能量后 的水蒸 发 进入 大 气 层 ， 后 形 成 了云 ， 最 它可 以从 一 个 地 区运 动
到另 一个 地 区 。在 平均 １ ０ｄ的滞 留 时间 内 ， 由于大 气 层 中 压力 和温 度 的 差异 ， 使 水 蒸 汽凝 结 成 液滴 或 固 促
情 况也 基本 如 此 。而在 美 国夏威 夷州 Ｋａ ａ 岛 的一些 地 区 ， 年 降水量 高达 １． 的记 录 。世 界上 很多 地 ｕｉ 有 １ ５ｍ
区， 全年 的降水 量仅 出现 在很 短暂 的强 降雨 季 。例 如 ， 印度 的 Ｃ ｅ ｒｐ ｎｉ 区 ， 年 １ ． 的降 雨量 几 乎 ｈ ｅａ ｕ ｊ地 全 ０ ５ｍ
陆地上 空两 部分 组成 。降落 到陆 地 的水 的各类 形式 ， 过径 流 或土 壤 的渗滤 进入 地下 蓄水 层 ， 过径 流或 地 通 通
下水渗 漏进 入溪 流 、 河流 ， 后流 人海 洋 。 同时 ， 泊 水 有 一 定 的 周 转 量 。海 水 的平 均滞 留 时 间为 几 千 年 。 最 湖
中口 ， 人类 只 能用其 中的很 少部 分 （ ９ ７年 的 数 据口 显示 ， 类 １ 使 用 的淡 水 总量 为 ４０ ０ｋ ， 占世 界 １９ 人 ａ ０ ｍ。 约
河 流 全年 流量 ２ ， 为人类 可得 淡 水资 源 的 ４／） 由此 出现 了很 多 生态 学 问题 。 ０ 约 ， ９ ６ 翻开 人类 历史 ， 由于不 合理 的使 用水 资 源 ， 生 态环境 造 成损 害 的实例 屡见 不 鲜 。灌 溉 是古代 农 耕文 明 对 最 重要 的技 术 。长 久 以来 ， 灌溉 占据 人类 使 用淡 水 资源 的最 大份额 （ 直至今 天 ， 全世 界使 用 的淡水 资 源 的２ ３ ／
１ 水 文循 环 和全 球 淡水 资源 概 况
人类 居 住 的这个 星球 上 ］ 水资 源总 量 大约 为 １ ． ９ ｋ ， 中的 ９ ． ２ ， ３ ５ 亿 ｍ。其 ７ ２ ％在 海 洋 中 ， 水 资源 仅 占 淡 ２ ７ ， 中 ２ １ 在 冰 山和冰 川 中 ， ．８ 其 ．５ 还有 很 多 淡 水 资 源 储 藏 在 深 深 的地 下 蓄水 层 ， 人类 的 能 力 还很 难 触 及 。全球 水 资源 中 ， 每年仅 有 ０ ０ １ 的水 通过 蒸 发 、 ． ３ 气化 、 凝结 、 降雨 、 雪 、 降 流动 的地 表 水 、 回灌地 下水 、 大 气层 中蒸 发 的水蒸 气 等进 行 水 文 循 环 。水 循 环 背 后 的 驱 动 力 是太 阳能 ］ 到 达地 球 的太 阳能 中约有 １ ３ ， ／
农业 生 产等 ， 自然界 碳 、 使 氮元 素 的生物 地理 化 循 环 逐 渐远 离 平衡 状态 ， 球 表 面水 文 循 地 环、 淡水 质量 发生 明显 变化 等严 重状 况 。 阐述 了现代 社会对 水 资源 的依 赖性 ， 的供应 对 水 气候 因素 的依 赖性 ， 食生 产对 水 和气候 因素 的依 赖 性 ， 释 了人类 为 获得淡 水 资源 和宜 粮 解 居 的生存 环境 ， 与天 然 和人类 活 动引 起 的气 候 变化 问题 有 着密 不 可 分 的 内在 联 系 。深 刻
用 于农 业 ） 。然而 ， 历史 上 由于 不合 理 的灌溉 ， 致 土 壤 退化 ， Ｍｅｏ ｏａ ａ 导 使 ｓｐ ｔｍｉｎ文 明在 ２５ ０ 前 消 失 ； ０ａ 同样 问题 致使 古希 腊 文 明没落 。
仅有 １ 的地球 表 面积 被 内陆 的水体 （ 泊 、 流 ） 盖 ， 有 ７ 被 海洋 覆 盖 。但 是 ， 世 界 的动 物 家 湖 河 覆 而 ｏ 全
文 章 编 号 ：１ ０ —９ ９ （ ０ １ ０ ０ ６ ７ ８ ２ １ ） ２—０ ５ ０ ７—１ ２
水文循环 、 生态环境和气候变化
陈重 酉 ，孙 瑾 ，胡艳 芳 ，马 文 筠。 ，
冯 京桉 ，方 艳 。 ，房 芳。
（ ．青 岛 大学化 学化 工与 环境 学 院 ，山 东 青 岛 ２ ６ ３ ； ．国家 图书馆 文献提供 中心 ，北 京 １ ０ ８ ； １ ６０ ３ ２ ００１
３ ．天 津科 学技 术 出版 社 ，天津 ３ ０ ５ ） ０ ０ １ 摘 要 ：以大 量研 究成 果 和数 据为 依 据 ， 出 了一个 多 世 纪 以来 ， 于世 界人 口激 增 ， 展 指 由 发
经 济过度 依赖 矿 石燃料 ， 为增加 农作 物 的产 量 大 量施 用 氮 肥 ， 伐 森林 、 砍 占用 草 场 以用 于
收 稿 日期 ： ０ １一 ２—２ ２１ Ｏ ８
作者简介 ： 重酉（９４ ） 陈 １ ４ 一 ，女 ，教 授 ， 要 研究 方 向 为纤 维 增 强 材 料 和 高 分 子 材 料 绿 色 工 程 。 主
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青 岛大学学报 （ 程 技术 版） 工
第 ２ ６卷
在 冰盖 、 山 川 中 ， 的 平均 滞 留时 间约 为 １万 ａ 除 了较浅 蓄 水层 的地 下水 可 以被 人类 提 取 利用ຫໍສະໝຸດ Baidu外 ， 过 冰 Ｉ 水 。 超
认 识 到碳 、 的循环 破 坏与适 宜 各类 生物 栖息 地 的丢失 密切 相关 ； 分认 识到 开发 清洁新 氮 充
能源 、 发展 可持 续性农 业 ， 应从 源 头逆 转全 球气 候变 化趋 势 的必 要性 和紧 迫性 。 关 键 词 ：水文循 环 ； 水 资源 ； 污染 ；空气 污染 ； 、 淡 水 碳 氮元 素循 环 ；气候 变化
都 出现 在短 暂 的季 风期 。全世 界 全年 泄流 流量 的 ２ 来 自南 美洲 的 Ａ ｚｎ河 ， 全澳 大 利亚 洲 泄流 流 量 Ｏ ｍａｏ 而
仅 占全 世界 总 量 的 １ 。长久 以来 ， 述 诸 因 素 导致 人 类 在 需 要 淡 水 的时 间 和 地 点 ， 能 得 到 适 量 的水 资 上 不
第２卷 第 ２ ６ 期
２ ０ １ １年 ６月
青岛大学 学报 （ 程技术版 ） 工
Ｊ Ｒ ＡＬ Ｏ Ｉ Ｇ Ｏ Ｕ Ｉ Ｅ ＳＴ （ ＯＵ Ｎ Ｆ Ｑ Ｎ ＤＡ Ｎ Ｖ Ｒ Ｉ Ｙ Ｅ＆Ｔ）
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ２ １２ ．
Ｊ ｎ ２０ １１ ｕ ．