严峻的水环境问题
一个时期以来，人们对世界性的资源、环境和人口问题予以极大的关注。特别是对生态环境的恶化，许多好心的学者大声疾呼，甚至急于希望能恢复往昔“青山常在，绿水长流”的面貌。这当然是一种良好的愿望，但愿望和现实毕竟是两回事。这是因为：第一，自然生态系统有着自己一定的能量运动、转换和平衡规律，人类不可能从根本上改变这种规律；第二，如果世界性的人口增长趋势不可逆转，人口增长对生态环境的干扰就不可避免。因为，一方面人类生存需要不断地获得能量维持，在生产水平不高、人口不多的情况下，向自己脚下自然土地的索取只能有很低的能量限度，而人口的增加必将超越这一限度，破坏原有的平衡。另一方面，在整个人类活动中，随着能量的获得和转换，必将产生新的问题而对原有系统发生干扰。这就需要补充新的能量和建立新的生态平衡。而新能量的获得和新的生态平衡的建立取决于一个国家和地区具有较高的经济水平和较高的投入。
对于人们最头疼的环境问题——水土流失来说，作为一个完整流域，上游冲刷、下游沉积造陆的规律是不可改变的；在生产水平不高的情况下，人口的增加，将加剧水土流失。如果在一定经济水平和一定投入情况下，人类有可能在一定程度上控制和改善水土流失状况，如将坡地改为梯田，但要恢复原来的生态环境是不可能的。
由此看来，未来的世界将是一个新的以人工生态环境为主的世界。但是，要在全世界建立和实现在新的生态环境条件下的良性循环，需要有一个和经济发展相适应的长期过程。
自然环境经历了漫长的发展过程，逐渐形成了一定的结构。自然环境的各结构单元之间和各组成要素之间物质和能量的交换也建立了相对的平衡状态。但是，随着生产的发展，科学技术水平的不断提高，人类影响和改变自然环境的作用越来越大。大量开发地下资源；作为原料和燃料，大规模地、迅速地把地质历史时期形成的大量惰性物质和潜在能源激发起来；人工植被代替了天然植被；新的动、植物品种大量地被培育出来；人工合成物质的品种和数量也愈来愈多，大规模改造自然的工程不断出现……这一切，都广泛地参加到环境的物质和能量循环之中，使环境质量发生了深刻变化，以致于影响到生物和人类的正常生活。
环境中的各个要素、各种物质组成之间都存在着物质和能量的交换和循环，也处于一种相对的平衡状态。如果人为地改变某一要素，环境将会发生“牵一发而动全身”的反应，这种连锁反应将使整个环境质量发生变异。就工厂排出的二氧化硫气体来说，它污染了大气，直接影响居民健康，使呼吸道疾病的发病率增高，也直接影响植物和动物；同时，二氧化硫随雨、雪降落形成“酸雨”，对作物、森林、草场破坏很厉害。“酸雨”使土壤酸度增高，造成土壤中锰、铝含量大大增加，甚至毒害一般作物，并且酸度增强不利于土壤中硝化细菌、共生和非共生的固氮细菌的活跃和繁殖，使土壤肥力降低，植物产量下降，植物的化学成分特别是含硫量也会变高，动物和人吃了这样的植物或其产品，当然也会受一定影响。当然，“酸雨”对河流、湖泊中的生物和鱼类影响也很大。例如，有关部门详细研究过瑞典西海岸314个湖泊中有113个湖泊的pH值低于5，这使鱼类受到了严重威胁。由此可见，这种酸性物质威胁人类在农业、林业和渔业中对自然界生物学生产能力的利用。所以，大气中二氧化硫的污染会引起水、土壤、微生物、植物、动物和人的一系列连锁反应的变化，也就是引起生态系统的变化。
生态系统中物质循环受一系列调节机制的支配，并且生态系统本身有一种固有的缓冲能力。人类是生态系统的一个组成部分，人类能够利用自然界的生物生产能力，而人类活动所产生的残余物质也参加到生态系统之中，造成水、空气和土壤的污染。对于人类来说，最为重要的是，不应当让人类活动的影响使整个生态系统的调节机制失去作用。
自然环境的各结构单元之间和各组成要素之间既然存在着这样“牵一发而动全身”的联系，因而它对刺激有一定的调节作用和缓冲能力。但是，如果刺激超过了环境的缓冲能力，就会使环境质量向刺激的方向变化。如果污染物质大量地、源源不断地排入环境，超过了环境的自净能力，那就会造成环境污染，使环境质量变坏。
环境是从属于一定人类社会的生态系统。但水并不只是局限于水圈本身，而同时存于岩石圈、大气圈及生物圈之中，并成为重要的能量运动和物质转换的巨大动力。特别是水作为生物（包括人类）本身的组成部分的不可替代性，在这个系统中起着重要的或称为“决定性”的作用。以上是水在成为资源以前，对水在整个生态系统中的宏观总体而言。
这里所讨论的“水环境”是在水作为“资源”被开发利用之后的“具体”环境问题。即指水资源在开发利用中引起的环境问题，以及其它资源开发、人类活动对水资源本身的影响。其具体内容包括以下几个方面：
大型水利工程（如跨流域调水、巨型拦河坝等）对气候、生物及其它自然环境的影响；
人类活动对水土流失的影响；
灌溉不当引起的土壤次生盐渍化；
森林植被的砍伐、营造对蒸发、降水、径流（河川洪、枯水量及地下水等）的影响；
湖泊、沼泽地的开发利用、疏干等对小气候环境的影响；
水利工程诱发地震、滑坡；
过量开发地下水引起的干旱沙化、地面沉降、海（咸）水入侵及水质变劣等；
人类活动引起的水污染；
其它水环境问题。
必须指出，并非所有的水环境问题都是不利于人类的，许多有益于人类的“水环境”问题都已包含在“水利”这一含义的生态环境效益之中。这里所要讨论的是指一些非益于人类的环境问题。
打开世界地图，或者看一看地球仪，我们所居住的巨大的地球，其表面大部分为蓝色的海洋所覆盖。它占据着地球面积的2／3，它的平均深度大约为3800米。海洋是一个浩瀚的“水库”。如果把整个海洋的水平铺在地球表面，其水层厚度可达2800米。在大陆上和大陆间还有许许多多的海湾、内陆湖泊、大大小小的淡水湖、河流、冰川，这里面也都积存着大量的水，此外在大气中存在着水蒸气，地层中还蓄存有大量地下水，地球上大约有14亿立方公里的水！地球上存在着这么多的水，是哪里来的？这个问题，目前尚未定论，可以肯定，随着科学的发展和进步，这个问题将得出肯定回答。现今有一种看法认为，地球上的水与地球的发生和发展有着密切的联系，水是地球演化过程中的一种产物，在地壳形成的初期，由于火山喷发的原因，从地球内部释放出大量的气体，这些气体的主要成分是水蒸气和二氧化碳，其次还含有氮及其它微量气体。当地壳表层的温度逐渐冷却到足以使水蒸气凝结的时候，大部分的水蒸气凝结成为液态的水，这些水汇集到硬质地壳的低洼部分，形成现今地球上的海洋和天然湖泊。由于地表存在着蒸发、植物蒸腾与凝结、降水，即大小循环，地球表层的水始终是在运动着，通过水的循环过程，淡水不断补给地表迳流和地下水。为人类利用不断地提供丰富水源。
自然条件下的水由于气温的变化，以三种不同的状态存在于自然界。大体上，地球的南北两极地区和高山雪线以上的地带，由于气温常年都在O℃以下，水则以固体状态的冰雪终年堆积着。靠近赤道的地区，由于气温常年都在℃以上，地表的水总是以液体形式存在。而处于以上两个地带之间的广大中纬度地带，由于气候的四季变化，河流和湖泊往往有一个封冻时期，在一些地区，甚至随着昼夜的更替，地表水的液、固态也随着变化。水存在的状态及其转化、水的利用、水对环境的作用和水在自然条件下的净化能力对生态环境影响很大，在地球化学上也有很大的意义。
前面已谈过水与生命是不可分离的。水在国民经济建设和我们日常生活中都是十分重要的，特别是随着我国社会主义建设事业的飞速发展，对淡水的需要和利用越来越广泛。水为什么会如此重要？这和水具有特异的物理化学性质有关。那么，水有哪些重要的物理化学特性呢？
首先，水具有良好的溶解性能，它能溶解各种固态的、液态的和气态的物质。水中能溶解气体，鱼的呼吸和水中进行的氧化作用，都是因为水中溶解有氧气。水中通常还溶解有二氧化碳等气体。水中溶解氧的含量对水生生物有很大的影响，当水体被易于氧化的有机质污染时，由于氧化作用进行得很快，水不能从空气中很快地把氧补充进来，溶解氧逐渐消耗减少，以致造成水中溶解氧含量过低，使鱼类等窒息死亡。在这种情况下，厌气菌繁殖起来，有机物发生腐烂，使水体发出臭气。因此，水中溶解氧的含量多少与水体的自净能力有密切的关系。
水的溶解作用，在地理环境中具有重要的意义。当大气降水，降落地面，由地形高的部位，经山坡流向平原，再汇集到河流、地下水或海洋中。在这个过程中很多其它物质会溶解进来，在地质时期，由于这一作用而形成沉积矿床。现今我们所开采的石灰岩，就是在地质时期海洋中碳酸钙沉积而成。因为水是一种特别好的溶剂，所以它又是造成水体污染的一个主要因素。在工业和农业生产中施用或排出的化学物质，可以借助于水的这种溶解性，随水流而扩大其污染范围。
水所以具有这些物理化学特性，是和水分子的结构有密切关系的。水是由氢和氧两种元素化合而成，它的最简单的分子式是H2O，从它的分子式可以看出，水是由二个氢原子和一个氧原子组成。当氢气在空气中燃烧，就会有水气生成，这是由于氢和空气中的氧化合形成了水。
水能和活泼的金属作用放出氢，能与许多氧化物作用生成碱，与非金属氧化物生成酸。
酸与碱在水中发生中和作用形成盐。一些矿物与水分子结合生成结晶水化合物，即金属矿物里含有结晶状态的水，水在理化性质上的这些特点，都与水的化学结构特点有关。
在自然界存在着大量的天然水。按照天然水存在的地方不同，可分为大气水、地表水和地下水三大类。大气水指大气中含的水分，包括雨雪水；地表水包括湖泊水、河水、海水；地下水是指存在于土层和岩石层内的水。天然水不是存在于真空中，它总是要和外界环境密切接触。水是一种良好的溶剂，能溶解各种固态的、液态的和气态的物质，当天然水在其运动过程中，和大气、土壤、岩石等物质接触，许多物质就会进入水中。
天然水里通常含有三大类物质：溶解物质、胶体物质和悬浮物质。天然水中常常溶有各种钙、镁、钠、铁、锰、硅、铝、磷等的盐类或化合物，还溶有氧和二氧化碳等气体。
天然水中的胶体物质包括硅胶、腐殖质胶体等。天然水中还存在有大量的非溶解性物质，包括粘土、砂土、细菌、藻类，还有其它漂浮物质。当天然水与工业排放的废气、废水接触或受到农业施用的农药和化肥影响时，也会造成水质污染，这样的水，就会给生物和人体健康带来危害。
在降水过程中，水首先是和大气接触，大气中的一些物质就会进入雨水中，除了溶解一部分化学元素或化合物外，大气中的其它气体，大气中的尘埃、煤烟以及其它杂质也被搜罗进来。因各地区的环境条件不同，大气中的化学成分也有变化，使降水的成分受到影响，例如：在沿海地区，降水中的海盐成分氯化钠的含量往往高于内陆地区，而内陆地区大气成分中硫酸盐含量较高。热带和寒带，大气化学成分都有所不同。最近一个世纪，特别是最近几十年来，由于工业排放的废气中含有大量的化学物质，使空气被污染。由汽车排出的废气中所含的铅每年达数十万吨，这些铅以气溶胶的形式漂浮在大气中。另据估计，每年排放到大气中的二氧化碳、一氧化碳、氧化硫、碳氢化合物、氧化氮、烟粒等有近百万吨，这些物质进入大气后，对降水的成分发生影响。从局部地区的大气来看，工业废气的影响是很大的。有些地区降水的成分分析结果表明，除了自然来源的物质外，还含有工业来源的酚、氰汞、砷等微量有害成分。
当降水与地面接触以后，再溶解土壤、岩石中的各种成分，当土壤和岩石的化学成分不同时，也会影响到地下水、地表水的成分，因此河水、地下水和湖泊水的化学成分变化较大。
地下水主要是由于雨水渗入地下，地面水通过河床渗入地下而形成的，当雨水或地面水渗入地下时，沿途就溶解了各种物质，所以地下水中的化学成分的浓度一般高于河水，硬度较大。另一方面，雨水或地表水通过土壤渗入地下时，滤去了水中原有的尘埃、细菌等杂质，因此地下水在物理特性方面比较良好，清澈透明，很少有悬浮物质。
工业排放的废水对地表水和地下水的影响非常大。有些河流中常常受到硝酸盐、氟、砷、硒、汞、铅、镉、滴滴涕、六六六等的污染。如果一条河流的上游有铅锌矿，与铅锌矿共生的矿物成分镉，在河水中的含量就会偏高；如果一个水库上游有铬矿，其水库中水的铬含量就会偏高。
总之，无论是降水、地表水和地下水都不是纯净的，看起来清澈透明的水，也溶有多种化学成分，而且有些成分的含量相当高。
水质的污染
人们天天都在说保护水资源，可现在的水污染却日益严重。
2002年5月18日，安徽省阜阳市颍州区十里井村一名17岁的少年在村外七里长沟提水时，不慎落入水中，附近工厂的职工和路过此地的数名农民相继跳入水中抢救，结果5人当场死亡，1人在医院抢救时死亡，4人中毒。经过尸检报告和专家分析结果显示，造成这场悲剧的直接原因是：被严重污染的河水中散发出大量硫化氢气体，使提水少年和赶来抢救的人员中毒而窒息死亡。七里长沟无罪，祸首是污染。七里长沟是阜阳市的主要排污沟，城区大部分的工业废水、生活污水由此排入颍河，长期的严重污染使七里长沟变成了“害人河”。
人类的活动会使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中，使水受到污染。目前，全世界每年约有4200亿立方米的污水排人江河湖海，污染了5．5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14％以上。
1984年颁布的《中华人民共和国水污染防治法》中为水污染下了明确的定义，即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。