书城科普读物科学奥秘丛书-探索地球的奥秘
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第9章 地球之水(2)

世界上每一个文明发源地都是傍依江河、湖泊,并依靠必要的可供水源而发展起来的。四大文明古国中国的黄河、埃及的尼罗河、印度的恒河、中东的底格里斯河和幼发拉底河,都以其丰富的乳汁孕育了人类早期的伟大文明。因此,可以说没有水,就没有人类的文明,就没有城市。反之,由于水源的枯竭,致使城市变成荒芜废墟的例子,在世界各地也不胜枚举。如我国新疆丝绸之路上的楼兰王国等。

2.是城市发展的动力。

为了推动城市的发展,必须开发、利用和管理好水资源。“治水”与“用水”是城市发展中的必要条件。“治水”主要表现在城市的防洪和排涝方面;“用水”主要体现在“供水”、“漕运”、“灌溉”等方面。以北京为例,自金朝建都在蓟城800多年来,为了都城的建设、城市的用水、城市的美化和漕运的发展,历代都充分地开发利用都城附近的泉水,成功地建成了一个完善的供水排水河湖系统。

北京历史上有名的房涞涿灌渠工程、房陵堰和白浮引水等工程,曾使北京出现船货云集的盛况。解放后,由于开发了永定河、潮白河冲洪积扇丰富的地下水源;开发治理了永定河、潮白河,修建了官厅、密云两大水库,引水到北京,使工农业生产蓬勃发展,城市面貌大大改观。由此可见,水资源是城市发展的必要条件。

3.是城市发展的瓶颈。从世界范围来看,自从18世纪英国的工业化革命以来,工业迅速膨胀,人口向城市不断集中,城市规模越来越大。世界上千万人口以上的特大城市就有十多个,其中以墨西哥城最大,达到3500万人,给城市供排水带来了很大困难。在19世纪中期的1848年和1854年,英国由于河流受病原体的污染,造成两次霍乱流行,1892年德国霍乱流行,这几次都使一万多人死亡。本世纪中期,许多国家发生了水荒,特别是近几年,我国缺水的城市也越来越多。

1995年水利年鉴报道:目前,全国有300多座缺水城市,在调查的270座城市,占全国城市总数近60%,占总人口57%,工农业总产值全国城市的49%,如遇中等干旱年和特殊干旱年,分别缺水达35.8亿立方米和62.4亿立方米。当年这些城市缺水对社会经济发展和环境的影响如下:

(1)影响人民生活正常用水。在特殊干旱年,270座城市生活缺水8亿立方米(相当于每日220万吨),数字不很大,但对人民生活造成的困难却很严重,成为社会不安定的潜在因素之一。如1989年夏季用水高峰时,大连市供水低压区有3.5万户面临断水的危险,岭前一个居民区连续几天供不上水,一些居民破坏了市政供水措施。同年,哈尔滨有40万居民吃“夜来水”,太平区发生了居民与工厂争水的纠纷。

(2)影响工业的生产和发展。270座城市特殊干旱年工业缺水达20亿立方米,影响工业产值1000亿元。

(3)工农业争水矛盾日益加剧。一些城市因缺水而挤占农业用水,从而使农用灌溉受影响。北京农业用水90%以上已是机井水,运河水已基本不给两岸农民使用,每年只拨2000万立方米,在春季小麦只浇1~2次水,由于灌浆期缺水使小麦产量每亩减少100公斤以上。

(4)一些城市饮用水不符合卫生标准的现象加剧,从而危害人民的身体健康。如北京的双桥地区和房山石化地区,地下水严重污染超标,迫使目前房山县城不得不迁移至良乡。

(5)过度超采地下水引起水环境恶化。据全国不完全统计,已形成地下区域漏斗56个,漏斗面积达87000平方公里,其中尤以城市最为严重,有的城市水位(如北京)已下降到200多米、漏斗面积达2000多平方公里,含水层几乎疏干;由于大量超采地下水,许多城市发生地面沉降,出现裂缝,不仅影响环境,而且损坏建筑物;沿海城市出现海水入浸和地下淡水咸化。据对辽、冀、鲁沿海城市调查,海水入侵面积达1433平方公里,有90万人,244万头牲畜饮水困难,每年减产粮食1.26亿千克,海水入侵面积仍在扩大。

据270座缺水城市分析预测,在充分考虑用水前提下,中等干旱年和特殊干旱年与现状条件下可供水相比,到2000年分别缺水310.8亿立方米和348.8亿立方米;到2010年将分别缺水587.2亿立方米和625.1亿立方米。

4.是人类健康的卫士。有些天真活泼的孩子可能会问,为什么人可以几天不吃饭,但不能一天不喝水?为什么人体正常体温保持在35℃~37℃?为什么缺水会造成尿中毒、耳鸣、眼瞎?这一切的一切都说明水是人类生物生理组成和生存中不可缺少的重要物质。人体若没有血液,生命则无法维持,但血液不像我们肉眼看上去是红色,其主要成分是无色透明的水,水在人体中含量最多。年龄越小体内含水量则越多。在胚胎中水分约占98%,婴儿约占75%,成人约占50~65%。水一般随体内脂肪含量增多而下降。

(1)水对人体有如下重要作用:

①是保持每个细胞外型,以及构成每一种体液所必需的物质。

②作为各种物质的载体,将养分运到细胞内并把废物带走。

③调节体温,通过皮肤排汗蒸发使体温下降。

④是消化和代谢过程中许多重要化学反应所必需的物质。

⑤是湿润关节、构成骨液的成分;在脑脊髓液中,水作为神经系统的缓冲器;在耳的外淋巴中,传递声音;在眼睛中它参与视觉,滑润眼睛。

⑥作为许多化学物质的溶剂。

⑦呼吸时有助于气体交换,保持肺泡湿润。

与这些作用有关的所有体液在体内主要分成两部分:细胞外液(约占体重的25%)和细胞内液(约占体重的45%)。

总体液的百分含量稍有不足或过剩都对健康都不利。当失水量达1%左右,产生口渴感;大量失水,约占体重的20%时,会导致死亡。正常情况下,口渴保证了水的饮用达到或超过人体需要。体内多余的水主要从尿中排出,其次是通过汗、粪便和肺中排出。

(2)人体内水的平衡:那么一个人一天应该喝多少水?大人和小孩喝水一样吗?每天喝的水都干什么去了?人体水分平衡机理可以回答这些问题。一般说健康的个体,总体上保持适当的含水量。增加或减少摄水量会出现排水量恰如其分的增加或减少,以维持平衡。水以液体和食物成分的形式进入机体,包括由食物分解过程中产生的代谢水。水从体内排出的方式为皮肤出汗,肺呼出水蒸气,肾产生尿排出,大肠形成粪便排出。因此,在正常情况下,通过各种来源摄入的水与各条通道排出的水基本相等。例如,喝了大量的水,排尿量就增加;如果饮水量受到限制,那么尿的产生量就明显减少。

正常的成人每天平均摄水量2~2.7升,假如活动轻微,没有可见的排汗,与经四条通道的排水量平均数相等。

在较少限度内调节体液,机体具备了许多机制。这些机制中起重要作用的是大脑下丘脑的神经中枢,它通过肾脏控制口渴和排水的感觉。当失水量占体重1%时,下丘脑的口渴中枢感到刺激,出现有意识的饮水愿望。如果不给水喝,不安感就会增强,这时心率增加,体温上升,工作和思维能力减退。

当失水量占体重10%时,仍需要参加体力劳动,肯定会出现中暑衰竭。下丘脑的其他神经中枢受到刺激会引起抗利尿素(ADH)从垂体后叶释放,ADH释放后,尿的形成减少,所以保留了体液。这样,形成的尿相比摄入足量水排出的尿液,深而混浊。尽管保持水的平衡受到控制,但是,有几种因素会影响水的需要量和平衡。

(3)人体水的需要量:为维持水的平衡,人体水的需要量受年龄、体力活动、温度、膳食、疾病和损伤的影响。一般认为,为满足人体对水的需要应随时供给充足、干净而又新鲜的水。影响人体水需要量的各种因素如下:

①年龄。婴儿和儿童需要水按比例来看比成人高。成人每天水的正常流通率约占总体水的6%,而婴儿大约是15%。婴儿水的流通率如此之高是因为:

a.其相对体重的表面积大,皮肤失水量也就大;b.肾脏浓缩尿的能力比不上成人。

失水的众多因素妨碍了最小需水量总值的调整。一般情况下,适度的给水量是成人1毫升/千卡,婴儿1.5毫升/千卡。

②体力活动。即使在一个舒适的环境下,体力活动通过排汗和肺增加水蒸气的排出使机体的水分丢失增强。虽然排汗丢失了相当量的钠,但是,水的损失明显超过钠的损失。因此,水的消耗是主要的问题。水损失量超过体重3%时,如果不补充失水,体力就会变差。如不顾这样的事实,后果将很严重。

③温度。人体几乎每时每刻都在“出汗”。外界温度在30℃以下时,人体每小时每平方米皮肤上约有6~8克水分蒸发,一般在生理上叫不自觉出汗。

当气温增加到30℃以上时,人体汗腺就开始分泌汗液,人们才明显感到出汗。

汗液中水分占99%以上,夏天成人每天出汗量大约为1升左右,高温作业的工人每日出汗量约5~10升,在直射日光下劳动的农民每日出汗量大约3~6升。在出汗的同时,大量氯化钠(盐的主要成分)随之排出。如果补给不足,就会导致严重脱水和体内电解质紊乱,出现中暑症状。另外由于氯化钠的排出,使血中氯离子减少。氯离子是胃酸的一种主要成分,由于它的减少可造成胃酸浓度降低,使胃肠蠕动减弱,消化功能不良,水和盐分的大量排出对肾脏和神经系统也有一定危害。所以在大量出汗时,除补水外还要补盐,以便维持体内的水和盐平衡。在高温作业或夏季出汗多的情况下,每天补水约8升左右,摄入盐量比正常人多一倍甚至更多。这样,即使在炎热的环境里做艰苦的劳动,出现严重的缺水症状,喝水后,体力恢复的速度就会很快。

这就是为什么炎热夏季,工厂要供应糖盐水,干体力活的人口味重的原因。

④膳食。高蛋白膳食往往需要更多的水。尤其要注意婴儿高蛋白食谱对水的需要,因为婴儿肾脏的浓缩能力还没有发育好。

⑤疾病。长期腹泻使水分大量丢失,不断呕吐也会引起水分过量损失,发烧通过排汗增加体内废物排出,加速了体内水的损失。发烧、呕吐、腹泻的病人要多喝水,食物要吃流食。

与此相反,某些情况下水的过多滞留会引起水肿等问题。下面的疾病经常出现水肿,如充血性心力衰竭、肝硬变、肾炎和肾病变。所有这些病都使钠的排出减少,造成了水的滞留。

⑥外伤。手术后需要足够的液体,因为渗出液、出血等可使大量液体丢失。

当失水得不到补偿时,患者会出现一系列的变化,可总结为下列几点(由轻至重):

a.当失水量达到体重的1%左右时,产生渴感;b.口渴伴随着隐约的不适感,食欲减退;

c.手臂、手掌有刺痛和麻木感;

d.脉搏率、呼吸率和体温升高;

e.虚弱、肌肉痉挛和精神混乱;

f.血液浓度增加,血的体积减少,循环困难;g.皮肤开裂(如嘴唇干裂);

h.尿形成停止;

i.脱水量超过最初体重20%时会死亡。

(4)人体水的来源

补充机体所需要的水可以有三个来源:第一,饮水和其他饮料,第二,固体食物中的水,第三,碳水化合物、蛋白质和脂肪分解时产生的代谢水。

①饮用水。地球表面近乎四分之三的面积被水覆盖。但是,只有约3%的水是“淡水”即适用的饮水。饮水有不同的来源。在古代,当天不下雨,没有泉水,小溪干枯时,就没有水供给。原始人生活在泉水、河流和湖泊附近,是因为他们只有最粗陋的容器用来装水和贮水。以后,人们发明了用人工手段得到水的方法。由于这一发明,不再需要生活在有天然水供给的近处。供应人工水的最初方法也许是井。《圣经》上两个著名的井是Jacob井和Joseph井。然后,模拟天然河流,人们引水流入水沟,随后发明了管道、坝和水库。

古罗马的输水道至今还保留着,它表明了早期人工自来水的设备相当巨大。我们现在的自来水来源于地下井和水库。有些水要通过几里长的管道大量地送到最需要水的地方。

由于成分或环境的变化,而不能起到其全部或部分作用的水被认为是受污染的水。因此,不管饮水的来源如何,最重要的是水没有能引起疾病的微生物和有毒化学品。世界上75%的国家除加拿大、美国及欧洲大部分地区外,卫生条件很差,造成每年有1000万人死亡。许多疾病是由水引起的,如霍乱和伤寒。工业化国家由于环境中增加了许多新的化学品,正面临着水污染的问题。水中已发现有1700多种化合物,一些化学品通过工业和农业设施进入自来水,它们对人的健康造成直接或间接的危害,如那些急剧增多的讨厌的微生物所造成的水停滞而出现臭味,或水变色。在河流和小溪中,环境保护局一般监测以下指标:a.糟粕中的大肠杆菌是污水的标志;b.分解的氧气是微生物过度生长的指标;c.磷,能促进微生物过度生长。

世界上已有被砷、镉、铜、汞、铅、硝酸盐污染的水的实例。世界卫生组织定出了安全范围。

下面我们谈谈水的种类: