地下水组分特征PPT幻灯片课件.ppt

第二章地下水组分特征,1,水文地球化学,第一节地下水中的大量组分,2,第一节地下水中的大量组分,一、氯离子(Cl-)1.迁移性能Cl-具有很强的迁移性能，其原因有三个方面：(1)不形成难溶化合物；(2)不被胶体所吸附；(3)不被生物所吸附。,3,第一节地下水中的大量组分,2.分布规律地下水中的Cl-含量从几mg/L至100mg/L以上均有，一般随地下水矿化度的增高而增高。在高矿化度水中，Cl-占阴离子首位，形成氯化物水。,4,第一节地下水中的大量组分,3.来源(1)有机来源：三废水、化肥、农药、动物及人类的排泄物。(2)无机来源：盐矿、含盐的沉积物、岩浆岩中含Cl矿物、火山喷出物等。(3)大气降水。,5,第一节地下水中的大量组分,二、硫酸根(SO42-)1.迁移性能：迁移性能较强，仅次于Cl-，其迁移性能受下列四个因素控制：(1)水中SO42-易与Ca2+、Ba2+、Sr2+等离子形成难溶盐。(2)热带潮湿地区土壤铁、铝胶体吸附SO42-。(3)易被生物吸收，硫是蛋白质的组成部分。(4)细菌硫酸盐还原作用：,6,第一节地下水中的大量组分,2.分布规律(1)SO42-含量随地下水矿化度增高而增加，但增加速度明显落后于Cl-。在中等矿化度水中，常成为含量最多的阴离子。(2)在某些特殊情况下，地下水中含量可达到很高，例如硫化矿氧化带中的矿坑水，石膏层岩层地下水。,7,第一节地下水中的大量组分,3.来源(1)石膏、硬石膏及含硫酸盐的沉积物；(2)硫化物及天然硫的氧化；(3)火山喷发物中的硫的氧化；(4)大气降水中的SO42-；(5)有机物分解；(6)生活、工业、农业废水。,8,3.1地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32-1、碳酸平衡及其与pH值的关系地下水中的碳酸以三种化合物形态存在：（1）游离碳酸，它以溶解的CO2（aq）或H2CO3形态存在，习惯上记为“H2CO3”;（2）重碳酸根，即HCO3-;（3）碳酸根，即CO32-。,9,3.1地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32-这些组分之间的平衡关系式如下：,10,3.1地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32-1、碳酸平衡及其与pH值的关系溶于水中总无机碳：,11,3.1地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32-1、碳酸平衡及其与pH值的关系可以推出pH值与各碳酸组分之间的关系：由这两个关系可求出CO2溶于水后各溶解类型占优势的pH值范围，在25，1atm条件下：pH6.4，占优势；6.4pH10-7mol/L，则为酸性，反之则为碱性。,37,第一节地下水中的大量组分,2.中性pH值与温度关系pH中性点，随温度的增高而降低。pH中=7.470pH中=725pH中=6.6350pH中=6.5160,38,第一节地下水中的大量组分,3.影响水中H+浓度(pH值)大小的因素(1)水中不同形态无机碳的含量；(2)酸性土壤枯枝落叶层和沼泽中的腐殖酸是天然水中H+的重要来源。因此，林区潜水呈弱酸性。(3)盐类水解：(4)矿床硫化物氧化,39,第一节地下水中的大量组分,(5)微生物作用硝化作用：反硝化作用：(6)酸性气体CO2、HCl、SO2等气体溶于水。,40,第一节地下水中的大量组分,4.地下水分组与pH值关系地下水pH值：0.45-11.5，大部分为6-8.5。,41,3.1地下水中的大量组分,八、铁和铝1、在地下水中的含量Fe2+：一般水中，含量小于几十mg/L，在pH4的酸性水中可达几十至几百mg/L。Fe3+：以胶体存在，一般含量很小。Al3+：在地下水中含量一般小于1mg/L，但在pH4的酸性水中可达几十mg/L。,42,3.1地下水中的大量组分,八、铁和铝2、Fe、Al的迁移性能(1)Fe是变价元素（Fe2+，Fe3+）Fe2+在酸性环境中迁移能力强。Fe3+迁移性能很弱，当地下水中含足够氧时，Fe3+可以呈胶体状态迁移，此时迁移性能增强。Fe(OH)3胶体：正胶体负胶体,43,3.1地下水中的大量组分,八、铁和铝2、Fe、Al的迁移性能Fe(OH)3在地表十分稳定，易形成红褐色蜂窝状的“铁帽”。Fe2+和Fe3+很容易水解，产生Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀;在一定的条件下，Fe2+和Fe3+可相互转化。,44,3.1地下水中的大量组分,八、铁和铝2、Fe、Al的迁移性能(2)Al（非变价元素）迁移性能很差，其氢氧化物产生水解沉淀的pH水=3.1。在强酸性水中（pH4.0），以Al3+形式存在。在碱性水中，形成AlO2-和AlO33-。思考题1、地下水温度为5，pH=7。请问水是酸性还是碱性？酸性,45,水文地球化学地下水中的无机化学成分,第二节地下水中的微量组分,46,第二节地下水中的微量组分,一、溴(Br)1.分布特征溴的化合物极易溶解，在一般地下水中含量为0.001-0.2mg/L，在矿泉水中的含量较高0-50mg/L。某些盐湖水中可达900mg/L，在某些石油产地的卤水中含量最高，达到100-9800mg/L.。Br和Cl一样随水的矿化度增加而增加，但在成盐过程中，Br和Cl分离，Cl进入固相，而Br仍留在水中，主要原因是Br化合物的溶解度比Cl化物的溶解度大。,47,第二节地下水中的微量组分,2.影响Br在地下水中富集的因素(1)有机物同化；(2)被软泥、有机物、泥炭等吸附。3.Br的来源：岩石中分散的Br和海洋中的Br是地下水中Br的主要来源。4.与人体健康关系含Br的水具有工业开采价值，适量的Br(0.2-1mg/L)具有镇静、调节中枢神经的作用，过量会导致智力减退，神经混乱。,48,第二节地下水中的微量组分,二、碘(I)1.分布特征(1)碘在地下水中的含量比Br还少，一般ppb级；(2)海水中碘的含量为0.05mg/L；(3)盐湖的卤水中不含I；(4)在油田地下水中，I含量可达30-600mg/L；在含油构造上的沙漠地区盐土中富含I，可作为寻找石油的标志。,49,第二节地下水中的微量组分,2.地球化学特点(1)自然界中碘矿物极少见；(2)与生命物质密切相关，可富集于动植物中；(3)强还原环境有利于在地下水中富集；(4)呈分散状态。,50,第二节地下水中的微量组分,3.来源(1)有机质吸附的I；(2)岩石分散状态的I；(3)大气降水。4.与人体健康关系缺碘：造成甲状腺肿大，发育停滞、痴呆。（治疗：含碘盐，海带）过量：甲状腺中毒、克汀病。,51,第二节地下水中的微量组分,三、氟(F)1.分布特征(1)一般水中F的含量为0.04-0.3mg/L；(2)海水中F的含量为1mg/L；(3)温泉水中F含量较高。如江西温泉水F的含量大于2mg/L，如奉新九仙汤温泉F的含量为11mg/L；(4)盐湖卤水中F的含量为23.4-37.8mg/L；(5)活火山区热泉中F的含量极高。如新西兰普兰蒂海湾白岛火山上热泉F的含量高达806mg/L。,52,第二节地下水中的微量组分,2.来源含氟矿物（氟磷灰石、电气石、萤石、氟云母）、火山活动区水中氟含量高。3.影响F迁移的因素(1)水中Ca2+，易形成难溶的CaF2沉淀；(2)生物积聚，F和I、Br相似，可被有机物吸附。,53,水文地球化学地下水中的无机化学成分,第三节地下水中的气体组分,54,第三节地下水中的气体组分,一、氧(O2)1.氧的溶解度溶解于水中的氧称为“溶解氧”，氧在水中有比较大的溶解度，与水的矿化度、埋藏条件、温度、大气压力、空气中氧的分压有关。,55,第三节地下水中的气体组分,2.含量分布特征(1)地下水中溶解氧的含量一般在0-15mg/l；(2)缺氧环境各地深度不一，主要取决于地下水与大气的隔绝程度；(3)地下水中溶解氧的含量随深度增加而减少；(4)温度升高，溶解氧含量降低（035，溶解氧浓度从14.74mg/L降低到7.03mg/L）；(5)大气压升高，溶解氧含量增加。,56,第三节地下水中的气体组分,3.氧的来源(1)氧在干燥空气中的含量为20.95%，水体中的大部分单质氧可以来自大气，因此水体与大气接触再复氧的能力是水体的一个重要特征;(2)水生植物光合作用释放氧，但这个过程仅限于白天;6CO2+6H2OC6H12O6+6O2水中氧的输出部分包括有机物的氧化、有机体的呼吸和生物残骸的发酵腐烂作用等。,57,第三节地下水中的气体组分,4.氧的水文地球化学作用(1)O2决定地下水的氧化还原状态，从而影响水中元素的迁移。如在含氧多的地下水中，Fe形成高价化合物而从中沉淀；反之，地下水中含O2少，形成低价态化合物而易于在水中迁移。(2)对金属材料具有侵蚀作用。如自来水管锈蚀。(3)影响水生动植物的生存。,58,第三节地下水中的气体组分,二、氮(N2)1.来源主要来自大气，N2占大气的78%。在封闭缺氧的地质构造，由于去硝化作用将NO3-和NO2-转为N2。,59,第三节地下水中的气体组分,2.分布特征(1)由于N2的化学性质不及氧活泼，它的分布随深度的减少，不及O2明显。(2)若地下水中Ar/N2比值为0.0118（氩占大气体积的0.93%），则表明水中N起源于大气，若Ar/N20.0118，则表明水中含生物起源或变质起源的N。,60,第三节地下水中的气体组分,三、硫化氢(H2S)1.来源(1)有机物来源：含硫蛋白质厌氧分解。(2)无机来源：缺氧条件下，脱硫酸作用使硫酸盐还原分解而产生H2S；火山喷发气体的析出，自然界最多的H2S来自火山喷发。硫化氢不稳定，只有缺氧条件下才能存在，一旦受到扰动，就会发生氧化或从水中溢出。所以天然水中的硫化氢一般出现在地下水中。,61,第三节地下水中的气体组分,2.分布特征(1)一般地下水中含量很少，多在1mg/L以下。(2)在油田地下水及现代火山活动区地下水中，H2S含量较高，可达几百mg/L-几十g/L，H2S的存在说明地下水处于还原环境。3.与人体健康关系H2S2mg/L以上的地下水，称为H2S矿水，H2S矿水可治疗多种外伤及皮肤病。,62,第三节地下水中的气体组分,4.地下水中H2S的存在形式天然水中，H2S以溶解气体及硫氢酸的离解形式存在：,63,第三节地下水中的气体组分,(1)pH7.5，呈HS-形式存在；(3)pH=6.5-7.5，H2S、HS-各占一部分。H2S和HS-的分布分数随pH变化的曲线？,64,第三节地下水中的气体组分,四、二氧化碳(CO2)1.基本概念(1)游离CO2：溶解于水中的CO2的统称。(2)平衡CO2：与HCO3-平衡的CO2。(3)侵蚀性CO2：当水中的游离CO2浓度大于平衡CO2浓度时，多余部分的CO2对碳酸盐岩和金属构件具有侵蚀性，这部分CO2即为侵蚀性CO2。,65,第三节地下水中的气体组分,2.来源(1)空气中的CO2；(2)土壤生物化学作用（植物呼吸、有机物分解是浅层地下水中CO2的主要来源。(3)深部地壳中发生各种变质作用产生的CO2；(4)幔源碳逸出的CO2；(5)岩浆分异作用产生的CO2。,66,第三节地下水中的气体组分,3.分布特征(1)一般地下水中游离CO2为15-40mg/L，很少超过150mg/L。(2)矿泉水中CO2含量很高，几百mg/L至几十g