东华理工大学水文地球化学.docx

一、名词解释（每题3 分，共21 分）1、BOD：指用微生物降解水中有机物过程中所消耗的氧量，以 mg/L 为单位。2、脱硫酸作用：在缺氧和有脱硫酸菌存在的情况下，SO42- 被还原成H2S 或S2-的过程。3、同离子效应：一种矿物溶解于水溶液，如若水溶液中有与矿物溶解相同的离子，则这种矿物的溶解度就会降低，这种现象在化学上称为同离子效应4、降水氢氧稳定同位素的高程效应：大气降水中的 18O 和D 含量随着海拔高程的增加而不断下降的现象。5、酸性垒：当中性或碱性条件转变为弱酸性和酸性条件或在 pH 值急剧降低的地段所形成的地球化学垒。6、水分子的缔合作用：由单分子水结合成比较复杂的多分子水而不引起水的物理化学性质改变的现象。7、硅质水与硅酸水：SiO2 含量大于50mg/L 的水称为硅质水（1.5 分）；在阴离子中，HSiO3-占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5 分）。二、填空（每题1 分，共14 分）1、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（ 介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（ 氢键 ）的破坏需要较大的能量。2、在35下，pH=7 的地下水是（碱）性。在天然水化学成分的综合指标中，体现水的质量指标的有（ TDS，硬度，含盐量或含盐度 , 电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（ COD，BOD，TOC，Eh ）。3、迪拜休克尔公式的使用条件是离子强度小于（ 0.1 mol/L ），而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于（ 0.5 mol/L ）。4、空气迁移的标型元素主要决定环境的（ 氧化还原）条件，而水迁移的标型元素主要决定环境的（ 酸碱 ）条件5、在氮的化合物中，（ NO-2，NH4+ ）可作为地下水近期受到污染的标志，而（ NO-3 ）可作为地下水很早以前受到污染的标志。6、Fe2+在（ 酸 ）性中迁移强，而在（ 碱 ）性中迁移弱。7、地球化学垒按成因可分为（ 机械 ）垒、（物理化学）垒、（ 生物）垒和（ 复合 ）垒。8、碱度主要决定于水中的（HCO-3，CO2-3 ）的含量。硬度是以（ Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（ HCO-3，CO2-3 ）的毫克当量总数乘以 50。9大气CO2 的13C 平均值是（-7 ），而土壤 CO2 的13C 平均值是（ -25 ）。10标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（ 它的迁移能力）。11弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（ 渗透分散）。12、SiO2 和 Na/K 地热温度计适用的温度范围分别为（ 0250 ）和（ 150350 ）。13近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2-4 SO2-4 Cl- ），而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO-3 ）。14海水的水化学类型为（ Cl-Na ），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na -Ca ）。三.简答题（每题5 分，共30 分）1、氧漂移及其影响因素?答： （1）由于岩石的18O 值比水的18O 值大，因此，水岩同位素交换的结果是使水富18O（18O 值增大），而岩石18O 贫化（18O 值减少），这种现象称为氧漂移（2 分）。（2）影响氧漂移的因素主要有：A、温度越高，氧漂移越明显（1 分）；B、水及岩石的初始18O 值差别越大，氧漂移越明显（1 分）；C、水与岩石接触的面积越大，时间越长，氧漂移越明显（1 分）；D、水与岩石中氧元素的含量比越小，氧漂移越明显（1 分）；E、水与矿物的分馏系数越大，氧漂移越明显等（1 分）。影响因素只要答三个方面2、.我国潜水化学成分分带有何特点？答：（1）区域上，由东南向西北，地下水由溶滤成因为主的低矿化度重碳酸型淡水，向成分复杂的硫酸型或氯化物型咸水过渡，最后为由浓缩作用形成的氯化物型水或卤水（1.5 分）；（2）局部上，每个盆地由山前至盆地中心或至滨海地带的水平分带为重碳酸型水硫酸型水氯化物型水（1.5 分）。3、用图表示承压水盆地基本水化学类型的形成过程？4、水文地球化学分类的基本原则？并解释C 承25077.511 含义。答：（1）首先按照空气迁移的标型元素（化合物）进行分组，分出6 个组；分组反映了地下水的氧化还原环境；（2）然后按照水迁移的标型元素（化合物）进行分类：A：根据主要的阴离子将地下水分6 类；B：再根据阳离子进一步划分出9 个亚类。分类反映了地下水的酸碱条件和矿化度。总之，水文地球化学分类的基本原则力求充分反映地下水成分的特点及其所处的地质环境。（3）C 承25077.511 硫化氢还原水组，承压水亚组，Eh 值为-250mv，氯化钠型热水，pH 值为7.5，TDS 为11g/L。5、标准状态下，碳酸平衡与pH 值的关系？答： （1）水中碳酸平衡与pH 值的关系式如下（1.5 分）：logHCO-3/H2CO3=pH-6.4logCO32-/HCO-3=pH-10.3（2）pH6.4 时，H2CO3 占优势（1.5 分）；（3）6.410.3 时，HCO-3 占优势（1.5 分）；（4）pH10.3 时，CO32-占优势（1.5 分）。6、水的酸度与pH 值的区别？答：酸度是表征水中和强碱能力的指标（1 分）。它与水中的氢离子浓度并不是一回事，pH 值仅表示呈离子状态的H+数量（2 分），而酸度则表示中和过程中可以与强碱进行反应的全部H+数量，其中包括原已电离的和将会电离的部分（2 分），已电离的H+数量称为离子酸度，它与pH 值是一致的（1分）四、推导题（每题 10 分，共20 分）1、一供水井，井深91.5m，含水层为含黄铁矿的绢云母片岩。连续抽水13 个月，水位下降36.5m, 在这期间，水中SO2-4 浓度在13mg/L 左右，变化不大。停抽4 个月，再次抽水时，第一天的水样中，SO2-4=1330mg/L，Fe2+=365mg/L，pH=2.5；此后，水中的SO2-4 和 Fe 不断降低，pH 升高。试解释这种现象出现的原因。答：据题意所述，由于水位下降很大，所以形成了一个漏斗区（1 分）；在漏斗区内，原来的含水层变为包气带，因此绢云母片岩中的黄铁矿被氧化，其反应式如下（2 分）：2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4停抽期间，水位逐渐恢复，使第一次抽水所形成的降落漏斗区又充满水，黄铁矿氧化所产生的SO42-和H+进入水中，并溶解FeSO4。结果，在漏斗区内形成一个SO42-、Fe2+及H+浓度高的局部污染晕（2 分）。再次抽水时，这部分水首先被抽出，从而出现第一天水样中SO42-、Fe2+浓度高，而pH 低的现象（2 分）；随着抽水继续，原漏斗区外的水流入与漏斗区内的水混合。因此产生SO42-、Fe2+及H+浓度逐渐降低的现象（2 分）。这种现象是地下水中典型的氧化还原过程（1 分）。2、已知半反应式SO2-4+9H+8e=HS-+4H2O 的平衡常数K=1033.63 ,试求在25C，105Pa 条件下Eh-pH 的关系式（法拉第常数F=96.564KJ/V）。答：(1) 求Gr0 （3 分）Gr0= -5.71logK= -5.71*(33.63)= -192.03(2) 求Eh0 （3 分）Eh0= -Gr0/(NF)= 192.03/(8*96.564)=0.2486(v)(3) 求Eh- pH 的关系式（3 分）Eh= Eh0+(0.0591/N)log SO42- H+9/ HS-=0.2486+(0.0591/8)log SO42-/ HS-+(0.0591/8)log H+9=0.2486+0.0074 log SO42-/ HS-0.0665pH(4) 若SO42-/ HS-=1 （1 分）则 Eh=0.2486-0.0665pH五.论述题（15 分）水分析结果是简分析，请问如何检查分析数据可靠性。答：（1）阴阳离子平衡的检查（3 分）E=（mc-ma）/（mc+ma）*100%式中，E 为相对误差（%），mc 及ma 分别为阳离子及阴离子的毫克当量总数/升。如Na+和K+为实测值，E 应小于5%，如Na+和K+为计算值，E 应为零值或接近零值。（2）碳酸平衡关系的检查（3 分）当 pH8.34 时，分析结果中不应出现H2CO3。如果水分析结果不符合上述情况，说明pH 或CO32 和H2CO3 的测定有问题。（3）分析结果中一些计算值的检查（6 分）A、TDS：如果TDS 是计算值，应检查其数值是否减去1/2HCO3-。B、 Na+K+值：如果Na+K+为计算值，其计算方法是，阴离子（毫克当量总数）-（Ca2+Mg2+）（毫克当量总数）=（Na+K+）（毫克当量总数）；（Na+K+）（毫克当量总数）25=（Na+和K+）（mg/L）。C、硬度：硬度是计算值，其数值应按下列方法检查，（Ca2+Mg