第一章天然水的主要理化性质PPT课件

第一章天然水的主要理化性质 1 1天然水的化学组成及其特征 1 2天然水的盐度 密度和化学分类 1 3天然水的依数性和透光性 1 4天然水的导电性 1 5水的流转混合与水体的温度分布 第二节天然水的盐度 密度和化学分类 天然水的含盐量天然水的密度天然水的化学分类法 离子总量 矿化度 盐度 氯度 天然水中主要离子成分含量的总和即离子总量 矿化度是指 蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量 一 反映天然水含盐量的参数 一 天然水的含盐量 1 离子总量 ST 定义 指天然水中各种离子的含量之和 常用mg L mmol L或g kg mmol kg单位表示 离子的质量浓度 以单位电荷为基本单元的物质的量浓度 大多数淡水 八大离子 阳离子 K Na Ca2 Mg2 阴离子 HCO3 CO32 SO42 Cl 2 矿化度 矿化度是水中所含无机矿物成份的总量用过氧化氢氧化后蒸发 在105 110 干燥剩余的残渣 然后称重 本书 矿化度 离子总量 初始定义 将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后 海水中所含氯的总克数 以Cl 表示 3 海水的氯度 Cl 新定义 海水样品中的氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银的质量与该海水样品质量之比的0 3285234倍 用10 3作单位 用符号Cl表示 S 1 80655Cl 1966年联合国教科文组织和英国皇家海洋研究所提出的 WAg 代表沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯银 原子量银 的质量与海水质量之比代表以10 3为单位的上述比值的数值表示以10 3为单位的氯度的数值 盐度 氯度 原始定义 将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后 海水中所含氯的总克数 用Cl 符号表示 新定义 沉淀0 3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银 原子量银 的克数 在数值上即为海水的氯度 用Cl符号表示 无量纲单位为1 10 3 原始定义 1966年盐度定义 1978年的实用盐标 最初含义 当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代 碳酸盐全部变为氧化物 有机物完全氧化时 海水中所含全部固体物的质量与海水质量之比 称为盐度 以10 3或 为单位 用符号S 表示 4 海水的盐度 盐度的氯度定义 1966年经验公式 盐度与相对电导率的经验关系式 S 1 80655Cl 1969年电导盐度的定义 1978年实用盐度 S 定义 质量分数为32 4356 10 3的标准氯化钾溶液 S 2 42适用 标准海水 盐度为35 000 R15 用盐度为35 000的标准海水作参比时 测得的电导率比 S S未 S S未 国际海洋学常用表 电导盐度计样品的实用盐度 各种含盐量表示方法间的关系 S 0 030 1 8050Cl S 1 80655Cl 根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的 在六十年代以前得到国际上的广泛应用 由于海水成分的变动 特别是低盐度海水用上述关系式从氯度值计算出的盐度值通常产生0 4 的误差 联合国教科文组织和英国国立海洋研究所联合出版了 国际海洋学常用表 1966年 在编制该表时 提出了通过测定电导率确定盐度所采用的新的盐度 氯度关系式 采用实用盐度后 盐度成为独立参数 与氯度之间不存在实质性关系 盐度值可直接由 国际海洋学常用表 中编入的海水盐度 电导率比值关系查算表进行计算 S 1 81578Cl S 1 005109S 离子总量 矿化度概念较多用来反映内陆水的含盐量 盐度 氯度则是反映海水含盐量的参数 氯度在内陆水中不使用 因为对于内陆水 它与含盐量没有一定关系 在涉及内陆水含盐量的文献中 也常可见到 盐度 这个术语 从上 下文中分析 有的作者指的是离子总量 有的作者指的是矿化度 并不是指海洋学上的盐度概念 总含盐量 水中可溶性以无机盐为主的物质含量之和 以 S表示 海水 离子总量ST与盐度S 实用盐度S的关系 绝对盐度 每公斤海水中溶解盐分总量 以g kg或10 3为单位 海水盐度与氯度 S 0 030 1 8050Cl 与含盐量有密切关系的水质参数还有许多 比如海水的折光率 海水的密度等都与海水含盐量有密切关系 因而市场上设计生产了海水光学盐度计 海水密度计 比重计 等 用它们间接反应天然水盐度的状况 只是准确度较差 其他 总含盐量 离子总量 矿化度 盐度 氯度 水中可溶性以无机盐为主的物质含量之和 天然水中主要离子成分含量的总和 矿化度是指 蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量 天然水含盐量的参数 离子总量 矿化度 盐度 与水生生物关系 与养鱼生产的关系 与渔汛的关系 二 含盐量对水产养殖的影响 水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要 超过了生物渗透压调节的能力 生物就会 渴死 或 胀死 1 与水生生物关系 水生生物有一定的适应盐幅 同一生物不同生长阶段耐盐能力不同耐盐限度不同 几种淡水鱼的耐盐能力次序为 草鱼 团头鲂 鲢在适宜的盐度范围内 频繁的盐度波动对生长有影响 盐度实验时要注意 离子组成不同 耐盐能力不同 淡水鱼类适应的盐幅与pH 碱度有关 育苗用水 盐度对鱼类的影响 根据含盐量多少对鱼类进行分类 A淡水鱼B海水鱼根据鱼类对盐度的适应性来分 A 狭盐性鱼类 海水 淡水 S 4 B 广盐性鱼类 1 决定鱼的生存 影响精卵子的发育 亲鱼的繁殖 受精率 孵化率 精子的寿命 水中 四大家鱼50 60秒鲤鱼1 5 3分钟鲟鱼1 25分钟3 5 生理盐水 四大家鱼115 170秒 2 盐度对鱼类人工繁殖的影响 盐度的变化 蒸发 敞口慢性实验 夏季纳水池塘结冰 初春降水 添加其它物质 归纳 盐度有几种测定方法 养殖生产中常用哪种 问题 1 天然水含盐量有几种测定方法 2 离子总量有几种单位 二 天然水的密度 一 纯水的密度 天然水的密度 单位体积水体所具有的质量 用表示 二 海水的密度 现场密度 用表示条件密度 标准密度 17 5 是盐度 温度 压力函数 可通过测定密度推算盐度 影响 S t StfS 24 95 tzm tf 图1 1海水冰点和最大密度时的温度 附录10 t t 密度计 海水盐度 思考与讨论 为什么海水结冰比淡水难 2 按主要离子成分的分类 据含量最多的阴离子分类 碳酸盐类 C 硫酸盐类 S 氯化物类 Cl 据含量最多的阳离子分组 钠组 Na 镁组 Mg 钙组 Ca 阿列金分类法 以单位电荷为基本单元 据阴阳离子的比例关系分型 型 型 型 型 表示方法 第三节天然水的依数性和透光性 稀溶液的一个重要特性是依数性 即稀溶液蒸气压下降 P 沸点上升 Tb 冰点下降 Tf 值等与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比 而与溶质的本性无关 一 天然水的依数性 对于纯溶液 蒸气压下降 p K b冰点下降 tf Kf b渗透压增大 n V RT cRT Tf 0 0137 0 05199S 7 225 10 5S2 冰点与盐度关系 海水 tf为冰点 S为实用盐度 最大密度的温度与冰点相同时的盐度t 1 35 S 24 95 盐度小于24 95的咸水或淡水 最大密度时的温度在冰点之上 由密度最大时的温度开始 无论升温或降温 密度都逐渐变小 当表层水温降至冰点时开始结冰 而底层水温仍在冰点之上 水体出现明显的温度分层 这种现象对于维持淡水湖泊或半咸水湖泊生物的生命活动具有重要意义 盐度大于24 95的海水 这与绝大多数物质随温度升高密度下降相一致 表层海水温度降低其密度一直在升高 若下层海水温度高于表层 则垂直对流就一直进行 而温度越趋于最大密度时的温度 垂直对流就越剧烈 即使海水表层已结冰 但冰下的海水温度也没达到最大密度时的温度 冰下海水继续对流运动 因而海水较淡水难结冰 且结冰后海水冰下水温比淡水冰下的水温低得多 Pwo Pwo 1 0 000537S 饱和蒸气压与盐度关系 海水 盐度对于天然水的饱和蒸气压影响不大 KPa 69 55S 0 2546 t S 渗透压与盐度关系 渗透压 当半透膜处于水与水溶液之间时 仅水分子可通过半透膜渗透至水溶液 阻止水分子透过半透膜进入水溶液所施加的压力称为渗透压 水生生物对水的渗透压有一定范围的适应能力 海水 天然水的渗透压主要决定其中的含盐量 渗透压不容易直接测量 常常采用冰点下降数值来换算 或者直接用冰点下降值来反映渗透压的大小 二 天然水的透光性 光线在水中的反射 吸收与折射 一 水面对太阳辐射的反射 入射角 反射角 太阳高度角 反射率水面对大气散射辐射的反射率 大约在5 10 二 水对太阳能的吸收和散射 太阳辐射入水 吸收 升温 散射 辐射 穿透 吸收 散射 红外绝大部分被表层100cm水层吸收 27 的总辐射能被1cm水层吸收 64 的总辐射能被1m水层吸收 100m处的辐射能仅及表层的1 4 1 有一定的选择性2 随水体深度增大能量衰减快73 到水面1cm处36 到1m处1 4 到100m处光抑制区光适宜区光限制区 水对太阳光的吸收特点 一定波长太阳辐射能在水中的衰减 符合指数衰减规律 可见光在水中的衰减 Z 水深 mI0 IZ 分别为进入水中表层和Z米深处的可见光辐照度 为衰减系数 下标w c p分别表示纯水 溶解有机物质及悬浮物质 养鱼池水下与冰下的辐射度与光照度 水下 冰下 哈尔滨 1980 光照度单位 微爱因斯坦 秒 米2 每平方米面积每秒钟所接受的辐射光量子的微摩尔数 符号 E s m2 透明度浑浊度补偿深度营养生成层营养分解层补偿点 补偿深度 水域生态学 可见光在水中的衰减状况 2 2 5倍 透明度与水的光学分层 光适宜区 营养分解层 光合作用速率小于呼吸作用速率的水层 有机物的分解速率大于合成速率 这一水层的植物不能正常生活 光限制层 无光层 生物无法生长或生长缓慢 真光层 营养生成层 光合作用速率大于呼吸作用速率的水层 植物光合作用合成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物 有机物的净合成大于零 光照与水生生物的关系 光照强度对水生动物摄食的影响光周期对水生动物摄食的影响光谱成分对水生动物摄食的影响光周期对动物生长 发育和存活率的影响 两种摄食模型 具峰值的摄食曲线和S型摄食曲线 第四节天然水的导电性 一 概念 电导是电阻的倒数 等于电流与电压的比 电导率 当电极面积为1平方厘米 两电极相距1厘米时 溶液的电导即为电导率 单位为西门子每米 S m 不同离子的导电能力不同 离子组成不固定就不能用电导率仪准确测定总含盐量或盐度 有地域差异 由于温度不同 电导率的差异很大 必须校正温度的影响 用电导率仪直接测定盐度的准确度不高 专用电导盐度计除外 电导率 同一盐度的海水 温度升高电导率增加 近于直线关系 式中 数 二 天然水的电导率 电导率与溶液所含离子种类和浓度 温度与压力有关 图1 5温度对海水电导率的影响 1 内陆水的电导率与离子总量的关系 f为换算系数 具体取值随电导率而变 示例 陕西水利局 关中地区 单位 mS cm 内陆水的离子组成变化很大 含盐量与电导率就没有一定的关系 不能用测电导率的方法来准确测定含盐量 对于一个特定地区 水质主要离子组成比例变化不大时 可以用水的电导率来反映含盐量的变化 2 海水的电导率与盐度的关系 天然淡水的水质类型差别较大 对于类型差别较大的淡水 无法建立含盐量与电导率的相关关系式 而对于同一类型淡水 在pH5 9范围内 电导率与离子总量大致成比例关系 天然淡水 在常压下 在海洋的温度范围内 海水的电导率与盐度几乎成正比例增加 于是 一系列有关电导率 盐度 或氯度 的经验公式不断涌现 通过电导率的测定获得盐度的精确数值成为可能 天然海水 第五节水的流转混合与水体的温度分布 风力涡动混合作用密度引起的对流混合作用流水状态人为机械搅动 一 水的流转混合作用 1 天然水的流转混合作用 风力的涡动混合 温度引起的密度对流 1 风力的涡动混合 风力越大 涡动混合作用越强烈 水面开阔深度浅的水体 较易混合彻底 上下密度差越大 水越深 风力使水混合所需做的功也越大 2 水的密度环流 当表层水密度增大 或底层水密度减少时 都会出现 上重下轻 的状态 密度大的水要下沉 密度小的水要上升 这就形成了上下水团的对流混合 环流 水温在密度最大的温度以上 热胀冷缩水温在密度最大的温度以下 热缩冷胀 升温和降温引起密度流的温度界限怎样划分 与水的盐度有何关系 盐度 25的海水池塘升温时有没有密度流 降温时密度流可以进行到什么时候 界线 密度最大时的温度 二 水体的温度分布 开阔的水体 差别不大 岸边浅水区与中心区的水温可能有所不同 养鱼池水温的水平分布受风力影响 使上 下风处水温明显不同 水温的水平分布 水温的垂直分布 水温的垂直分布有明显的季节特点 在我国北方地区 夏季是正分布 冬季形成水温的逆分布 春 秋季节全同温 春季的全同温期夏季的正分层期秋季的全同温期冬季的逆分层期讨论的基点 淡水密度最大时的水温为4 冰点0 盐度为24 9的海水密度最大时的温度与冰点0均为 1 35 水的含盐量上下均匀 一 湖泊 水库 四季的典型温度分布 冬季逆分层 表面结冰 水温随深度增加而缓慢升高 春季全同温 表层水温升高 密度流使上下水对流交换 夏季正分层 两层 高温表层和低温下层 中间夹有一温度随深度增加而迅速降低的水层 温跃层 秋季全同温 气温低于水温 表层水温下降 密度增大 发生密度环流 加上风力的混合作用 温跃层消失 图1 8淡水湖四季水温的典型分布 水的流转混合作用 密度流 由4 升温 春夏 密度减小 形成正分层由 4 向4 降温 秋冬季 密度增大 流转混合 水体全同温由4 向 4 降温 冬季 密度减小 形成逆分层 温跃层形成的弊端水体不易发生上下水层混合作用 氧气和营养盐不易发生上下传递 水体底部易长期出现缺氧现象 解决措施打破温跃层 风力作用 人为机械作用 水库 湖泊 水温的垂直分布 80cm 温跃层 a b 全同温d e 正分层 二 越冬池的水温 淡水冰下的水温并非都是4 具体