第7讲地下水的物理性质、化学成分及其形成作用

1、LOGOv地下水的化学成份地下水的化学成份v地下水化学成份的形成地下水化学成份的形成v地下水化学成分的分析与地下水化学成分的分析与资整理资整理v地下水化学成分的分类地下水化学成分的分类LOGOv 一般情况下一般情况下, ,随着总矿化度随着总矿化度( (总溶解固体）的变化总溶解固体）的变化, ,地下水地下水中占中占主要地位的离子成分也随之发生变化主要地位的离子成分也随之发生变化，即：，即： 低矿化水低矿化水中以中以HC0HC03 3- -、CaCa2+2+、MgMg2+2+为主为主; ; 高矿化水高矿化水以以ClCl- -、NaNa+ +为主为主; ; 中等矿化水中中等矿化水中, ,阴离子常以阴

2、离子常以S0S04 42-2-为主为主, ,主要阳离子为主要阳离子为NaNa+ +、CaCa2+2+。v地下水的地下水的矿化度与离子成分间之所具有这种对矿化度与离子成分间之所具有这种对应关系应关系, ,主要主要原因原因是水中盐类的溶解度不同是水中盐类的溶解度不同（表（表1 1）盐类盐类溶解度溶解度盐类盐类溶解度溶解度盐类盐类溶解度溶解度NaClKClMgCl2CaCl2350290558.1（18）731.9（18）Na2SO4MgSO4CaSO4502701.9Na2CO3MgCO3193.9（18）0.1总的规律：总的规律：v 氯盐的溶解度氯盐的溶解度 硫酸盐硫酸盐 碳酸盐碳酸盐v矿化度异

3、常高的地下水中以氯和钙为主的原因：矿化度异常高的地下水中以氯和钙为主的原因： 钙的硫酸盐钙的硫酸盐, ,特别是特别是钙、镁的碳酸盐钙、镁的碳酸盐, ,溶解度最小溶解度最小; ;随随着着矿化度增大矿化度增大, ,钙、镁的碳酸盐首先达到饱和并沉淀析出钙、镁的碳酸盐首先达到饱和并沉淀析出, ,继续增大时继续增大时, ,钙的硫酸盐也饱和析出钙的硫酸盐也饱和析出, ,因此因此, ,高矿化水中便高矿化水中便以易溶的氯和钠占优势（由于氯化钙的溶解度更大以易溶的氯和钠占优势（由于氯化钙的溶解度更大, ,故在故在矿化度异常高的地下水中以氯和钙为主）。矿化度异常高的地下水中以氯和钙为主）。 1、迁移性能迁移性能

4、Cl-具有很强的迁移性能，其原因有三个方面：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）不形成难溶化合物 （2）不被胶体所吸附）不被胶体所吸附 （3）不被生物所吸附）不被生物所吸附 2、分布规律、分布规律 氯离子在地下水中氯离子在地下水中广泛分布广泛分布, ,但但低矿化低矿化水中一般含量水中一般含量仅仅mg/Lmg/L, ,高矿化高矿化水中可达水中可达g/Lg/L以上以上。地下水中的地下水中的Cl-含量随含量随地下水矿化度的增高而增高。在高矿化度水中，占阴离地下水矿化度的增高而增高。在高矿化度水中，占阴离子首位，形成氯化物水子首位，形成氯化物水。3地下水中地下水中Cl-的主

5、要来源的主要来源: 沉积岩沉积岩中所含中所含岩盐或其它氯化物岩盐或其它氯化物的的溶解溶解; ; 岩浆岩岩浆岩中含中含氯矿物氯矿物方腊石方腊石NaAlSiO4N aCl、氯磷灰石、氯磷灰石Ca5(PO4)3C1的的风化溶解风化溶解; ; 海水海水; ; 火山喷发物火山喷发物的的溶滤溶滤; ; 人为污染人为污染: :工业、生活污水及粪便中含有大量工业、生活污水及粪便中含有大量Cl-。硫酸根（硫酸根（SOSO4 42- 2-）1、迁移性能、迁移性能 迁移性能较强，仅次于迁移性能较强，仅次于Cl- ，其迁移性能受下列四个因素控制：，其迁移性能受下列四个因素控制： （1）水中）水中SO42-易与易与Ca

6、2+、Ba2+、Sr2+等离子形成难溶盐。等离子形成难溶盐。 （2）热带潮湿地区土壤中的）热带潮湿地区土壤中的Fe(OH)2-、Al(OH)22+胶体可以吸附胶体可以吸附SO42-。 （3）易被生物吸收，硫是蛋白质的组成部分。）易被生物吸收，硫是蛋白质的组成部分。 （4）脱硫酸作用：在缺氧、有脱硫酸菌存在的情况下，）脱硫酸作用：在缺氧、有脱硫酸菌存在的情况下， SO42-被还原成被还原成H2S等的过程。等的过程。 SHHCOOHCSO22243222脱硫酸细菌（有机质）硫酸根（硫酸根（SOSO4 42- 2-） 2、分布规律、分布规律 （1） SO42-含量随地下水矿化度增高而增加，但增加含量

7、随地下水矿化度增高而增加，但增加速度明显落后于速度明显落后于Cl-。在中等矿化度水中，常成为含量最。在中等矿化度水中，常成为含量最多的阴离子。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，）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，石膏层地下水。例如硫化矿氧化带中的矿坑水，石膏层地下水。 3、来源、来源 （1 1）石膏、硬石膏及含硫酸盐的沉积物）石膏、硬石膏及含硫酸盐的沉积物 （2 2）硫化物及天然硫的氧化）硫化物及天然硫的氧化 （3 3）火山喷发物中硫的氧化）火山喷发物中硫的氧化 （4 4）大气降水中的）大气降水中的SO42-SO42- （5 5）

8、有机物的分解）有机物的分解 （6 6）生活、工业、农业废水）生活、工业、农业废水 （7 7）燃烧给大气人为产生的）燃烧给大气人为产生的SOSO4 42-2-与氮氧化合物，构成富含硫酸及与氮氧化合物，构成富含硫酸及硝酸的降水硝酸的降水（酸雨）（酸雨）, ,使地下水中使地下水中SOSO4 42-2-增加。增加。244222242272SOHFeSOOHOFeS242224232SOHOHOS1、分布规律、分布规律 HCO3在低矿化度水中主导地位，在阴离子中占首位。在某些含CO2的水中，HCO3含量可达1000mg/L以上。v 例如横迳（赣南）温泉水中HCO3含量高达2253mg/L，强碱、强酸水中

9、，HCO3极少见。天然水中CO32含量一般很低，但在苏打水中可达到很高。2来源来源 大气中大气中CO2 的溶解；的溶解； 各种碳酸盐类及胶结物的溶解和溶滤；各种碳酸盐类及胶结物的溶解和溶滤； 岩浆岩与变质岩地区，岩浆岩与变质岩地区，HCO3主要来自铝硅酸盐主要来自铝硅酸盐矿物的风化溶解。例如：矿物的风化溶解。例如：钠长石 322233222322HCOMgOHCOMgCOHCOCaOHCOCaCO26222322161624222SiOOSiAlHHCONaOHCOOSiNaAl 钠是地下水中分布最广的阳离子，在高含盐量的地下钠是地下水中分布最广的阳离子，在高含盐量的地下水中钠是主要离子。水中

10、钠是主要离子。v含量：含量： 低矿化水中低矿化水中含量一般很低含量一般很低, ,仅仅mg/L;mg/L; 高矿化水中高矿化水中含量最高可达含量最高可达g/Lg/L。v来源：来源： 沉积岩中沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解岩盐及其它钠盐的溶解； 海水海水； 岩浆岩和变质岩区岩浆岩和变质岩区含钠矿物的风化溶解含钠矿物的风化溶解。 酸性岩浆岩中有大量含钠矿物，如钠长石，因此，在酸性岩浆岩中有大量含钠矿物，如钠长石，因此，在二氧化碳和水的参与下同，将形成低矿化的二氧化碳和水的参与下同，将形成低矿化的钠离子及重碳钠离子及重碳酸根离子酸根离子为主的地下水。为主的地下水。钠离子（钠离子（Na+）: 钾在壳中的含

11、量及其地下水中的分布与钠相近，在地下水中含钾在壳中的含量及其地下水中的分布与钠相近，在地下水中含量少，在水化学分析中，与归到钠中。量少，在水化学分析中，与归到钠中。v钾离子的来源：钾离子的来源： 含钾盐类含钾盐类沉积岩的沉积岩的溶解溶解； 岩浆岩、变质岩中岩浆岩、变质岩中含钾矿物含钾矿物的的风化溶解风化溶解。钾离子（钾离子（K+）：）：v 含量：含量： 低矿化水低矿化水中的主要阳离子中的主要阳离子, ,其含量一般为其含量一般为mg/Lmg/L。 高矿化水高矿化水中中,Ca,Ca2+2+的含量显著增大的含量显著增大, ,但仍远低于但仍远低于NaNa+ +。矿化度格外高的水矿化度格外高的水, ,钙

12、也可成为主要离子。钙也可成为主要离子。v 来源：来源： 碳酸盐类碳酸盐类沉积物及沉积物及含石膏沉积物含石膏沉积物的的溶解溶解； 岩浆岩、变质岩中岩浆岩、变质岩中含钙矿物含钙矿物的的风化溶解风化溶解。钙离子（钙离子（Ca2+）:v来源：来源： 沉积岩：沉积岩：含镁的碳酸盐类含镁的碳酸盐类沉积沉积( (白云岩、泥灰岩）；白云岩、泥灰岩）； 岩浆岩、变质岩中岩浆岩、变质岩中含镁矿物含镁矿物的的风化溶解风化溶解。v含量含量： 低矿化水低矿化水中含量通常较中含量通常较CaCa2+2+少少, ,通常不成为地下水中的主通常不成为地下水中的主要离子要离子, ,部分原因是由于地壳组成中部分原因是由于地壳组成中M

13、gMg比比CaCa少。并且容易被少。并且容易被植物摄取和土颗粒吸附。植物摄取和土颗粒吸附。镁离子（镁离子（Mg2+）：）：4332242)(22)(OHSiFeCOMgCOCOOHSiOFeMg322232HCOMgCOOHMgCO二、地下水中的其它成分v 胶体成分硅酸 弱酸，离解程度很小。 在水中的含量一般每升十分之几毫克，少数达几毫克；但在碱性热水中，可达到100mg/L。 南方多雨潮湿的结晶岩地区，在一些低矿化度水中富集了硅酸盐型水。粘土矿物即是硅铝酸化合物胶体，最简单的形式如Al2O32SiO22H2O，硅铝酸阴离子使粘土胶体离子带有负电荷，是吸附阳离子的主要原因。二、地下水中的其它成

14、分v 胶体成分氢氧化铁 在还原环境中，地下水中的铁通常以低价Fe2+出现，亚铁离子在水中是不稳定的，极易氧化成氢氧化铁析出：3222)(4634OHFeOHOFe 胶体氢氧化铁在地壳中分布很广，也是铁在天然水中存在的主要形式之一。氢氧化铝 氢氧化铝胶体主要由铝硅酸盐风化分解而来，但很不稳定，容易形成水矾土、叶腊石等次生矿物，氢氧化铝在地下水中含量不高。二、地下水中的其它成分v 有机质 地下水中的有机质大部分由腐殖质组成，它是有机质经微生物分解后再合成的一种褐色或黑褐色的胶体物质。沼泽地区的地下水，有机质含量高，呈酸性，油田水中的有机质含量最高达n10-3。大气降水和海洋水中有机质含量最少，其他

15、地下水中含量只有n10-5。 地下水中有机质主要来源是土壤或岩石石油天然气的溶解，细菌或生物的作用，沿海盐水的入侵等。此外工业废水、石油、天然气、煤等矿产开发，农业灌溉以及城市污染等也能形成有机质。二、地下水中的其它成分v 细菌成分 地下水中的细菌成分来自生活污水、生物制品、造纸等各种工业废水，污染地下水。 水的细菌分析结果一般用细菌总数（每升水）、菌度（含有一条大肠杆菌的水的毫升数）和检定量（1L水中大肠杆菌的含量）表示。我国规定1mL饮用水中细菌总数不得超过100个，1L水中大肠杆菌不得超过3个。地下水卫生状况按菌度划分表水的名称水的名称菌度菌度/ /mL卫生的水卫生的水300300比较卫

16、生的水比较卫生的水100不可靠的水不可靠的水10不卫生的水不卫生的水1极不卫生的水极不卫生的水0.1二、地下水中的其它成分v地下水中的次要离子：地下水中的次要离子：如如H H+ +、FeFe2+2+、 FeFe3+3+、MnMn2+2+、OHOH- -、NONO2 2- -、NHNH4 4+ + 。v地下水中的微量组分：地下水中的微量组分：BrBr、I I、F F、B B、SrSr等。等。v有机质：有机质：常以常以胶体方式胶体方式存在于地下水中。存在于地下水中。 v微生物：微生物：地下水中存在各种微生物。例如地下水中存在各种微生物。例如, ,氧化环境中氧化环境中存在存在硫细菌硫细菌、铁细菌、硝

17、化细菌铁细菌、硝化细菌等等; ;还原环境还原环境存在存在脱硫酸细菌脱硫酸细菌等等; ;污染水中污染水中有各种有各种致病细菌致病细菌。三三 、天然水化学成分的综合指标、天然水化学成分的综合指标 水样分析中，除了水样分析中，除了测定单个组分的含量测定单个组分的含量外，得还要外，得还要测定一些综合指标测定一些综合指标，或者根据单项的水分析结果求得某，或者根据单项的水分析结果求得某些综合指示的计算值。些综合指示的计算值。 主要体现水的质量：包括主要体现水的质量：包括总溶解固体、含盐量（度）总溶解固体、含盐量（度）、硬度、硬度等。等。3.4 3.4 天然水化学成分的综合指标天然水化学成分的综合指标 1、

18、总溶解固体（、总溶解固体（TDS，Total dissolved solid） （1）定义：）定义：指水中各溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、指水中各溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、分子及络合物，但不包括分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解气体悬浮物和溶解气体。 （2)2)测定方法与单位：测定方法与单位：通常以通常以105105-110-110下，水蒸干后留下的干涸下，水蒸干后留下的干涸残余物的重量来表示，其单位为残余物的重量来表示，其单位为mg/Lmg/L或或g/Lg/L，记为记为“TDS” TDS” 。 （3)3)计算方法：计算方法： 溶解组分（溶解气体除外）总和减去溶解组分（溶解

19、气体除外）总和减去1/21/2的的HCOHCO- -3 3，因为水样蒸干过程中，约有一半（因为水样蒸干过程中，约有一半（0.490.49）的）的HCOHCO- -3 3变成气体跑掉：变成气体跑掉： 2 2HCOHCO- -3 3 = CO= CO2-2-3 3 + H+ H2 2O + COO + CO2 2 （4 4）根据总溶解固体将地下水分为淡水、微咸水、咸水、盐水和）根据总溶解固体将地下水分为淡水、微咸水、咸水、盐水和卤水五类。卤水五类。3.4 3.4 天然水化学成分的综合指标天然水化学成分的综合指标（4） TDS的实测值与计算值的差别：的实测值与计算值的差别： 除除HCO-3外，外，硝

20、酸、硝酸、硼酸、有机酸硼酸、有机酸等也可能损失一部分，同时，可能等也可能损失一部分，同时，可能结晶水结晶水（石膏（石膏CaSO4H2O）和部分吸附水和部分吸附水留在干涸残余物里。留在干涸残余物里。因此，因此，TDS的实测值与计算值存在微小差别。的实测值与计算值存在微小差别。 （5）矿化度与）矿化度与TDS关系：关系：矿化度的术语，其含义与矿化度的术语，其含义与TDS相同，这是从前苏联引入的，在国际文献中一般只相同，这是从前苏联引入的，在国际文献中一般只用用TDS，而没有使用矿化度术语，目前我国也开始使用而没有使用矿化度术语，目前我国也开始使用“TDS“代替矿化度。代替矿化度。3.4 3.4 天

21、然水化学成分的综合指标天然水化学成分的综合指标2、含盐量与含盐度、含盐量与含盐度 （1)1)含盐量：含盐量：指水中各溶解组分的总量，其单位指水中各溶解组分的总量，其单位以以mg/L或或g/L表示，这个指标是计算值，表示，这个指标是计算值，它与它与TDS的的差别在于无需减去差别在于无需减去1/2 HCO-3。 （2)2)含盐度：含盐度：在海洋研究中，常用含盐度代替含在海洋研究中，常用含盐度代替含盐量。盐量。指海水中所有溶解组分的重量占水重量的千指海水中所有溶解组分的重量占水重量的千分数，以分数，以表示表示。天然水化学成分的综合指标天然水化学成分的综合指标3、硬度、硬度 （1） 定义：定义：硬度是

22、以水中硬度是以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等碱土金属离子的总和来量度，但是除等碱土金属离子的总和来量度，但是除Ca2+、Mg2+外，其它金属离子在水中含量都很微少。因此，外，其它金属离子在水中含量都很微少。因此，硬度一般以水中的硬度一般以水中的Ca2+和和Mg2+来量度。来量度。 （2） 计算方法：计算方法：Ca2+和和Mg2+的的毫克当量毫克当量总数乘总数乘以以50，以，以CaCO3表示，其单位是表示，其单位是mg/L 。天然水化学成分的综合指标天然水化学成分的综合指标 （4）硬度硬度 依据水中生成的盐类不同依据水中生成的盐类不同又分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。又分为总硬度、

23、暂时硬度和永久硬度。 总硬度：总硬度：指水中所含指水中所含Ca2+、Mg2+ 的总量。的总量。它是碳酸盐硬度和非碳酸盐度的总和。它是碳酸盐硬度和非碳酸盐度的总和。 暂时硬度（碳酸盐硬度）：暂时硬度（碳酸盐硬度）：指水中指水中Ca2+、Mg2+与与HC0HC03 3- -和和C0C03 32-2-离子结合的硬度。离子结合的硬度。 水煮沸时，与水煮沸时，与COCO3 32-2-和和HCOHCO- -3 3结合的那部分结合的那部分CaCa2+2+和和MgMg2+2+，由于产生，由于产生MgCOMgCO3 3和和CaCOCaCO3 3沉淀而沉淀而被除去，所以也叫暂时硬度。以被除去，所以也叫暂时硬度。以

24、COCO3 32-2-和和HCOHCO- -3 3毫克当量数总和乘以毫克当量数总和乘以5050得到，如所得数得到，如所得数值大于总硬度，其差值为负硬度值大于总硬度，其差值为负硬度 。 永久硬度：（非碳酸盐硬度）：永久硬度：（非碳酸盐硬度）：指水中指水中Ca2+、Mg2+与与ClCl- -和和S0S04 42-2-离子结合的硬度。离子结合的硬度。非碳酸盐是指与非碳酸盐是指与ClCl- -、SOSO2-2-4 4和和NONO- -3 3结合的结合的CaCa2+2+和和MgMg2+2+，水煮沸后不能除去，所以也叫永，水煮沸后不能除去，所以也叫永久硬度。久硬度。 v 一般规定，生活用水的总硬度不得超过

25、一般规定，生活用水的总硬度不得超过25度。度。v 一般饮用水的适宜硬度以一般饮用水的适宜硬度以10度度-20度为宜。度为宜。3.4 3.4 天然水化学成分的综合指标天然水化学成分的综合指标 主要表征水体环境状态：包括主要表征水体环境状态：包括化学需氧量、生化需氧化学需氧量、生化需氧量、总有机碳及氧化还原电位量、总有机碳及氧化还原电位。 1、化学需氧量（、化学需氧量（COD， Chemical Oxygen Demand ） （1）定义：）定义：用化学氧化剂氧化水中能被氧化的有机污用化学氧化剂氧化水中能被氧化的有机污染物时所需的氧量。染物时所需的氧量。COD越高，表示有机污染物质越多越高，表示有

26、机污染物质越多，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。3.4 3.4 天然水化学成分的综合指标天然水化学成分的综合指标1、化学需氧量（、化学需氧量（COD， Chemical Oxygen Demand ） （2）测定方法与单位：）测定方法与单位：目前常用目前常用KMnO4、KCr2O7和和KIO3三种氧化剂测定水中三种氧化剂测定水中COD的，以的，以mg/L表示。表示。 由于这三种氧化剂能力不同，所以其测定结果不同由于这三种氧化剂能力不同，所以其测定结果不同。为了区分分析结果，使用。为了区分分析结果，使用COD值时，应注明分析方法值时，应注明分析方

27、法。 KMnO4法标注为：法标注为： CODMn而而KCr2O7法标注为：法标注为：CODcr。显然显然CODMn Fe Fe3+3+ Al Al3+3+ Ca Ca2+2+ Mg Mg2+2+ K K+ + Na Na+ + 离子价越高，离子半径越大，水化离子半径越小，离子价越高，离子半径越大，水化离子半径越小，吸附能力越大。吸附能力越大。H+例外。例外。 阳离子交替吸附作用的规模取决于岩土的吸附能力。岩土的吸附能力决定于岩土的比表面积。颗粒愈细，比表面积愈大，交替吸附作用的规模也就愈大。 因此，粘土及粘土岩类最容易发生交替吸附作用，而在致密的结晶岩中，实际上不发生这种作用。六、混合作用v混

28、合作用的概念：混合作用的概念： 成分不同的两种水汇合在一起成分不同的两种水汇合在一起, ,形成化学成分与原来两者都不形成化学成分与原来两者都不相同的地下水相同的地下水混合作用。混合作用。v混合水的矿化度与化学类型取决于参与混合的两种水的成分及其混混合水的矿化度与化学类型取决于参与混合的两种水的成分及其混合比例：合比例： 两种水的混合可能产生或不产生明显的化学反应。两种水的混合可能产生或不产生明显的化学反应。范围：海滨、湖畔或河边，地表水往往混入地下水中；深层地下水补给浅部含水层时，则发生两种地下水的混合。 当以SO42-、Na+为主的地下水，与HCO3-、Ca2+为主的水混合时：Ca（HCO3

29、）2+Na2SO4CaSO4+2NaHCO3七、生物化学作用生物化学作用 地下水中有机物质的含量与微生物的活动，对地下水化学成分的演变有特殊的作用。 许多研究证明，无论是埋藏不深的潜水，还是循环在1000m或更大深度的地下水中，微生物都有能力发展和活动。 微生物还能够适应很宽的温度范围，即从零下几度到零上85 微生物分为好氧细菌和厌氧细菌两种。 好氧细菌仅仅生活在有自由氧存在的地方，它利用氧来呼吸。有自由氧的条件，存在于潜水； 厌氧细菌生活在没有自由氧中，但对它必须的氧，它可以从有机氧化物中或从矿物盐类硝酸盐、硫酸盐等重取得。存在于封闭的含水层。七、生物化学作用生物化学作用1）硫磺细菌，它能使

30、H2S和S氧化成硫酸2H2S+O22H2O+S2S2+3O2+2H2O2H2SO4硫酸又和水中的碳酸盐中和成为硫酸盐沉淀析出：H2SO4+CaCO3CaSO4+H2O+CO22）去硫细菌，脱硫酸作用32224222HCOSHOHCSO八、人类活动在地下水化学成分中的作用 近年来近年来, ,随着社会生产力与人口的增长随着社会生产力与人口的增长, ,人类活动对地下水化人类活动对地下水化学成分的影响愈来愈大：学成分的影响愈来愈大：v 人类活动产生的人类活动产生的废弃物废弃物污染地下水；污染地下水；v 人为作用大规模地人为作用大规模地改变了地下水形成条件改变了地下水形成条件, ,从而使地下水化学成从而

31、使地下水化学成分发生变化。分发生变化。 工业生产的废气、废水与废渣以及农业上大量使用化肥农药，使天然地下水富集了原来含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、砷、铬、亚硝酸等； 滨海地区过量开采地下水引起海水入侵； 不合理的打井采水使咸水运移； 干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，引起大面积次生盐渍化等。4 地下水化学成分的 分析内容与分析资料整理v地下水化学分析的内容地下水化学分析的内容v地下水化学分析资料的整理地下水化学分析资料的整理一、地下水化学分析内容v 地下水化学成分的分析是研究的基础，工作目的与要地下水化学成分的分析是研究的基础，工作目的与要求不同求不同, ,分析项目与精度也不相同。当为

32、饮用水源勘察分析项目与精度也不相同。当为饮用水源勘察时，应根据国家饮用水水质标准时，应根据国家饮用水水质标准 （GB5749-2006GB5749-2006）v 一般水文地质调查中的一般水文地质调查中的分析类型分析类型： 简分析简分析 全分析全分析 专项分析专项分析简分析：简分析：v 用于用于了解区域地下水化学成分的概貌了解区域地下水化学成分的概貌, ,这种分析可这种分析可在野在野外外利用专门的水质分析箱利用专门的水质分析箱就地进行就地进行。v 分析的目的：分析的目的：为初步了解水质为初步了解水质是否适于饮用是否适于饮用。v 特点：特点：分析项目少，精度要求低分析项目少，精度要求低, ,简便快

33、速简便快速, ,成本不高成本不高, ,技术上容易掌握。技术上容易掌握。v 分析项目：分析项目： 物理性质物理性质温度、颜色、透明度、嗅、味道等；温度、颜色、透明度、嗅、味道等； 定量分析项目定量分析项目HC0HC03 3- -、S0S04 42-2-、CICI- -、CaCa2+2+、总硬度、总硬度、pHpH值。值。通过计算可求得水中各主要离子含量及总矿化度。通过计算可求得水中各主要离子含量及总矿化度。 其它分析项目其它分析项目不固定不固定, ,较经常的有较经常的有NONO2 2- -、NONO3 3- -、NHNH4 4+ +、FeFe2+2+、 FeFe3+3+ 、H H2 2S S、耗氧

34、量等。、耗氧量等。全分析全分析（并非分析水中的全部成分）：并非分析水中的全部成分）：v 特点：特点：项目较多，要求精度高，能较全面了解地下水化学项目较多，要求精度高，能较全面了解地下水化学成分成分v 做法：做法：在简分析的基础上在简分析的基础上选择有代表性的水样选择有代表性的水样进行全分析进行全分析，并对简分析结果进行并对简分析结果进行检核检核。v 定量分析的项目：定量分析的项目： HCOHCO3 3- -、SOSO4 42-2-、ClCl- -、COCO3 32-2-、NONO2 2- -、NONO3 3- -、CaCa2+2+、 MgMg2+2+、K K+ +、 NaNa+ +、NHNH4

35、 4+ +、FeFe2+2+、FeFe3+3+、H H2 2S S、COCO2 2、耗氧量、耗氧量、pHpH值、值、干涸残干涸残余物余物。专项分析：专项分析：v 为了满足某项目具体工作而提出的一些特需项目的分析。为了满足某项目具体工作而提出的一些特需项目的分析。例例1：对地下水作为生活饮用水的评价提出的细菌分析、：对地下水作为生活饮用水的评价提出的细菌分析、有毒性的有毒性的AS、Pb、Hg的分析；的分析； 例例2：对工程建设项目的侵蚀性分析等。：对工程建设项目的侵蚀性分析等。v 化学分析结果的化学分析结果的表示方式表示方式： 分析结果是用分析结果是用离子含量以毫克离子含量以毫克/ /升升表示；

36、在资料整理表示；在资料整理中用离子毫克当量数（中用离子毫克当量数（meq/Lmeq/L）、离子毫克当量百分数表）、离子毫克当量百分数表示示(meq%)(meq%)。 离子的当量离子的当量= =离子量（原子量）离子量（原子量）/ /离子价离子价 离子的毫克当量数离子的毫克当量数= =离子毫克数离子毫克数/ /离子的当量离子的当量 毫克当量百分数毫克当量百分数：分别以阴、阳离子的毫克当量为：分别以阴、阳离子的毫克当量为100%,100%,求取各阴、阳离子所占的毫克当量百分比。求取各阴、阳离子所占的毫克当量百分比。二、地下水化学分析资料的整理二、地下水化学分析资料的整理 多年来，人们提出了许多水化学

37、分析结果的图示法多年来，人们提出了许多水化学分析结果的图示法。该法有助于对分析结果进行比较，并发现其异同点，。该法有助于对分析结果进行比较，并发现其异同点，更好地显示各种水的化学特性，同时更直观地在文学或更好地显示各种水的化学特性，同时更直观地在文学或口头报告中说明问题。口头报告中说明问题。 二、地下水化学分析资料的整理二、地下水化学分析资料的整理3.5 3.5 地下水化学成分的数据处理地下水化学成分的数据处理 v1、1离子浓度图示法离子浓度图示法（1） 圆形图示法圆形图示法 把圆形分为两半，一半表把圆形分为两半，一半表示阳离子，一半表示阴离子，示阳离子，一半表示阴离子，其浓度单位为其浓度单位

38、为meq/L，其离子，其离子所占的扇形的大小，按该离子所占的扇形的大小，按该离子毫克当量占阴或阳离子毫克当毫克当量占阴或阳离子毫克当量总数的量总数的比例比例而定。而定。圆形的大圆形的大小小按阴阳离子毫克当量总数大按阴阳离子毫克当量总数大小而定。小而定。 这种图示法可以表示一个水这种图示法可以表示一个水点的水化学资料，也可以在水点的水化学资料，也可以在水化学平面图或剖面图上表示。化学平面图或剖面图上表示。图图3.2 园形图示法园形图示法3.5 3.5 地下水化学成分的数据处理地下水化学成分的数据处理 v （2）柱形图示法柱形图示法 柱形一分两半，一半为阴柱形一分两半，一半为阴离子，一半为阳离子，

39、以离子，一半为阳离子，以meq/L或或meq%表示。表示。 柱子的高度与阴离子或阳柱子的高度与阴离子或阳离子离子meq的总数成比例。各的总数成比例。各例子排列顺序如图例子排列顺序如图3.3所示。所示。 通常表示通常表示6种离子，如超种离子，如超过过6种，可把性质相近的放种，可把性质相近的放在一起如在一起如Na + K，Cl + NO3等。这种图示可表示一组数等。这种图示可表示一组数据，其优点是简明清晰。据，其优点是简明清晰。图图3.3 柱形图示法柱形图示法3.5 3.5 地下水化学成分的数据处理地下水化学成分的数据处理 v （3）多边图示法）多边图示法 图中有一垂直轴，此轴的左右两侧分别表示阳

40、离子和阴离子，其浓度为图中有一垂直轴，此轴的左右两侧分别表示阳离子和阴离子，其浓度为meq/L。 与垂直轴垂直的有四条平行线，顶线有与垂直轴垂直的有四条平行线，顶线有meq/L的比例刻度。图中一般表示的比例刻度。图中一般表示6种组分，如要表示更多组分，可增加平行线。种组分，如要表示更多组分，可增加平行线。 图图3.4 多边图示法多边图示法v派珀三线图解法：派珀三线图解法： 由2个三角形个三角形和1个菱形个菱形组成(图4）； 左下角三角形的三条边线左下角三角形的三条边线分别代表阳离子中Na+K+、Ca2+及Mg2+的毫克当量百分数。 右下角三角形右下角三角形表示阴离子Cl-、SO42-及HC03

41、-的毫克当量百分数。2.派珀三线图解派珀三线图解 任一水样的阴阳离子的相对含量：任一水样的阴阳离子的相对含量： 分别在两个三角形中以标号的圆圈表示； 引线在菱形中得出的交点上以圆圈综合表示此水样的阴阳离子相对含量； 按一定比例尺画的圆圈的大小表示矿化度（不同人，不同地区，随意性太大，没有可比性）。3舒卡列夫分类法 为了使大量的分析资料很快地系统化和简单化，需要将相同成因相同水化学特征的水归纳一起，以便研究水的规律性，分类方法很多，仅介绍我国广泛使用的-舒卡列夫分类法分类的依据：分类的依据： 水中水中六种主要离子六种主要离子(K(K+ +合并于合并于NaNa+ +中中) )及及矿化度矿化度v 划

42、分方法：划分方法： 含量大于含量大于25%25%毫克当量的毫克当量的阴离子阴离子和和阳离子阳离子进行组合进行组合, ,分成分成4949型水型水, ,每型以每型以一个阿拉伯数字为代号一个阿拉伯数字为代号。 按矿化度划分为按矿化度划分为4 4组组：A A组矿化度小于组矿化度小于 1.5g/L1.5g/L，B B组组1.5-10g/L1.5-10g/L，C C组组10-40g/L10-40g/L，D D组大于组大于40g/L40g/L。表表2 2 舒卡列夫分类图表舒卡列夫分类图表v 该方法的特点：该方法的特点： 不同化学成分的水都可以用一个简单的符号代替不同化学成分的水都可以用一个简单的符号代替,

43、,并赋以一定的成因特征。并赋以一定的成因特征。例如： 1-A型即矿化度小于1.5g/L的HCO3-Ca型水,是沉积岩地区典型的溶滤水； 49-D型是矿化度大于4Og/L的Cl-Na型水,可能是与海水及海相沉积有关的地下水,或者是大陆盐化潜水。四、地下水水化学的水平分带四、地下水水化学的水平分带v 地下水水化学分带是研究天然地下水在循环过程中水化学演化的基础，它展现出地下水循环过程中水化学演化的一般规律。在承压含水层中，不同的水平分带取决于不同含水层的水交替程度，其中盆地构造的开启程度首先决定了水化学水平分带性。v 一般地说，海相封存水与它周围的的岩石处于化学平衡状态，其矿一般地说，海相封存水与

44、它周围的的岩石处于化学平衡状态，其矿化度不会改变。只在当含有这些水的岩层出露地表剥蚀或被构造断化度不会改变。只在当含有这些水的岩层出露地表剥蚀或被构造断裂所切进时，封存水才进入成分改变的新的历史时期。裂所切进时，封存水才进入成分改变的新的历史时期。 此时，发生了渗透水对封存水的排挤，承压水盆地地下水化学此时，发生了渗透水对封存水的排挤，承压水盆地地下水化学成分的形成过程就是渗透水排挤封存水的进程成分的形成过程就是渗透水排挤封存水的进程。一、封闭构造水化学的全水平分带类型一、封闭构造水化学的全水平分带类型v 封闭构造水化学的全水平分带类型是最为典型的水平分带，它具有封闭构造水化学的全水平分带类型

45、是最为典型的水平分带，它具有所有基本的和过渡的水化学类型，由低所有基本的和过渡的水化学类型，由低TDS的重碳酸钙型一直到高的重碳酸钙型一直到高TDS的氯钠钙型，很好地反映出地下水循环过程中水化学类型演变的氯钠钙型，很好地反映出地下水循环过程中水化学类型演变的一般规律。在这种分带中由于岩石成分的不同，可以划分为两个的一般规律。在这种分带中由于岩石成分的不同，可以划分为两个亚类。亚类。v 水化学分带：水化学分带：1、正常海相沉积岩的、有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中分带、正常海相沉积岩的、有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中分带Ca2+和和Na+阳离子吸附交替作用阳离子吸附交替作用脱硫酸作

46、用脱硫酸作用整个地下水化学成分形成过程中，主要有三个作用：淋滤冲刷作用，阳离子交替吸附作用和脱硫酸作用。整个地下水化学成分形成过程中，主要有三个作用：淋滤冲刷作用，阳离子交替吸附作用和脱硫酸作用。v 水化学类型的形成方式：水化学类型的形成方式： HCO3型水型水 在补给区首先形成低矿化度的在补给区首先形成低矿化度的HCO3-Ca型水（有时由于阳离子型水（有时由于阳离子交替吸附作用：交替吸附作用： Ca(HCO3)2+2Na(吸附吸附)2NaHCO3+ Ca2+ (吸附吸附) 使使HCO3-Ca型水变为型水变为HCO3-Na型水）型水）HCO3-Ca型水运动富集硫型水运动富集硫酸盐，变成酸盐，变

47、成HCO3-SO4-Ca型水。由于阳离子吸附交替作用：型水。由于阳离子吸附交替作用： Na+ +Ca2+（吸附）（吸附）Ca2+ +Na+(吸附吸附)使水中富集使水中富集Na+，使，使HCO3-SO4-Ca型水变成型水变成HCO3-SO4-Ca-Na型水，再变成型水，再变成HCO3-SO4-Na-Ca型型水（水（M: 0.5-.07gL） 1、正常海相沉积岩的、有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中分带正常海相沉积岩的、有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中分带v SOSO4 4型水型水 HCO3-SO4-Na-Ca型水继续富集硫酸盐及产生型水继续富集硫酸盐及产生Ca2+和和Na+阳离子吸附交

48、替作用，将逐步形成阳离子吸附交替作用，将逐步形成SO4HCO3 -Na-Ca型水型水SO4HCO3 Na型水型水SO4Na型水。（型水。（M：0.51gL） v HCO3-型水型水 由于由于SO4Na型水向下进入缺氧含有机质的还原环境，型水向下进入缺氧含有机质的还原环境，SO42-开始产开始产生脱硫酸作用，随着脱硫酸作用的继续，使生脱硫酸作用，随着脱硫酸作用的继续，使SO4Na型水依次变为型水依次变为SO4HCO3 Na型水型水 HCO3 -SO4 Na型水型水 HCO3 Na型水。在这型水。在这个过程中产生个过程中产生H2S气体，同时气体，同时SO42-完全消失（完全消失（M：12gL）v

49、Cl型水型水 碱性碱性HCO3 Na型水向下进入被冲刷弱而含型水向下进入被冲刷弱而含NaCl的岩层，的岩层， HCO3 -Na型水变为型水变为HCO3 -Cl-Na型水型水Cl- HCO3 -Na型水型水Cl-Na型水（型水（M=3-5g/L）。）。 封存水封存水 在在Cl-Na型水之后，是高矿化度的封存水（型水之后，是高矿化度的封存水（Cl-Na-Ca型水）。型水）。 整个地下水化学成分形成过程中，主要有三个作用：淋滤冲刷整个地下水化学成分形成过程中，主要有三个作用：淋滤冲刷作用，阳离子交替吸附作用和脱硫酸作用。作用，阳离子交替吸附作用和脱硫酸作用。v 水化学分带：水化学分带： 2、石膏岩层

50、或缺少还原硫酸盐条件的正常海相沉积中分带、石膏岩层或缺少还原硫酸盐条件的正常海相沉积中分带二、半开启、开启构造水化学水平分带类型二、半开启、开启构造水化学水平分带类型v 特点：发育不完全的水平特点：发育不完全的水平分带，即缺少一个或几个分带，即缺少一个或几个后面的带，首先缺少原生后面的带，首先缺少原生的氯钠钙型水，完全被排的氯钠钙型水，完全被排剂出去，根据开启和水交剂出去，根据开启和水交替的强烈程度，水平分带替的强烈程度，水平分带的水化学类型会依次缺少的水化学类型会依次缺少后面的带。后面的带。二、半开启、开启构造水化学水平分带类型二、半开启、开启构造水化学水平分带类型v 特点：不完全分带性，与

51、特点：不完全分带性，与半开启相比，分带更不发半开启相比，分带更不发育。一般是低矿化度重碳育。一般是低矿化度重碳酸钙及过渡水型，高矿化酸钙及过渡水型，高矿化度水大部分缺失。度水大部分缺失。练习题练习题一、填空一、填空1地下水中含有各种 气体、离子、胶体物质、有机质 以及微生物等。2地下水中常见的气体成分有 氧气、氮气、二氧化碳、甲烷 及 硫化氢 等。3地下水中分布最广、含量较高的阴离子有 氯离子、硫酸根离子及重碳酸根离子 等。4地下水中分布最广、含量较高的阳离子有 钠离子、钾离子、钙离子 及 镁离子 等。5一般情况下，低矿化水中常以 重碳酸离子、钙离子 及 镁离子 为主；高矿化水则以 氯离子及

52、钠离子 为主。6一般情况下，中等矿化的地下水中，阴离子常以 硫酸根离子 为主，主要阳离子则可以是 钠离子 ，也可以是 钙离子 。7地下水化学成分的形成作用有 溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用和混合作用。练习题练习题9在低矿化水中，阴离子以重碳酸盐为主，阳离子以钙离子、镁离子为主。随着蒸发浓缩，溶解度小的钙、镁的碳酸盐部分析出， 硫酸根 及 钠离子 逐渐成为主要成分，继续浓缩，水中硫酸盐达到饱和并开始析出，便将形成以 氯离子 、钠离子 为主的高矿化水。10当含钙为主的地下水，进入主要吸附有钠离子的岩土时，水中的钙离子便置换岩土所吸附的一部分 钠离子 ，使地下水中 钠离子 增多而 钙离子 减少。11地下水的物理性质主要包括：温度、颜色、透明度、嗅味 和 味道。12地壳表层有两个主要热能来源：一个是 太阳的辐射 ，另一个是来自 地球内部的热流 。13根据受热源影响的情况，地壳表层可分为变温带、常温带、 和 增温带 三个带。 二、判断题二、判断题1地下水的化学成分是地下水与环境长期作用的产物。 （ ）2地下水中含有氧气和二氧化碳时，所