水文地质第三章1课件

第三章地下水的物理性质和化学成分自然地理地质背景人类活动地下水的物理性质，化学成分和生物化学地下水与环境长期相互作用的结果揭示地下水形成的地质历史条件和过程反映土壤和岩石的影响，揭示矿床及其它地质体影响岩石的强度，影响了人类对地下水的使用第一节地下水的物理性——温度气温地下水的温度地温变温带——受气温的控制呈周期性的昼夜变化和年变化，年常温带——是气温的影响趋于零的深度，该带的地温略高于所在地区的年平均气温1-2℃。增温带——随着深度的增加而有规律地升高；地热增温级地热增温级：温度每增加1℃所需要的深度称为地热增温级，一般为33m/℃；但各地有很大差别。地热腾冲地热西藏羊八井地热温泉位于藏北羊井草原深处的羊八井地热电厂，是当今世界唯一利用中温浅层热储资源进行工业性发电的电厂。到去年底，共为西藏发电12亿千瓦小时，年发电量在拉萨电网中占45％。地下水的物理性质颜色：一般地下水是无色的透明度：一般是透明的，按此分类：透明的，半透明的，微透明的，不透明的味：纯水是淡而无味的，水味来源于其中的盐分及气体；如重碳酸钙，重碳酸镁及碳酸；氯化物；硫酸钠和硫酸镁；氧化铁气味：一般地下水是无气味的。如硫化氢，腐殖质，氧化亚铁；在40℃左右时气味最显著导电性：取决于水中所含电解质的数量和性质放射性：取决于所含放射性元素的数量第二节地下水的化学成分一、地下水中常见的化学成分地下水中含有各种气体，离子，胶体物质及有机物质等各种元素在地下水中的含量主要取决于它们在地壳中的含量及其在地下水中的溶解度。如氧，钙，钾，钠，镁；分布广，溶解度高如硅，铁；分布广，但溶解度低如氯；分布少，但溶解度大（一）地下水中的气体成分地下水中溶解的气体有N2，O2，H2S，CH4等1.氧气和氮气：主要来源于大气，随同大气降水补给地下水。地下水中氧的含量一般约在0~14mg/l，并随深度的增加而递减地下水中的氮气可能来源于大气，也可能存在生物起源和变质起源的氮Ar+Kr+XeN2=0.0118海上油气田（二）地下水中的离子及分子成分阳离子：H，Na，K，NH4，Ca，Mg，Fe阴离子：OH，Cl，SO4，NO3，NO2,HCO3,CO3主要离子：Na，Ca，Mg，Cl，SO4,HCO31、氯离子地下水中含量较大，有mg/L到数100g/L。在含盐量较多的地下水中，CI-含量常占优势，因此CI-常是水中含盐量多寡的标志氯离子来源主要是地下水溶解盐岩及含氯化物的其他矿物的结果；海水入侵；工农业和生活污染3、重碳酸根离子其含量一般不超过1g/L。来源于碳酸盐类矿物；通常以HCO3为主要成分的地下水含盐量较少，一般均为淡水4、钠离子（Na）含量变化最大的阳离子，mg/L——数100g/L；钠离子是地下水溶解盐岩及含钠岩石的结果。含大量钠离子的水用于灌溉，可引起土壤盐渍化。农业灌溉用水的水质评价5.钾离子（K）来源同钠离子钾盐的溶解度很大，但由于容易被植物吸收，和容易形成难溶于水的水云母矿物，及易被粘土胶体吸收，因此，地下水中的含量不大水云母：(K,H3O)(Fe,Mg)3

[AlSi3O10](OH)2二、地下水化学成分的性质——评价指标（一）总含盐量和总溶解固体（TDS）总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒之总含量称为地下水中的总含盐量，g/L总溶解固体（TDS）：通常在105℃~110℃温度下将水样蒸干后所得干涸残余物的总量，g/LTDS=总含盐量—1/2HCO32HCO3CO3+CO2+H2O地下水中随着总溶解固体的变化，主要离子的种类也相应地改变；TDS低的淡水常以HCO3-为主要成分；TDS中等的盐质水常以SO42-为主要成分;TDS高的盐水和卤水常以Cl-为主要成分具有这种对应关系，一个主要原因是水中盐类的溶解度不同（二）氢离子浓度地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子浓度的大小。用pH来表示大多数地下水的pH值在6.5~8.5之间，北方地区多为pH=7~8的弱碱性（三）硬度总硬度：地下水中所有钙离子，镁离子的总含量暂时硬度：指将水加热至沸腾后，由于形成碳酸盐沉淀而失去的那一部分钙离子和镁离子的数量永久硬度：指水沸腾后仍留在水中的钙离子和镁离子的含量单位换算硬度的表示法：mmol/L，meq/L，德国度H°；现阶段根据国家化学分析标准计量要求，硬度按mg/L（以CaCO3计）1mmol/L=100mg/L（以CaCO3计）1H°=10mg/L（以CaO计）=17.9mg/L（以CaCO3计）meq/L(毫克当量/L)

=mmol/LX原子价氯化钙离子价为2,则meq/L=mmol/LX2侵蚀性CO2与水泥或大理石中的碳酸钙反应，形成易溶于水的重碳酸盐，从而使混凝土遭到破坏三、地下水的化学成分分析与按化学成分分类（一）地下水的化学成分的分析与表示1.当进行饮用水源勘察时，应根据国家饮用水水质标准进行分析2.作为一般的供水勘察常进行简分析和全分析3.简分析的项目包括定量分析Ca,Mg,CI,SO4,HCO3,pH值，游离CO2,硬度，K+Na和TDS（10项）4.全分析包括（23项）地下水化学成分分析结果的表示库尔洛夫表示式：将毫克当量百分数大于10%的阴离子按由大到小的次序排列在分子位置，以同样方法把阳离子排列在分母为位置上，水中的TDS（M)和特殊元素则以g/L为单位依次排列与公式之前，水温（t℃)则附于分式之后。毫克当量百分数大于25%参加命名。例HCO3Ca水Br0.002H2S0.01M1.5HCO84SO10Ca73Mg10t18℃341958～1961上海地区地下水潜水

HCO330·Cl21Mg40·Ca37·Na23M0.592T20°第一承压含水层第三承压含水层Cl67·HCO333Na84M0.746T20°

CO342·Cl36·HCO313

Na35·Ca15M0.748

T20°（二）地下水按化学成分的分类舒卡列夫分类

：以地下水中最常见的6种离子（HCO3，SO4，Cl，Ca，Mg，Na）为基础，含量超过25%毫克当量的离子进行组合，其结果可由49种化学类型。第三节地下水化学成分的形成与演变一.原始成分的影响地下水继承了各种补给源的原始成分1.大气降水补给水：TDS低，并含O2,N2,CO2等气体。2.海水渗入补给水：高TDS的CI-Na型水3.河水渗入补给水：低TDS的重碳酸盐型水4.沉积物中埋藏起源的地下水：高TDS的CI-Na型水，并含有Br,I,B等微量元素二.地下水在运动过程中的各种作用（一）溶滤作用：指岩石中的某些可溶部分被溶解转入地下水中而成为溶液的作用1.溶解盐岩：CI,K,Na2.溶解石膏：SO4,Ca,Mg3.溶解石灰岩，白云岩：Ca,Mg,HCO3溶滤作用的强度取决于组成岩土的矿物盐类、岩土的空隙特征、水中的气体成分(例如O2,CO2)、水的流动状况（二）浓缩作用指地下水在运动的过程中由于水分不断地蒸发（当埋藏较浅时），地下水中的含盐量便会相对地增加。浓缩的结果：TDS升高，改变地下水的化学类型土壤盐渍化的成因：由于气候干燥，蒸发量大，在地下水浅埋地段，地下水中的盐分随着蒸发而不断向地表迁移聚集（三）离子的交换和吸附作用岩石颗粒的表面有较大的表面吸附能（往往带有负电荷）因此它可以吸附某些阳离子。当地下水与岩石表面接触时，地下水中某些阳离子就会被岩石颗粒吸附以代替原来被吸附的阳离子；而原来被吸附在岩石表面的离子则进入地下水中，成为地下水新的化学成分吸附能的强弱：离子价、离子浓度阳离子的交替吸附作用最容易在细颗粒的粘土，亚粘土，亚砂土之类的岩石中进行（四）脱硫酸作用在缺氧的还原环境中地下水含的SO42-在有机物存在的条件下，脱硫细菌作用SO4+2C+2H2OH2S+2HCO3使地下水带有臭鸡蛋味（五）脱碳酸作用当地下水在运动过程中由于环境改变使地下水的温度增高或压力减小时，水中的CO2便会从水中逸出：2HCO3+CaMgCaCO3MgCO3+CO2+H2O在石灰岩的溶洞中见到的石笋，钟乳石就是这种作用的结果鸡冠洞风景区位于河南洛阳栾川县

第四节不同环境地下水化学特征与人类生存的关系组成人体的元素：O,C,H,N,Ca,P,K,S,Na,CI,Mg,Fe（12种：重量占99%）；其他微量元素占1%人体所需的营养主要来自食物和水分第一环境地质问题（原生环境地质问题）：指在天然状态下，水中存在的有害物质或缺乏某种人体所必需的物质问题第二环境地质问题（次生环境地质问题）：由于人为污染造成的水中有害物质一、地下水中化学成分天然分布不均对人体的影响地方性甲状腺肿该病是世界上最广泛的一种地方病，俗称“大粗脖”以甲状腺肿大为主要症状，分为缺碘性甲状腺肿和高碘性甲状腺肿。前者主要出现在山区、丘陵地带，是由于自然环境中缺碘所引起，防治方法是补碘；高碘性甲状腺肿多见于海滨地区，因食用高碘食物或饮用高碘水等引起，防治方法是停用高碘饮食，并服用甲状腺素治疗。缺碘：地方性甲状腺肿(俗称大脖子病)、克汀病(俗称呆小病)、单纯性聋哑、流产、早产和先天性畸形等高碘：摄碘超量可引发甲状腺疾病(大脖子病)，还会影响智力发育及导致精子减少根据中国营养学会的建议，成人碘的每天供给量为150微克。现在市面上多数含碘食盐中每克盐含碘20~50微克，以每天食6克食盐为例，摄入碘已达120~300微克

地方性甲状腺肿二、地下水污染及其与人类生存的关系1953—1956年日本水俣病事件