第四章 地下水的物理性质和化学成分

1、地下水的物理性质和化学成分是地下水与环境(自然地理、地质背景和人类活动)长期相互作用的结果。地下水的化学性质为理解和理解地下水形成的地质历史条件和过程提供了基础。当地下水在岩石孔隙、裂缝或洞穴中储存和移动时，它溶解并溶解岩石的可溶成分，使地下水成为含有各种矿物的天然溶液。此外，随着运动环境和运动过程的变化，地下水的化学成分也在不断变化。这种颜色通常是无色的，当它含有过多的离子或悬浮固体和胶体物质时，它会显示出各种颜色。透明度一般是透明的，当它含有大量的有机物、固体矿物和胶体悬浮固体时，它混浊无味，水的气味来自盐和气体的气味，没有气味，这在低温下一般很难区分。气味的显著传导性取决于水中电解质的数

2、量和性质(各种离子的含量和离子价格)。放射性取决于所含放射性元素的数量、4.1地下水的化学成分、地下水的常见化学成分以及地下水中所含的各种气体、离子、胶体物质和有机物质。自然界中存在的大多数元素都是在地下水中发现的，但只有少数是高含量的常见元素。这些常见元素要么在地壳中含量高，在水中有一定的溶解度，如氧、钙、镁、钠、钾等。或地壳中的高，如氯。有些元素，如硅、铁等。在地壳中有很大的含量，但由于它们在水中的溶解能力很弱，它们在地下水中的含量一般不高。地下水中常见的化学成分，1。地下水中的气体成分(1)氧(O2)和氮(N2)地下水中的氧和氮主要来自大气中的O2，越多越有利于氧化。O2的化学性质比N2

3、活跃得多，因此O2将被耗尽，只有N2将被留在封闭的环境中。因此，仅N2的存在通常表明地下水来自大气，在还原的环境空气中惰性气体(氩、氪、氙)与N2的比率是恒定的，即0.0118。如果(氩、氪、氙)/N2=0.0118，则表明N2起源于大气。如果为0.0118，则表明水含有生物成因或变质成因的N2，这是地下水中常见的化学成分。(2)硫化氢(H2S)处于还原环境，一般存在于地质构造封闭的地下水中，特别是油田水中(SO4 2-将被微生物还原为H2S)。(3)甲烷(CH4)一般存在于地质构造封闭的地下水中。尤其是(4)油田水中的二氧化碳(CO2)地下水中二氧化碳的主要来源有两个：一个是由有机物氧化形成

4、的(植物的呼吸和有机物残渣的发酵)。这种作用发生在大气、土壤和地表水中，然后随水渗入补充地下水，这主要是由浅层地下水中的这种原因引起的；另一种是由深部变质作用引起的。在深部高温的影响下，含碳酸盐的岩石分解产生CO2，即地下水中常见的化学成分。地下水中的离子和分子成分，2。地下水中的离子和分子成分(1)氯离子(Cl-)几乎存在于所有的地下水中，它们的含量通常很大，这是水中含盐量的标志。2.地下水中的离子和分子成分(1)氯离子(Cl-)，地下水中常见的化学成分，(2)硫酸根离子(SO42-)，仅次于氯离子的阴离子，地下水中常见的化学成分，(3)碳酸氢根离子(HCO3-)含量通常不超过1克/升一般来

5、说，以碳酸氢钠为主要成分的地下水含盐量较少，一般为淡水。(4)在研究地下水的化学组成时，钠离子和钾离子一般是结合在一起的。钾的来源与钠相似，主要来自钾盐的溶解、岩浆岩和变质岩中含钾矿物的风化和溶解以及地下水中常见的化学成分。(5)钙离子分布广泛，含量不高。(6)镁离子(Mg2)、泥岩和地下水的化学组成、总含盐量和总溶解固体(TDS)总含盐量：地下水中存在的离子、分子和颗粒(不含气体)的总含量；总溶解固体(TDS):通过在105-110下蒸发水样获得的干燥残渣总量；TDS总盐含量-1/2HCO3- TDS是反映地下水化学成分的主要指标：TDS含量低的淡水是TDS含量适中的HCO盐水，常以SO42

6、-为主要成分。盐水和高TDS含量的盐水通常以氯离子为主要成分。地下水化学成分的性质和地下水的酸碱度取决于水中氢离子的浓度。大部分地下水的酸碱度在6.5至8.5之间，北部地区多为弱碱性水，酸碱度为7-8。硬度总硬度：地下水中所有Ca2和Mg2离子的总含量临时硬度：当水被加热至沸腾循环时，由于形成碳酸盐沉淀而损失的Ca2和Mg2的量。反应如下：永久硬度：沸腾后水中剩余的Ca2和Mg2的含量永久硬度=总硬度-暂时硬度，地下水化学成分的性质，最常用的硬度表示方法是毫摩尔/升，毫克/升(以碳酸钙计算)，1度，德国(h)=10毫克(氧化钙)或7.2毫克(氧化镁)/升=7.1毫克(Ca2)或4.3毫克(Mg

7、2)/升，硬度1毫摩尔/升=100毫克/升(以碳酸钙计算)这部分游离CO2将消耗溶解的碳酸盐并变成侵蚀性CO2，这会溶解混凝土中的碳酸钙并破坏混凝土结构。地下水化学成分分析与分类，地下水化学成分分析与表达。地下水化学成分分析根据不同的目的和要求，地下水化学成分分析的内容是不同的。在调查饮用水源时，根据国家饮用水水质标准(GB5749-2006)，简要分析包括定量分析Ca2、Mg2、Cl-、SO42-、HCO3-、酸碱度、游离NO2-、硬度、K、Na含量和总溶解固体：K、Na、Ca2、Mg2、NH4、Fe2、Cl-、SO4 2 NO3-、酸碱度、游离CO2、侵蚀性CO2、耗氧量、H2S、H2Si

8、O3、干残渣、总硬度、永久硬度和暂时硬度、地下水化学成分分析和分类化学成分的表达方法(1)单位体积的成分质量数表示为1L水中化学成分的毫克数(或克，微克)。单位毫克/升，克/升，克/升(2)，以毫当量表示，表示为1L水中离子的毫当量=1L水中离子的毫当量，即离子的化学结构式。1l水中离子毫当量的百分比占阴离子和阳离子毫当量的总数。地下水的化学成分分析和分类，(3)用分数(Kurlov公式)表示：分数前：特殊成分、气体成分、盐度m、g/L、上下：阳离子和阴离子(10%毫当量百分比)，分数后：水温、化学成分分析和根据化学成分对地下水的分类，主要根据主要阴离子和阳离子之间的对比关系进行划分。其中，P

9、ipal图解法对于地下水成分的分类和水质演化规律的分析非常有效，Piper三线图仍然用于水岩相互作用的研究，它由两个三角形和一个菱形组成，具有六种阴离子和阳离子(HCO3-、SO42-、Cl-、Ca2、Mg2、Na)，4.3地下水化学成分的形成和演化，以及地下水在运动过程中的各种作用。淋滤是指岩石的一些可溶部分溶解并转移到地下水中形成溶液的行为，以及地下水在运动过程中的各种作用。影响因素：(1)岩土性质矿物组成：石灰石-碳酸氢钙水和花岗岩-碳酸氢钙水等矿物组成的溶解度(溶解度、溶解速率):各组分溶解度的差异导致易首先进入水中溶解。水不溶后的间隙特征：由于缺乏带裂纹的致密岩石基础，水很难与矿物盐

10、接触。(2)水基水的溶解度(TDS、O2、CO2气体成分、水的流动性)水中溶解成分中的盐含量增加，而溶解度降低。水中的一些气体组分O2增加了硫化物的溶解度。CO2增加了碳酸盐和硅酸盐溶解水的交替强度，溶解能力越大，反之溶解能力越小。由于水的不断蒸发(埋藏浅时)，地下水中的盐含量会相对增加，这称为浓度。另外，地下水在运动中的各种功能，其脱硫作用是在还原环境中进行的，而在有机物存在的情况下，脱硫细菌会还原SO42- 2。H2S增加；酸碱度的增加是寻找油田的辅助标志。脱碳，由于水温或压力的升高，水中溶解的CO2逸出，导致水质变化。地下水在运动过程中的各种作用。离子交换和吸附是指在一定条件下，吸附在岩

11、土颗粒表面的阳离子部分转移到水中，而书中的一些阳离子转移到岩土颗粒表面并被吸附的过程。影响因素：(1)阳离子在水中的吸附量可与岩石和土壤颗粒表面吸附量小的阳离子交替。阳离子吸附量由大到小的顺序为：(2)水中阳离子的浓度越大，水中某些阳离子的浓度越大，其交替吸附能力越强，甚至可以在岩土颗粒表面出现吸附量小的交替阳离子。例如，当海水入侵大陆时，会发生以下反应。(3)岩土本身的吸附能力主要取决于其比表面积。比表面积越大，岩土本身的吸附能力越强，交替吸附能力越强。相反，交替吸附能力越弱，4.4不同环境中地下水的化学特征与人类生存的关系，第一类环境地质问题(原生环境地质问题):水中有害物质或人类在自然状态下缺乏某些必需物质，第二类环境地质问题(次生环境地质问题):水中有害物质造成的人类污染，地下水中化学成分自然分布不均对人体的影响，饮用水中碘缺乏引起的粗颈病(甲状腺肿)是甲状腺肿的主要原因。大骨节病和克山病饮用水中过量的低分子腐植酸(-OH)可能是大骨节病和伤害的致病因素，地下水化学成分