第八章 地下水化学的研究方法

1、第八章地下水化学的研究方法、8.1地下水采样与分析8.2地下水化学成分的数据处理8.3地下水化学成分数学模拟、目录、8.1地下水样品的采样与分析，一、地下水样品的采集与保存1、准备容器：1:1用硝酸浸泡2天，用蒸馏水洗涤2、 水样采集：现场过滤还原样品以N2为保护气体3 .常用的保存措施(1)选择合适的材料容器(2)控制溶液的ph值(3)加入化学试剂抑制氧化还原反应和生化作用(4)冷藏或冷冻降低细菌的活性和化学反应速度无机物用硬质塑料瓶； 重金属样品分析：加入1:1盐酸使其ph为2.0 TOC分析：加入H2SO4使其ph为2.0。 s同位素分析： CuCl2灭菌； As形态分析：加入0.25M

2、 EDTA微生物分析：冷藏(2-5 0C )，二、地下水样品分析，一、IC :主要离子(HCO3-除外)； AFS:As、Hg、Se、Sb等等。 3、ICP-AES :金属元素； 4、GC :挥发-半挥发性有机物； 5、LC :不易挥发的有机物； 6、ICP-MS :微量元素； 8.2地下水化学成分的数据处理、地下水化学研究为了正确说明地下水化学问题往往需要大量的数据。 数据分析和处理在地下水化学研究中非常重要。 水质分析结果的可靠性检验比例系数分析法的应用地下水化学成分的图表法，一、水质分析结果的可靠性检验为了用水质分析资料正确解释地下水化学问题，首先检验水质分析结果的可靠性，得出只有正确的

3、分析结果才可靠的结论。 主要检验方法：阴阳离子平衡检验分析结果中若干修正值的检验经碳酸平衡关系检验，1阴阳离子平衡检验水中阴阳离子的平衡误差可用下式修正：式中： E为相对误差，nc、na分别为阳离子和阴离子的mg当量浓度(mg当量浓度) 如果Na、k是实测值，则e必须小于5如果Na K是修正值，则e应该等于零或接近零。 电中性条件： Zmc=Zma，2分析结果中几个修正值的检查总溶解固体(TDS ) :总溶解固体是修正值，应该检查是否减去了其数值为1/2的HCO3-含量Na K :在简易分析中，Na K是修正值，其修正方法，3碳酸平衡函数如果分析结果不符合上述情况，就说明pH和CO32-和H2

4、CO3的测定存在问题。pH=8.34、方法2 :用校正算法，也可以检查pH和HCO3-、CO32-的测试结果的可靠性：如果分析结果中检测到CO32-，则用校正算法求pH，可以判断与实测pH是否不同，一水样分析结果如下(mg/) 4其他检验方法，一般地下水中，Na含量总是大于k含量，发生异常时分析结果可疑。 地下水中的Na和Na K一般不等于零，但一旦发生这种情况，分析结果就会有错误。 电导率与总溶解固体(TDS )有良好的相关性： TDS(mg/L)=K电导率(mS/cm) K是指系数(0.550.75 )电导率(mS/cm)=100“比例系数”是指溶于水的成分的浓度的比例。 这些成分可以是离

5、子，也可以是气体的单位可以是mg/L或meq/L。“比例系数分析法”常用于判断地下水的成因和地下水化学成分的来源和形成过程。 比较成熟的比例系数常用于判断深层地下水是海相沉积水还是海相沉积水的组成(残佗海水盐水、卤水)。 海水： Na/Cl=0.85； Cl/Br=300岩盐溶解过滤水： Na/Cl1； Cl/Br300变质封入海水(残佗海水):Na/Cl0.85； Cl/Br 300 (注： meq/l )也可以判断海水侵入淡水含水层的范围和程度。 三、地下水化学成分图表法离子浓度图表法三线图表法克罗夫式、(一)离子浓度图表法圆形图表法(圆形图表法):条形图表法苏林分类、多边形图表法(Sti

6、ff plot )、玫瑰花图表(Radial plot )数学形式表示水的化学成分， 没有数学意义，一般来说，其含量超过地域的背景值或国家的水质标准，只写出微量元素或气体成分的水中偏硅酸根、硝酸根的含量高，构成主要阴离子(10% )时，本体式中需要记载的气体成分的单位一般为g/L，放射性气体氡气体的pH为6.8，M(g/l )为1.9。1 introductiontherehaverecentlybeentremendousadvancesinquantitativemodelingofchemicalprocessesinthesubsurface.aprimemotivation forb

7、othregulatoryandpracticalpurposes，topredicttheconsequencesofhumanactivitiessuchaswastedisposalandmining最近地下化学过程的定量模拟其主要动机是预测包括废弃物的堆积和采矿在内的人类活动对环境的影响。8.3地下水化学模拟、thepredictionsareusuallybasedon :a hydrological模型、 whichdescribesthemovementofwater.achemicalmodel whichdescribesthebehaviorofsolutesinthewa

8、ter .提出了这样的预测通常是描绘水流的水文学模型一种是水中溶质行为的化学模型.aqueousgeochemicalmodelingbeganmorethan 30 yearsagoasanattempttoapplymorequantitativetechniquestotheinterpr er actions.theremustbenearly 100 computerprogramsmentionedintheliteraturethatcancalculatechemicalprocessesforaqueoussolutions。 andthesehavebeenappliedt

9、oawidevarietyofproblems .30多年前，水文地球化学模拟试图定量描述水岩相互作用。 由文献可知，为了修正水溶液中的化学工艺，可以使用约100个修正机程序，并被用于解决各种问题。 二、概念、模型3360 a测试idea、hypothesis、theory、 orcombinationoftheoriesthatcanprovidesnewinsightoranewinterpretationofanoldproblem (nordstrom，1994 )，模型：指一对一， chemical model 3360 atheoreticalconstructthatpermit

10、sthecalculationofphysicochemicalpropertiesandprocessesofsubstances (succ ces )体系结构and quantum mechanic properties .化学模型：可用于校正物质的物理化学特性和作用过程(热力学、动力学、量子力学等)的理论框架。 地理学(或者水晶学(geo chemical ) ) model 3360 achemicalmodeldevelopedforgeologicalsystems.speciation : theequilibriumdistributionofaqueousspeciesam

11、ongfreeioon and complexes (安集成电路分布、质量传输、和定向路径计算)、地球化学元素的存在形态(化学形态):自由离子、离子对和络合物等水溶性成分的平衡分布(相分布、质量转化和反应路径修正算法的整合部分)。 phase distribution : theequilibriumdistributionofcomponentsamongtwoormorephases.mass transfer : transferofmassbetwe suchasprecipitationordissolutionofminerals (similartophasedistributi

12、onexceptthatequilibriumisnotrequired ) .质量转换：二相或二相，如矿物的溶解和沉淀。 和， reaction-path calculation : aselectedsequenceofmasstransfercalculationsthatfollowsdefinedphaseboundariesorreactionbounnes an yfluidflow.reaction transport 3360 combinedmasstransferandspeciationwithfluidflow .反应路径修正计算： fluidflow质量移动：流体流

13、动引起的溶质运动。 反应转变包括流体流动条件下的质量转换和元素存在形态的复合。 三、geo chemical models、质量平衡模式(Mass equilibrium model )是以研究元素的存在形态(species )为主体，在质量(mass )、能量(energy )上建立的这种模式程序它们用于解和描述溶质质量平衡的联立方程，输出的结果是各种水溶性成分的存在形态。 有些程序还包括描述离子交换和简单线性吸附的方程，所有地球化学模型程序都可以修正数据库中各种矿物和固体化合物的饱和指数。 mass-transfer model (质量转换模式)基于热力学(thermodynamics )

14、和反应动力学(reaction kinetics )，研究元素的存在形态，以其转换数量、速度为主体， 这样的程序不仅可以修正水相物质的平衡分布和矿物的饱和状态，还可以修正选定矿物和化合物溶解或沉淀后的新化学成分、矿物溶解和沉淀析出的数量。 物质转化模式有固液反应控制的溶解和沉淀作用模式和固液反应控制的溶解和沉淀作用模式两种，另一种是固液界面反应控制的吸附作用模式。 mass-transport model (质量转移模式)相当于水文地球化学模式，是根据热力学、反应动力学和水力学分散、扩散原理，修正元素(物质)水转移的模式。 由于该模型结构复杂，数学校正难，需要大型乃至超大型校正机，目前只开发了简单的溶质移动CHEMTRN、CPT、DYNAMIC、CHMTRNS、PHAST等。 四、somecommongeochemicalcodesandtheirapplications，(1) PHREEQC、MINTEQA2、WAT