水文地球化学电子教案3

, , , , , ,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,水文地球化学电子教案3,水文地球化学电子教案3水文地球化学电子教案3第三讲 天然水化学成分的组成及水化学资料的获取与整理,第三讲 天然水化学成分的组成及水化学资料的获取与整理,第一部分 天然水化学成分的组成,天然,水的分类,大气降水与地表水的化学特征,地下水的化学特征,天然水化学成分的综合指标,地下水化学成分的数据处理,天然水的组成,天然水是组成复杂的溶液,存在于地壳中的87种稳定的化学元素中，在天然水中就发现了70种以上,天然水的化学成分是指,离子、,络阴离子、复杂络合物,无机分子,(,O,2,、,CO,2,、,H,2,、,CH,4,、,H,4,SiO,4,),有机,分子,(,HCl,-C=C-Cl,2,Cl,2,-C=C-Cl,2,),微生物（细菌,、病毒、寄生虫,）,（存活时间、吸附、酸性土壤）,胶体(10,-9,-10,-7,m),天然水组成的分类,天然水组成可按溶质颗粒大小、化合物类型、相对浓度及相态等分类,按溶质颗粒大小,真溶液,胶体,悬浮液,按化合物类型,无机物,有机物,无机络合物及有机络合物,按相态,固相,液相,气相,按相对浓度,宏量组分,中量组分,微量组分,大气降水的一般特征,大气降水是含杂质较少、矿化度较小的软水，其含盐量一般为,20,50,mg/L,。,干旱地区的雨水杂质较多，潮湿地区雨水中杂质较少。,滨海地区降水中的,Na,+,和,Cl,-,含量较高，而内地降水中的,Na,+,和,Cl,-,含量较低。,初降雨水杂质较多，而长期降雨后的雨水杂质较少。,大气降水中的气体组分,大气降水中一般溶有较多的,CO,2,，,因此酸性较强，具有强烈破坏岩石的能力。含,CO,2,气体的降水入渗地下后，可发生一系列化学反应，在改变水自身的溶解组分的同时，也强烈地改变着所流经的岩土体的形状，并形成不同类型的次生矿物。,大气降水中还溶有一定量的惰性气体，它们可随水一直下渗到深处，基本上不改变原来状态，因此可用惰性气体作为判别地下水补给来源与运动途径的指标。,大气降水中的其他化学特征,大气降水的,pH,值一般为5.5-7.0左右；,大气降水的主要盐类成分为,HCO,3,-,，CO,3,2-,，SO,4,2-,，Cl,-,，Ca,2+,，Mg,2+,，Na,+,，K,+,；,大气降水中二氧化硅含量很小，一般不超过0.5,mg/L；,海水的化学特征,海水的无机组分,宏量组分（含量10,mg/L）：,按含量由大到小的顺序依次为,Cl,-,，Na,+,，SO,4,2-,，Mg,2+,， Ca,2+,，K,+,，HCO,3,-,，Br,-,；,mg/L-10mg/L）,：包括,Sr，SiO,2,，B，F，NO,3,-,，Li，Rb,等；,mg/L）,：包括,I，Ba，Mo，Zn，Ni，As,等。,海水的有机组分,海水中有机物的来源为海生生物所释放的碳水化合物、蛋白质等，其有机碳含量一般处于0.1,mg/L-2.7 mg/L,之间,。,河水的化学特征,河水的无机组分,主要离子含量的大小顺序与海水相反：即,Ca,2+,Na,+,，HCO,3,-,SO,4,2-,Cl,-,；,总含盐量在100-200,mg/L,之间，一般不超过500,mg/L；,基本化学组成与河水流经地区的岩土类型直接相关，如石灰岩区的河水中富含,Ca,2,+,与,HCO,3,-,，流经含石膏地层的河水,SO,4,2-,含量较高，等等。,河水的有机组分,河水中的有机组分来源于地面植物腐烂或死亡后的分解物质，总含量一般在10-30,mg/L,之间,。,湖泊与水库水的化学特征,湖泊水的化学特征,湖泊水的补给源为河流或地下水；,湖泊水的含盐量受补给量与蒸发量大小关系的影响；,氮、磷营养物质含量很高的污水排入湖泊后，可引起藻类大量繁殖，是湖泊中常见的一种污染，称为富营养化。,水库水的化学特征,水库为人工的淡水湖泊，其水质状态与淡水湖非常相近。,地下水的化学特征,地下水中的,Si,Si,广泛存在于地壳上的各种岩石与矿物中，包括石英、铝硅酸盐、粘土矿物等；,在一般环境条件下，石英的溶解非常缓慢；,硅酸盐和铝硅酸盐（如钾长石、钠长石、钙长石、黑云母、白云母、钠蒙脱石、钙蒙脱石、镁橄榄石等）的不全等溶解可产生硅酸；,不论是石英还是硅酸盐和铝硅酸盐的溶解，水中的,Si,几乎全部以,H,4,SiO,4,的形式存在，,H,3,SiO,4,-,相对很少，,H,2,SiO,4,2-,则极少。,地下水中,SiO,2,的含量一般在10-30,mg/L,之间，一般不超过100,mg/L。,地下水的化学特征,铝硅酸盐与地下水的反应,辉石：,CaMg,Al,Si,O,6,+ 3.4 CO,2,+ 4H,2,2,Si,2,O,5,(OH),4,+ Ca,2+,2+,4,SiO,4,3,-,黑云母：,KMg,3,AlSi,3,O,10,(OH),2,+ 7CO,2,2,2,Si,2,O,5,(OH),4,+ K,+,+ 3Mg,2+,+ 2H,4,SiO,4,+ 7HCO,3,-,钙长石：,CaAl,2,Si,2,O,8,+ 2CO,2,+ 3H,2,O = Al,2,Si,2,O,5,(OH),4,+ Ca,2+,+ 2HCO,3,-,钠长石：,2,NaAlSi,3,O,8,+ 2CO,2,+ 11H,2,O = Al,2,Si,2,O,5,(OH),4,+ 2Na,+,+ 4H,4,SiO,4,+ 2HCO,3,-,地下水的化学特征,地下水中的,Al,地下水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物（三水铝石）的溶度积的控制；,换言之，地下水中铝的浓度与,pH,值有关系，酸性条件有利于,Al,2,O,3,的溶解；,地下水中铝的存在形式也与,pH,值有关系。在,pH 4,的地下水中，铝主要以,Al,3+,的形式存在，而在碱性地下水中，可形成,AlO,2,-,、AlO,3,3-,等离子。,地下水的化学特征,地下水中的,Fe,地下水中的铁的水文地球化学特性受,pH,值与氧化还原条件的影响很大；,例如：当地下水的,pH,值从8减小到6，,Fe,3+,在水中的溶解度将增加10,6,倍；,所以，在河流入海处的沉积物中常会出现,Fe(OH),3,沉淀。原因为陆地上的河水常呈弱酸性，而海水则呈弱碱性。,地下水的化学特征,地下水中的,Ca、Mg,Ca,2+,、Mg,2+,在地下水中的行为受水溶,CO,2,的影响非常大，换言之，碳酸平衡是控制钙、镁离子在水中溶解或沉淀的主导因素；,以钙为主的地下水的,TDS,一般小于1,g/L；,虽然镁盐在水中的溶解度比钙盐大，但由于,Mg,2+,相对于,Ca,2+,易被植物吸收，故其在地下水中的含量一般小于后者。,地下水的化学特征,地下水中的,Na、K,地下水中的钠、钾一般来源于硅酸盐地层及易溶盐类地层；,钠是高矿化度水的主要成分；,钾在地壳中的含量与钠相似，钾盐也非常易溶于水，但钾是营养元素，及其容易被植物吸收，所以在地下水中含量非常低；,钾在海水中的含量可以达到很高。,地下水的化学特征,地下水中的,C,地下水中的碳主要来源于石灰岩、白云岩、泥灰岩的溶解；,地下水中溶解的,CO,2,气体对地下水中的碳酸平衡有非常重要的意义，并控制着碳的浓度与水的酸碱性。,地下水中的各种含碳组分的含量受,pH,影响非常大；,地下水的化学特征,地下水中的,S,SO,4,2-,也是地下水的重要成分之一，来源于石膏等硫酸盐的溶解，也可能来自硫化矿床氧化产物的溶解。,地下水中硫的主要存在形式为,SO,4,2-,，,在酸性条件下出现,HSO,4,-,，,在还原环境出现,H,2,S，,在还原的碱性条件下出现,HS,-,；,在富含有机物的地下环境中，如油田、富腐殖质的土壤，脱硫酸作用将使地下水中的,SO,4,2-,含量极少或不含,SO,4,2-,。,地下水的化学特征,地下水中的,Cl,地下水中的,Cl,-,主要来源于岩盐的溶解，,Cl,是高矿化度水的主要成分；,Cl,在地下水中含量变化规律一般与,TDS,一致。,地下水的化学特征,地下水中的,N,地下水中高含量的含氮离子的出现往往是人类污染的结果,；,当氧化环境的水进入富有机质的还原性地层时，水中组分被氧化的次序是：,从还原环境的水进入氧化环境的水，其组分被氧化的次序是：,地下水的化学特征,地下水中的,P,地下水中的磷来自于污染或,磷酸盐矿物的风化。,磷酸盐矿物的溶解度都很低，土壤中动植物及微生物的作用是使难溶性或不溶性磷酸盐进入地下水循环的关键所在。,/,地下水中,P,的的存在形式有四种，即,H,3,PO,4,(aq),、,H,2,PO,4,-,、,HPO,2,2,-,和,PO,4,3-,。,水中,pH,的的存在形式严格受,pH,控制：,pH4,时，才出现,H,3,PO,4,(aq);,pH10,时，才出现,PO,4,3-,时，,H,2,PO,4,-,和,HPO,2,2,-,各占一半,总溶解固体(,TDS),指水中溶解组分的总量，包括溶于水中的离子、分子、络合物，但不包括悬浮物与气体；,通常以105-110,下水蒸干后留下的干涸残余物的重量来表示，单位为,mg/L；,常用的,TDS,计算方法为水中溶解组分总和减去,HCO,3,-,浓度的一半。,含盐量,指水中各种组分的总和；,为计算值，与,TDS,的差别在于不需减去,HCO,3,-,浓度的一半。,天然水化学成分的综合指标,硬度,总硬度：水中,Ca,2+,、Mg,2+,、Sr,2+,、Ba,2+,等碱土金属离子的总和，计算方法为,Ca,2+,、Mg,2+,毫克当量总数乘以50，,以,CaCO,3,表示，单位为,mg/L。,碳酸盐硬度（暂时硬度）：指与,CO,3,2-,、HCO,3,-,结合的硬度，可通过煮沸的方式除去。计算方法为,CO,3,2-,、HCO,3,-,的毫克当量总数乘以50，,以,CaCO,3,表示，单位为,mg/L。,非碳酸盐硬度（永久硬度/负硬度）：指与,Cl,-,、NO,3,-,、SO,4,2-,结合的硬度，不能通过煮沸的方式除去。计算方法为总硬度减去暂时硬度，如结果为负值称为负硬度。,钠吸附比,用于评价灌溉水水质或土壤与地下水之间的阳离子交换反应。,SAR,值高的水灌溉会引起土壤板结。,天然水化学成分的综合指标,化学需氧量 (,COD),指,在强酸性条件下,化学氧化剂氧化水中有机物所消耗的氧量，以,mg/L,为单位，通常所用氧化剂为,KMnO,4,、K,2,Cr,2,O,7,。,生化需氧量 (,BOD),指微生物降解水中有机物所消耗的氧量，以,mg/L,为单位，通常采用20,条件下，培养微生物5天所得的,BOD,值。,总有机碳 (,TOC),水中各种形式有机碳的总量，以,mg/L,为单位。,氧化还原电位 (,Eh),为表征水系统氧化还原状态的指标，单位为,V，,正值表明水系统处于相对氧化状态，负值表明水系统处于相对还原状态。,天然水化学成分的综合指标,碱度,表征水系统中和酸的能力的指标，主要取决于水中,CO,3,2-,、HCO,3,-,的含量；,天然水中的,OH,-,、,硼酸、磷酸、硅酸也具有中和酸的能力，但由于含量甚小而一般不予考虑。,计算方法为,CO,3,2-,、HCO,3,-,的毫克当量总数乘以50，,以,CaCO,3,表示，单位为,mg/L。,在数值上等于暂时硬度。,酸度,表征水系统中和强碱的能力的指标；,对水系统酸度有贡献的指标包括强酸（如,HCl、HNO,3,、H,2,SO,4,）、,弱酸（如,CO,2,、H,2,CO,3,、,有机酸）、强酸弱碱盐（如,FeCl,3,）,等。,总酸度包括水中已电离的,H,+,和将会电离的,H,+,，,已电离的,H,+,称为离子酸度，与,pH,值一致。,天然水化学成分的综合指标,第二部分 水化学资料的获取与整理方法,Acquisition and Processing of Hydrochemical Data,在自然界中，单纯由,H,2,O,分子组成的化学意义上的“纯水”是不存在的。,1,、天然水都是成分复杂的多相水溶液。,2,、地下水中存在着各种元素、气体、有机化合物、胶体等,3,、随着测试技术的完善，地下水中测出的元素和化合物种类越来越多。,天然水都是水溶液,1,、首先在野外现场取样，现场测试，水样预处理,2,、将水样带回室内，送实验室分析,3,、获得水质报告,在这种报告中，通常仅有水中化学组分的含量。,4,、对这些组分进行分类、整理。,从中提取水文地球化学信息，并揭示其蕴含之内在的规律性。,可以说，不进行水化学资料的获取和整理工作，就谈不上水文地球化学工作。,获取地下水的化学成分资料是水文地球化学工作的第一步,第一节 水分析概述,Introduction on Water Analysis,水分析的目的：获取所研究水体水质的数据。,要求有：,1,）灵敏度高，精密度好的分析方法,2,）根据使用目的，正确选定采样时间、地点、取样深度以及样品的保存技术。,在现行的工作实践中，有许多人简单地把水化学工作理解成取样,化验（分析）,水质评价，是大错而特错的！,上面提到的这几项需正确选定的内容，都不可忽视。,一、地下水样品的采集、保存与现场分析,二、水分析方法的分类,三、,水分析结果质量评估,主要内容：,一、地下水样品的采集、保存与现场分析,（一）采样时间（,t,）旱、雨两季取样,（二）采样地点（,x,，,y,） 直接关系到水样的典型性或代表性,（三）取样深度（,z,）：在目前的地下水采样工作中，深度而言，有两种：,1,、不分深度的采样,2,、分深度取样,（四）样品的现场保存与分析,Collection, Preservation and in-situ Analysis of Water Samples,1,、不分深度的采样,作用：,判别地下水化学成分区域性变化规律及其与围岩的关系时十分有用。,缺点：,所取水样实际上是不同成分水的,混合物,；在取样过程中，就可能导致出现,混合作用,。,因此，所采水样并不能代表含水层中水的真实化学面貌，从而阻碍了正确认识地下水水质状况和含水层中所发生的地球化学过程。,Q,长滤网,Q,短滤网,2,、分深度取样,滤网或,长眼端,头,测压管,A,常规测压管,三种常用分深度取样技术的固定装置,细径,测压管,套管,滤网,充气栓塞,B,单个套管 多层测压管,C,单个长过滤管 中栓塞取样,（四）样品的现场保存与分析,当地下水被带至地表时，它便,进入了一个与含水层中不同的新的物理化学环境中,，从而使其成分发生变化。因此，采样送往实验室分析之前，需要采取一系列的措施，,防止,/,减缓水样化学成分的变化,。,（,1,）选择和清洗容器,（,2,）样品保存（添加试剂、温度）,（,3,）现场分析,（,4,）地下水采样所记录的内容,（,1,）选择和清洗容器,容器选择,高密度聚乙烯,：硅、钠、总钾、氯化物、电导率、,pH,和硬度,玻璃容器,：有机化合物和微生物,塑料容器,：放射性核素和大部分无机物,琥珀色玻璃瓶,：对光敏性物质,塑料瓶,：冷冻保存的样品,不锈钢容器,：高温或高压样品或痕量浓度的有机物样品,采样瓶清洗程序,以清洁剂清洗的塑料瓶或玻璃瓶, 清洁剂稀水溶液和自来水清洗样品瓶和瓶盖, 用自来水彻底冲洗, 用适当质量的纯水连续冲洗三次, 彻底排干并盖上盖子,注：自动洗碟机可用于此清洗程序,采样瓶清洗程序,以酸清洗的塑料或玻璃瓶, 用清洁剂稀水溶液和自来水清洗样品瓶和瓶盖, 用自来水彻底冲洗, 用,10%,硝酸溶液冲洗, 排除残液后用,10%,硝酸溶液完全充满, 加盖并存放至少,24,小时, 倒出样品瓶中的硝酸，用适当质量的水冲洗后立即旋紧瓶盖,注：全自动强酸洗涤器可用于此清洗程序,采样瓶清洗程序,以溶剂清洗的玻璃瓶, 用清洁剂稀水溶液和自来水清洗样品瓶和瓶盖, 用自来水彻底冲洗, 用适当质量的纯水连续冲洗三次并干燥, 用适当质量的丙酮冲洗并排空, 用适当质量的适合于特定检测组分的溶剂冲洗、干燥后立即旋紧瓶盖,注：所用清洗溶剂应与被测组分所用检测方法中使用的溶剂一致，例如萃取溶剂,（,2,）样品的保存,金属元素和阳离子 一般通过加酸（硝酸）来实现,100ml,水样加入,0.7ml 65% HNO,3,，即可中和其碱，使其,pH1%),，微量分析,1%),和痕量分析,(0.01%),（二）根据,试样用量,常量分析或,10,100ml),，半微量或,1,10ml),微量,10mg,或,1ml,，如流动注射分析法，只需几,l),和超微量,(0. 1mg,或, 5 meq/L,时，要求：,（,1,）一般天然水：,（,2,）一般污染水,不适用于卤水、严重污染水及,c+a10%,的阴、阳离子，若认为需要，也可将,10%,），这时，主体式中就须列出,实例：,江西崇仁县马鞍坪，某下降泉水化学成分为（,mg/L,）,Ca,2+,：,1.02,（,8.2%,）,Mg,2+,：,0.912,（,12.3%,）,Na,+,+K,+,：,10.235,（,78.7%,）,Fe,3+,：,0.08,（,0.6%,）,Fe,2+,：,0.02,（,0.1%,）,pH,为,6.3,、,Eh,为,475.5mv,、耗氧量为,0.24,、,M,为,43.28,，,t,为,14 ,其库尔洛夫式为：,Cl,-,：,1.7,（,7.6%,）,SO,4,2-,：,0.5,（,1.6%,）,HCO,3,-,：,16.71,（,44.3%,）,HSiO,3,-,：,22.1,（,46.4%,）,3,、气体成分的单位一般为,g/l,，只有放射性气体氡气例外，其单位是,ME,（马赫）,爱曼，或,Bq(,贝可,),，爱曼，,1,爱曼。,如某放射性泉的化学成分库尔洛夫式为：,课堂作业,3,：,一水样成分如下,(meq/L):,（简分析结果）,Cl,-,为、,SO,4,2-,为、,HCO,3,-,为,Ca,2+,为、,Mg,2+,为,pH,为、,T,为,15,、,M,为,340mg/L,试写出其库尔洛夫式,三、水化学图示法,用内容明确、重点突出、简明易懂的图件来表达自已的思想观点，整理在工作中搜集到的资料。,表达天然水化学成分的图示法有,:,水化学玫瑰花图、,Stiff,图、柱状图、圆形图、三线图等等,。,目前应用最广、最实用的是三线图，当一个地区水样测试数据较丰富时，用,三线图解可有助于分析该地区的地下水化学成分的空间分布规律和形成作用。,Diagrammatic Representation of Water Chemical Components,（一）圆形图示法,Ca,Mg,K+Na,HCO,3,SO,4,Cl,总,meq/L,（二）柱状图示法,(P.90),Ca,Mg,Na+K,HCO,3,SO,4,Cl,0,20,40,60,80,100,meq%,碱性增强,酸性增强,直观、有效地表现水化学成分的方法。,以,meq,%,表示离子含量,左侧自上而下按碱性由弱到强，依次列出,Ca,、,Mg,、,Na+K,右侧自上而下按酸性由弱到强，依次列出,CO,3,、,HCO,3,、,SO,4,和,Cl,一般地下水中,CO,3,2-,和,K,+,含量较低，故一般不列出,CO,3,2-,和,K,+,。,柱状图示法实例,多边形图示法,半对数图示法,（一）三线图（）,三线图解由两个三角形及一个菱形组成，左下角三角形的三条边线分别代表阳离子中,Na,+,+K,+,、,Ca,2+,及,Mg,2+,的,meq%,；右下角三角形表示阴离子,Cl,-,、,SO,4,2-,及,HCO,3,-,的,meq%.,任一水样的阴阳离子的相对含量分别在两个三角形中用标点、圆圈或圆点表示，引线在菱形中得出交点以圆圈或圆点表示，按一定比例尺画出的圆圈大小表示矿化度高低。,优点：,(1),能把大量的分析资料点绘在图上，依据其分布情况可以解释许多水文地质问题。,（,2,）,Piper,认为该法能判断某种水是否是另外两种水简单混合的结果。,0,0,0,0,0,0,100,100,100,100,100,100,K+Na: 15,Ca: 60,Mg: 25,Cl : 20,SO,4,: 40,HCO,3,: 40,四、水化学分类,为了科学、合理地开发利用地下水资源，除了要定量地评价水资源的量，而且必须评价水质,在水量方面可把水资源分为补给资源和储存资源,在水质方面对地下水的划分有三种：,A,按成因分：渗入成因、沉积成因、内生成因,B,按溶解组分和水化学指标分（本节讲）。,C,按潜在用途分：饮用水、农业用水、用业用水、医疗矿水、工业矿水,Hydrochemical Classification of Water,、按矿化度（总溶解固体）分类：,通过溶解组分之和减去,1/2 HCO,3,-,可得到,TDS,的计算值。,A,矿化度,(mineralization,，,M),：水中所含各种离子、分子及化合物的总量，以克升,(g/L),表示,B,总溶解固体（,TDS,，,total dissolved solids,），亦称固形物（欧美常用）,:,包括分解和未分解的物质，但不包括悬浮物质、胶体或溶解气体。一般是通过蒸干水样后，在,105-110,下烘干,1-2,小时后得到。,在蒸干过程中，碳酸盐和硫酸盐要沉淀，一些物质（有机物、氯化物、硝酸盐等）要损失。,CO,2,的损失为,按照矿化度大小，可将地下水分为以下几类：,淡水,微咸水,咸水,盐水,卤水,欧美划分（据,TDS, mg/L,）,淡水,0-1000,咸水,1000-10000,盐水,10000-100000,卤水,100000,2,、按温度划分,地下水的温度变化范围较宽。我国目前把水温低于,25,的地下水称地下冷水，高于,25,的地下水称地下热水，并细分：,25-40,温水,40-60,温热水,60-90,热水,90-150,中温地热资源,150,高温地热资源,3,、按硬度,(Hardness),划分,此外，水中,Ca,离子含量多少与人体健康密切相关。人骨骼主要成分是磷酸钙，血液中也含有一定的钙离子，没有它，皮肤划破了，血液不易凝结。临床研究表明，长期饮用硬水，可防止高血压和其它心血管疾病。但也有报导，长期饮用硬水，可导致尿石症等结石病。由上述可见，水的硬度与人民生活和经济建设关系密切。研究水的硬度，具有重要的实际意义。,水中含有一些容易生成难溶盐类的金属阳离子，如,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Fe,2+,、,Mn,2+,、,Sr,2+,、,Fe,3+,、,Al,3+,等，其中最主要的是,Ca,2+,、,Mg,2+,，其它离子一般在水中含量较低,3,、按硬度划分（续）,总硬度：,水体中所含,Ca,、,Mg,离子的总量,Ca,2+,+Mg,2+,暂时硬度：,水中,HCO,3,-,+CO,3,2-,（如此命名是因为加热时,Ca,、,Mg,与之生成沉淀析出）或碳酸盐硬度,永久硬度：,Ca,2+,+Mg,2+,-,HCO,3,-,+CO,3,2-,自然界还存在另外一种情况：即,Ca,2+,+Mg,2+,HCO,3,-,+CO,3,2-,这时只有暂时硬度和总硬度，而没有永久硬度，这时若加热水样，,HCO,3,-,和,CO,3,2-,只有一部分与,Ca,2+,、,Mg,2+,结合，沉淀析出，而另有一部分,HCO,3,-,和,CO,3,2-,与,K,+,、,Na,+,等结合，构成非硬度离子对，把这部分称为负硬度。,负硬度：,HCO,3,-,+CO,3,2-, ,Ca,2+,+Mg,2+,3,、按硬度划分（续）,硬度的单位常用,meq/L,，但最常用的单位是德国度，定义为每升水中含,CaO 10mg/L,时为,1,德国度（,1H,），简称德度,meq/L,与德度的换算关系为：,1 meq/L=128.04/10=2.8 H,根据硬度值大小，可把天然水作以下划分：（德度）,极软水,30,4,、按主要离子组分分类,大多考虑主要阴、阳离子的相对含量。,两种常用的水化学分类方法。,（）舒卡列夫分类：, 编号命名法, 顺序命名法,（）苏林分类, 编号命名法,根据地下水中,Ca,、,Mg,、,Na(Na+K),、,Cl,、,SO,4,、,HCO,3,将含量大于,25,meq,%,的阴离子和阳离子进行组合，每型以阿拉伯数字为代号，共,49,型；,按矿化度又分为,4,组：,A,组矿化度,，,B,组,，,C,组,10-40g/l,，,D,组,40g/l,。,命名时在数字与字母间加连接号，如,1-A,型：指的是,M,meq,25,，,阳离子只有,Ca,大于,25meq%,。,不足之处：,有的水型至今在自然界未见到；,未能包括一些其它类型的水如偏硅酸钠水、硝酸钙水；,从此分类中看不出阴阳离子的大小顺序。,含量,25%,meq,的离子,HCO,3,HCO,3,+SO,4,H+S+Cl,H+Cl,SO,4,SO,4,+Cl,Cl,Ca,1,8,15,22,29,36,43,Ca+Mg,2,9,16,23,30,37,44,Mg,3,10,17,24,31,38,45,Na+Ca,4,11,18,25,32,39,46,Na+Ca+Mg,5,12,19,26,33,40,47,Na+Mg,6,13,20,27,34,41,48,Na,7,14,21,28,35,42,49, 编号命名法, 顺序命名法,按水中阴阳离子含量,25meq%,的顺序排列命名，阴离子在前，阳离子在后,如：,HCO,3,-SO,4,-Ca,水、,SO,4,-Na,水。,这样命名，有时涉及的离子就不限于上述六种，而可以是,NO,3,-Na-Ca,水，,H,4,SiO,4,-HCO,3,-Na,水等。这种命名法应用十分广泛。,（）苏林分类,根据水中主要阴、阳离子（,Cl-,、,SO,4,2-,、,HCO,3,-,、,Na,+,、,Mg,2+,、,Ca,2+,）彼此化学亲和力的强弱顺序而组成盐类的原则，划分出四种类型的水。,具体划分方案如下：,rCl,-,rNa,+,（,毫克当量数）时,rCl,-,rNa,+,（,毫克当量数）时,（,1,）,rCl-rNa+,（毫克当量数）,Ca,Mg,Na,HCO,3,SO,4,Cl,meq%,碱性增强,酸性增强,Na,2,SO,4,型水,A,：,B,：,Ca,Mg,Na,HCO,3,SO,4,Cl,meq%,碱性增强,酸性增强,NaHCO,3,型水,（,2,）,r Cl,-,r Na,+,（毫克当量数）,Ca,Mg,Na,HCO,3,SO,4,Cl,meq%,碱性增强,酸性增强,MgCl,2,型水,A,：,B,：,Ca,Mg,Na,HCO,3,SO,4,Cl,meq%,碱性增强,酸性增强,CaCl,2,型水,苏林分类的意义,苏林,1948,年提出这一分类原则时，是为了区分四种产于不同环境中的地下水：,大陆环境 重碳酸钠型水、,硫酸钠型水,海洋环境 氯化镁型水（如海水）,深成环境 氯化钙型水,但已有资料表明，在苏林上述四种水化学类型与地下水形成环境之间并不存在唯一的对应关系。比如，,CaCl,2,型水确实多见于深成环境，但在浅部地下水中由于阳离子交替吸附作用，也可发育,CaCl,2,型水。但考虑到苏林分类已在我国被广泛采用，还要求同学们加以掌握。,1,、某地下水样分析结果如下,(mg/L),：,t=10,C, pH=7.06, Ca,2+,=71, Mg,2+,=43, Na,+,=9.9, K,+,=1.2, HCO,3,-,=292, SO,4,2-,=87, Cl,-,=17, NO,3,-,=38,求：,A,：水样的库尔洛夫式,B,：苏林分类和舒卡列夫分类,C,：水样各种硬度,例题：,阳离子当量浓度及百分数,(%),Ca,2+,=3.55, Mg,2+,=3.58, Na,+,=0.43, K,+,=0.03 T,c,Ca,2+,=46.8, Mg,2+,=47.1, Na,+,=5.7, K,+,阴离子当量浓度及百分数,(%),HCO,3,-,=4.79, SO,4,2-,=1.81, Cl,-,=0.48, NO,3,-,=0.61 T,a,HCO,3,-,=62.3, SO,4,2-,=23.5, Cl,-,=6.2, NO,3,-,A,：水样的库尔洛夫式,地下水样分析结果如下,(mg/L),：,t=10,C, pH=7.06, Ca,2+,=71, Mg,2+,=43, Na,+,=9.9, K,+,=1.2, HCO,3,-,=292, SO,4,2-,=87, Cl,-,=17, NO,3,-,=38,M,i,559.1 mg/L,库尔洛夫式,:,苏林和舒卡列夫分类,阴阳离子当量浓度百分数,Ca,2+,=46.8, Mg,2+,=47.1, Na,+,=5.7, K,+,HCO,3,-,=62.3, SO,4,2-,=23.5, Cl,-,=6.2, NO,3,-,舒卡列夫分类,HCO,3,-Mg-Ca,水,苏林分类,Na,/,Cl,10mg/l),，可治疗外伤溃疡、皮肤病、降血压、治疗某些心血管疾病，而碳酸水（水中游离,CO,2,）可作为饮料矿水，能增进食欲、消除疲劳，对高血压，外伤溃疡等均有疗效。,又比如，在工民建实践中，必须查明水中侵蚀性,CO,2,是否构成对水泥、混凝土的侵蚀。因此，研究水中气体十分必要。,A,实际意义,指示地下水的成因（来源不同），更重要的是，它们在很大程度上决定了地下水的氧化还原条件。,水中主要,溶解气体,地下水中的氧化还原条件,O,2,大气成因、氧化环境,N,2,与,O,2,共存大气成因，氧化环境,与,CH,4,、,H,2,S,共生：生物化学成因，还原环境,CO,2,主要指示潜育环境或变质岩浆作用,H,2,S,、,CH,4,指示还原环境,B,理论意义,根据水中溶解气体成分，对地下水进行分类,它们包括六个组：,、氧化水组（以,O,2,为主）,、潜育水组（生物成因的,CO,2,为主）,、硫化氢还原水组（,H,2,S,为主，有部分生物成因的,CO,2,）,、甲烷强还原水组,(,CH,4,为主，有部分生物成因的,CO,2,、,N,2,和,H,2,S).,、变质或岩浆,CO,2,水组,、含,N,2,热水组（大气成因的,N,2,为主）。,氧化,还原,强还原,特殊,矿水,、氧化水,水中含有自由氧或其它强氧化剂（,Fe,3+,、,Mn,4+,、,U,6+,、,U,5+,等），大部分地表水，潜水和部分承压水属此类水。,水中变价元素多属处于高价态（氧化），围岩染成红、棕、黄色，,Eh,值一般,0,。,、潜育水,“潜育”一词来自俄文，为土壤学中的一个专用术语，在乌克兰（温暖潮湿区），其沼泽、河流底部沉积物中常见一种带蓝灰色，淡绿色和赭蓝色的粘土层，土壤学中称潜育层。后来发现潜育作用不仅土壤中有，而且在岩层中也有。,故：,把在没有硫化氢参与下能使铁还原的作用称为潜育作用；,把既不含氧（,O,2,3mg/l,），同时又不含,H,2,S,（,7,，,Eh,常低于,0,。,Fe,2+,及许多金属元素不存在于水中，而以金属硫化物形式沉淀。,这种水主要见于水交替缓慢的地段或有机质含量丰富的环境中。,、甲烷强还原水,在承压盆地水交替十分滞缓的含有机质的岩层中，地下水富含生物成因的,CH,4,和,N,2,，一般在成因上与含沥青、石油或含煤岩层有联系，多为热水。,水中缺,SO,4,2-,，而富集,I,、,Br,、,B,、,Rn,等。,Eh500mg/l,。多产于水交替强烈地带，故水的矿化度较低。,、含氮热水,多见于近代地壳运动活跃的结晶岩地区，,N,2,为大气成因。矿化度一般较低。,Knowledge 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