水文地质学第4章课件

,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,*,第四章 地下水的物理性质与化学性质,4-1,地下水的物理性质,一、温度：地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。,公式中：H-地下水的埋藏深度,过冷水：（0）,g-地热增温率（m/）,冷 水：（0-20）,T,H,-地下水水温,温 水：（20-42）,t,B,-年平均气温,热 水：（42-100）,h-年常温带深度,过热水：（100）,变温带,常温带,增温带,地下水温度随气温的变化而变化的深度,地下水温度随气温的变化幅度趋于0的深度,地下水温度随深度的增加而增加的地带,季节变化（0-5m）,较稳定（5-50m）,与地温相近,H=g(T,H,-t,B,)+h,50m,地下水的一般温度为7-15,第四章 地下水的物理性质与化学性质 4-1 地下水的物理,1,2,二、颜色,地下水的颜色取决于它的化学成分和悬浮于其中的杂质，颜色深浅决定于含量的多少。,测定地下水颜色的方法：,取两支无色透明玻璃试管，一支装蒸馏水，一支装被测地下水，在管下衬以白纸，自上而下观测其颜色,。,常,见,各,种,颜,色,的,地,下,水,一般地下水与化学纯水,无色地下水,含硫化氢气体的水,翠绿色地下水,含氧化亚铁的水,浅蓝绿色地下水,含氧化铁的水,褐红色地下水,含锰化合物的水,暗红色地下水,含硫细菌的水,红色地下水,含腐殖质的水,暗黄褐色地下水,含粘土的水,淡黄色地下水,二、颜色地下水的颜色取决于它的化学成分和悬浮于其中的杂质，颜,3,三、透明度,地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。,地下水按透明度分为四级：,透明的、微浊的、混浊的、极浊的。,透明度的测定方法：,通过盛水样的试管，,以看清 3mm粗线的水深来确定,。,三、透明度地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。,4,四、嗅,用鼻子闻。,地下水一般是无气味的，,但当其中含有某些离子,或某种气体时，则出现特殊的气味。例如：,水中含有H,2,S气,体时，具有臭鸡蛋气味；,水中亚铁盐含量很高时具有铁腥气,味；,含有腐殖质时具有腐草（沼泽）气味。,水的气味在低温,时很难判断，,加热到40 时气味最明显。,五、味,用嘴尝。,地下水的味道取决于它的化学成分。,水的,味道,墨水味,味美适口,锈 味,甜 味,咸 味,涩 味,苦 味,清凉可口,水中含有氧化亚铁,水中含有氧化铁,水中含有大量有机质,水中含有 NaCL,水中含有 Na,2,SO,4,水中含有 MgCL,2,或 MgSO,4,水中含有 CO,2,水中含有重碳酸钙、镁,四、嗅水的墨水味 味美适口 锈 味 甜,5,六、比重,地下水的比重取决于其中所溶解盐分的含量。地下淡水的比重通常认为与化学纯水的比重相同，其数值为1。,水中溶解的盐分越多，比重越大，,有的可达1.2-1.3。,七、导电性,地下水的导电性取决于其中所含电解质的数量和质量，,即各种离子的含量与其离子价。,离子含量愈多，离子价愈高，则水的导电性愈强。,此外水温对导电性也有影响。,八、放射性,地下水在不同程度上都含有放射性，含量多少取决于水中所含放射性元素的数量。,储存和运动于放射性矿床及酸性火成岩分布区的地下水，其放射性相应增强。放射性高的水对金属起破坏作用，但对医疗却很有价值。,六、比重,6,4-2,地下水的化学性质,一、地下水的化学成分（目前已发现,62种化学元素,）,地下水中主要离子成分：,CL,-,、SO,4,2-,、HCO,3,-,、Na,+,、K,+,、Ca,2+,、Mg,2+,地下水中占主要地位的离子成分随矿化度（总溶解固体）变化而变化。,主要气,体成分,O,2,、N,2,CO,2,H,2,S、CH,4,主要源于大气，近地表含量大，愈深愈少，封闭环境有 N,2,无 O,2,源于有机质氧化和深部CaCO,3,高温分解,水中CO,2,含量高,溶解能力强,封闭还原环境中有机质存在，微生物作用生成 H,2,S、CH,4,高矿化水,CL,-,Na,+,中矿化水,SO,4,2-,Na,+,Ca,2+,低矿化水,HCO,3,-,Ca,2+,、Mg,2+,4-2 地下水的化学性质主要气O2、N2CO2H2S、C,7,二、地下水的主要化学性质,酸碱度,-PH=lg H,+,PH5 5-7 PH=7 7-9 PH 9,矿化度,-,地下水中总的含盐量,（g/,L,）,1 1-3 3-10 10-50 50,。,主要离,子成分,CL,-,SO,4,2-,HCO,3,-,源于盐岩矿床、氯化物沉积物、海水、火成岩和动物排泄物，分布最广,源于硫化物矿物氧化、石膏和含硫酸盐沉积物，中矿化水中的主要离子,源于碳酸盐沉积物、铝硅酸盐矿物的风化溶解，低矿化水中的主要离子,Na,+,+K,+,Ca,2+,Mg,2+,源于岩盐、钠和钾盐类沉积物、分布低矿化水中,K,+,易被植物根系吸收,源于碳酸盐类、含石膏沉积物、岩浆岩、变质岩含钙矿物的溶解,分布广,源于含镁碳酸盐类沉积物、岩浆岩、变质岩含镁矿物的溶解,分布较广,淡水,微咸水,咸水,盐水,卤水,强酸性,弱酸性,中性,弱碱性,强碱性,二、地下水的主要化学性质。主要离 CL-SO42-HCO3,8,硬 度,-水中Ca,2+,和Mg,2+,构成水的硬度,总 硬 度-水中Ca,2+,和Mg,2+,含量的总和,暂时硬度-水在加热时流失的Ca,2+,和Mg,2+,含量,永久硬度-水在加热时保留的Ca,2+,和Mg,2+,含量,单 位:Ca,2+,和Mg,2+,毫克当量/L；,德国度（相当于7.1 Ca,2+,或4.3 Mg,2+,的量）,极软水,软 水,微硬水,硬 水,极硬水,Ca,2+,和Mg,2+,毫克当量/L,德国度,分 类,1.5,1-3,3-6,6-10,10,4.2,4.2-8.4,8.4-16.8,16.8-25.2,25.2,硬 度-水中Ca2+和Mg2+构成水的,9,侵蚀性,-水对机械设备和集水构筑物的腐蚀,侵蚀性CO,2,碳酸侵蚀,主要侵蚀混凝土CaCO,3,+H,2,O+CO,2,=Ca,2+,+2HCO,3,-,PH6.5,酸性侵蚀,主要侵蚀机械设备 Fe,+,+2H,+,=Fe,+,+H,2,游离H,2,SO,4,硫酸侵蚀,SO,4,2,-,250mg/L、CL,-,1000mg/L开始侵蚀,侵蚀机械设备、水泥,侵蚀性-水对机械设备和集水构筑物的腐蚀侵蚀性CO2碳酸侵,10,影响溶滤作用的因素：,溶滤作用的过程：,如图示,影响溶,滤作用,的因素,矿物岩类的溶解度,溶解度越大溶滤作用越强,岩石的空隙度,空隙度越大溶滤作用越强,水的溶解能力,CO,2,、O,2,含量高和低矿化水溶滤作用强,水的径流速度,径流速度大溶滤作用越强,4-3,地下水化学成分的形成作用,溶滤作用：,在水与岩土相互作用下，岩土中的一部分物质,转入地下水中。,溶滤作用的结果：,岩土中失去一部分可溶物质，水中获得,新的物质。,影响溶滤作用的因素：溶滤作用的过程：如图示影响溶矿物岩类的溶,11,溶滤作用的过程,溶滤作用的过程,12,浓缩作用,：,地下水埋藏较浅时，水分不断蒸发，水中盐分浓度增加的作用,脱碳酸作用,：地下水溶解碳酸岩盐的能力取决于水中CO,2,。当温度升高,或压力减小，水中CO,2,逸出，含量减少，即为脱碳酸作用。,Ca,2+,+2HCO,3,-,CO,2,+H,2,O+CaCO,3,Mg,2+,+2HCO,3,-,CO,2,+H,2,O+MgCO,3,野外常见上升泉泉口的白色沉积物-泉（钙）华就是脱碳酸作用形成,脱硫酸作用,：还原环境中，在水中脱硫细菌的作用下，SO,-2,4,还原为H,2,S，,水中SO,4,-2,减少以至消失，这种作用为脱硫酸作用。,SO,4,2-,+2C+2H,2,O H,2,S+2HCO,3,-,地下深处,缺氧的地质构造中，当有机物存在时，最易发生脱硫酸作用。,储油构造是脱硫酸作用的理想条件。油田水中SO,4,-2,含量极少，H,2,S气体含量很高，这点可作为找油辅助标志。,产生浓缩,作用的条件,干旱、半干旱气候，地形低洼，包气带厚度小,水位埋深较浅，水流动缓慢，毛细上升高度大,浓缩作用：地下水埋藏较浅时，水分不断蒸发，水中盐分浓度增加,13,阳离子交替吸附作用：,岩土颗粒表面的负电荷吸附地下水中的某些,阳离子，而将其原来的阳离子转为地下水中的,组分，即为阳离子交替吸附作用。,H,+,Fe,3+,AL,3+,Ca,2+,Mg,2+,K,+,Na,+,岩土颗粒细,比表面积大,交替吸附作用规模大,混合作用：,成分不同的两种水汇合在一起，形成与原来两者化学成分,都不相同的地下水的作用为混合作用。,混合作用的结果：,发生化学反应 Ca(HCO,3,),2,+Na,2,SO,4,CaSO,4,+NaHCO,3,不发生化学反应 高、低矿化水的混合,阳离子,吸附能力,影响地下,水化学成,分 形 成,的 因 素,地质因素,自然地理因素,时间因素,人为因素,岩性、构造,气象、水文、地形、生物,灌溉、采矿、施肥、改良盐碱地,浓缩、混合、溶滤、脱硫酸作用,溶滤、脱硫酸作用,时间越长，化学作用越彻底,浓缩、溶滤、混合作用,阳离子交替吸附作用：岩土颗粒表面的负电荷吸附地下水中的某些,14,简分析,K,+,、Na,+,、Ca,2+,、Mg,2+,HCO,3,-,、SO,4,2-,、CL,-,、PH、总硬度,全分析,NH,4,+,、Fe,3+,、Mn,2+,、Cu,2+,、Zn,2+,、Pb,2+,NO,2,-,、NO,3,-,、CO,3,-,、F,-,、SiO,2,、PO,4,3-,+,4-4,地下水化学成分的分析与资料整理,地下水化学成分的分析内容：,专项分析的内容随具体目的需要而定：,生活用水水质评价，需进行有毒元素（As、Sb、Se、Hg、Cd、Cr,6+,、氰化物）、细菌分析等；,工业锅炉用水要测定地下水的硬度等；,工程建设中遇到地下水，需进行侵蚀性测定，,等等。,地下水化学成分的分析资料整理：,库尔洛夫式：,阴离子毫克当量%（含量10%由大到小顺序排列）,阳离子毫克当量%（含量10%由大到小顺序排列）,微量元素、气体成分、矿化度（g/L）,水温,根据库尔洛夫式可,对水进行命名,，也便于将不同,水进行比较,。,命名时：,含量25%毫克当量的参加命名，,先读阴离子，后读阳离子；,先读含量少的，后读含量多的。,简分析K+、Na+、Ca2+、Mg2+全分析 NH4+、F,15,例：,根据水分析资料，某温泉水的总矿化度3.27g/L，各主要离子成分的毫克当量百分数如下：CL,-,占84.76%，SO,4,2-,占14.34%，HCO,3,-,占0.78%；Na,+,占71.63%，Ca,2+,27.78%，Mg,2+,占0.59%。H,2,S,为20.8mg/L，游离CO,2,为31mg/L，H,2,SiO,3,为700mg/L，水温52。用库尔洛夫式表示。,CL,84.76,SO,4,14.34,Na,71.63,Ca,27.78,命名为：氯化物钙钠型水,地下水化学类型的分类：,舒卡列夫分类：,根据地下水中,六种主要离子,（K,+,合并于Na,+,中）及,矿化度,划分，含量,25%毫克当量的阴、阳离子进行组合,，分为,49,型水。矿化度分为,4,组：,A,组1.5g/L，,B,组1.5-10g/L，,C,组10-40g/L，,D,组 40g/L。,H,2,SiO,3,0.7,H,2,S,0.021,CO,2,0.031,M,3.27,t,。,52,不同化学成分的水可用一个简单符号代替，并赋以一定的成因特征。,优点：,简明易懂。,缺点：,未反映含量大小的次序，反映,水质变化不够细致。,例：根据水分析资料，某温泉水的总矿化度3.27g/L，各主要,16,例：,1-A型水是矿化度1.5g/L的,HCO,3,-,Ca型水，是沉积岩地区,典型的溶滤水，49-D型水是矿化度40,g/L的CL-N,a,型水。,舒卡列夫分类图表,例：1-A型水是矿化度1.5g/L的HCO3-,17,作业