地下水的物理性质及化学成分课件

《地下水的物理性质及化学成分课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地下水的物理性质及化学成分课件（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2,气象干旱综合指数CI以标准化降水指数、相对湿润指数和降水量为基础建立的一种综合指数。 气象干旱等级国家标准中将干旱划分为五个等级，并评定了不同等级的干旱对农业和生态环境的影响程度： 1.无旱：正常或湿涝，特点为降水正常或较常年偏多，地表湿润； 2.轻旱：特点为降水较常年偏少，地表空气干燥，土壤出现水分轻度不足，对农作物有轻微影响； 3.中旱：特点为降水持续较常年偏少，土壤表面干燥，土壤出现水分不足，地表植物叶片白天有萎蔫现象，对农作物和生态环境造成一定影响； 4.重旱：特点为土壤出现水分持续严重不足，土壤出现较厚的干土层，植物萎蔫、叶片干枯，果实脱落，对农作物和生态环境造成较严重影响，对工

2、业生产、人畜饮水产生一定影响； 5.特旱：特点为土壤出现水分长时间严重不足，地表植物干枯、死亡，对农作物和生态环境造成严重影响，工业生产、人畜饮水产生较大影响。 气象干旱等级国家标准规范全国通用，具有空间和时间可比性，能较为客观地描述干旱的发生、发展、持续、解除等过程，以及干旱发生程度和范围的等级标准的干旱监测指标。,3,美丽的彩云之南,4,截至3月26日18时，全国耕地受旱面积1.14亿亩(多年同期均值1.04亿亩)，其中作物受旱8829万亩(重旱2849万亩、干枯1515万亩)，待播耕地缺水缺墒2526万亩；有2372万人、1555万头大牲畜因旱饮水困难(多年同期均值1144万人、893万

3、头)。,5,中国兴农网报道：初春的元阳一派繁忙。当地的哈尼族人开始翻田育秧，备耕生产。虽然遭受着旱情的困扰，但元阳的大片梯田因独特的地质条件以及长期坚持退耕还林，形成了“人栽树，树涵养水分，水浇田”这一良性循环的生态系统，从而使得这里的春耕用水得到了很好的保证。,6,第三章 地下水的物理性质及化学成分,7,本章内容 3.1 地下水的物理性质 3.2 地下水的化学成分 3.3 地下水化学成分的形成 3.4 总矿化度与地下水化学成分分类,8,温度 透明度 颜色 嗅味 口味 放射性等,3.1 地下水的物理性质,9,（1）温度 地温梯度（ /100m ）:一般把在常温层以下，每向下加深100所升高的温

4、度称为地热增温级或地温梯度。 过冷水 冷水 温水 热水 过热水 （2）透明度 取决于水中固体矿物质、有机物和胶体悬浮物的含量。 透明的 微浊的 混浊的 极浊的 （3）颜色 （4）气味 （5）口味 （6）放射性,10,3.2 地下水的化学成分,地下水不是纯的H2O，而是天然溶液，含有各种组分。 水是良好的溶剂，在空隙中运移时，可溶解岩石中的成分。在自然界水循环过程中，地下水与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量和化学成分的交换。 化学性质：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。 水是岩石中元素迁移、分散与富集的载体。研究许多地质作用时都不能不涉及地下水的化学作用。 不同的用水目的在利用地下水时，

5、对水的质量有一定要求 （如：饮用水、锅炉用水、地下水对混凝土的侵蚀性等） 研究地下水的化学成分与作用必须与地下水的流动条件结合,11,地下水中常见的气体成分 氧（O2）、氮（N2）、二氧化碳（CO2） 硫化氢（H2S）、甲烷（CH4） 常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关 地下水中主要离子成分 地下水中的八大离子 阴离子： Cl- 、HCO-3 、 SO2-4 、CO2-3 阳离子： K+、Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+,12,3.2.1 气体成分,地下水中常见的气体成分 （1）氧（oxygen, O2）、氮（nitrogen, N2） 起源：大气圈中的氧气和氮气随降水入渗进入含水

6、层中溶解氧含量愈多，说明地下水所处的地球化学环境愈有利于氧化作用的进行。说明地下水是大气起源的，氮还有生物起源与变质起源 环境：若地下水中氮气单独存在，通常可说明地下水起源于大气并处于还原环境。在封闭环境下，氧被耗尽只剩下N2，指示水是大气起源且处于封闭环境,13,（2）硫化氢（H2S）、甲烷（methane, CH4） 这两种气体都是在较封闭环境中，在有机质与微生物参与的生物化学过程中形成。 还原环境下： SO2-4 H2S，成煤过程，煤田水 成油过程，油气藏，油田水,14,（3）二氧化碳（CO2） 大气降水中的CO2含量较低，地下水中CO2主要源于 土壤层（入渗过程溶于水中）：有机质残骸发

7、酵产生、植物呼吸作用产生 碳酸盐岩地层：在深部高温下，也可变质生成CO2 CaCO3CaO+CO2 地下水中含CO2愈多，其溶解碳酸盐岩与结晶岩进行风化作用 人类活动：在化石燃料（煤、石油、天然气），导致大气中的CO2增加，（增长20%） 地下水中CO2增加，水对碳酸盐岩的溶解、结晶岩风化溶解能力愈强！,15,地下水中气体成分的意义： 气体成分指示地下水所处的地球化学环境 氧化环境oxidation 还原环境deoxidation 气体成分可以增加水对盐类的溶解能力 促进水岩的化学反应，相互作用,16,（1）地下水中的主要离子成分 水中离子成分主要取决于： 元素的丰度（克拉克值)：某元素在地壳

8、化学成分中的重量百分比； 元素组成的化合物在水中的溶解度 地壳中主要元素有哪些？ 地壳中丰度较高的元素：Si、Al、Fe （地下水中低） 地壳中丰度较低的元素：Cl、S、C （地下水中高） 地下水中主要离子有： Anion 阴离子：HCO-3、SO2-4、Cl- Cation 阳离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+,3.2.2 主要离子成分,17,（2）地下水中主要离子成分来源 一般情况下： 低矿化度水中常以HCO3-及Ca2+ 、 Mg2+为主； 高矿化度水则以Cl-及Na+为主； 中等矿化度的地下水中，阴离子常以SO42-为主。主要阴离子可以是Na+ ，也可以是Ca2+ 。,18,这与主

9、要离子构成的盐类溶解度有关： 碳酸盐类 硫酸盐类 氯化物 常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物（TDS）或矿化度有关： 矿化度：指水中溶解组分的总量，包括溶解于地下水中各种离子、分子、化合物的总量，但不包括悬浮物和溶解气体。矿化度以“克/升”表示。 矿化度(g/L) : 低(1) 中(1-10) 高(10-30) 阴 离 子: HCO-3SO2-4 Cl- 阳 离 子: Ca2+Ca2+,Mg2+ Na+,K+,19,氯离子（ Cl- ） 氯离子在地下水中广泛分布，主要来源有： （1）沉积岩中所含岩盐或其他氯化物的溶解； （2）岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； （3）海水。,硫酸根离子

10、（ SO42- ） 主要来源有： （1）含石膏（CaSO42H2O）或其他硫酸盐的沉积岩的溶解； （2）煤系地层的黄铁矿； （3）酸雨,20,重碳酸根离子（ HCO3- ） 重碳酸根离子的主要来源有： （1）含碳酸盐的沉积岩与变质岩（大理岩）； （2）岩浆岩与变质岩地区， HCO3- 主要来自铝硅酸盐矿物的风化溶解。,钠离子（ Na+ ）、钾离子（ K+） 钠离子与钾离子在低矿化度水中的含量一般很低。主要来源有： （1）沉积岩中岩盐及其他钠盐、钾盐的溶解； （2）岩浆岩与变质岩地区， 来自含钠、钾矿物的风化溶解； （3）海水,21,钙离子（ Ca2+）、镁离子（ Mg2+） 钙是低矿化度地下水

11、中的主要阳离子，镁离子在地下水中的分布与钙相似。主要来源有： （1）含碳酸盐的沉积物及含石膏沉积物的溶解； （2）岩浆岩与变质岩地区， Ca2+、Mg2+主要来自含钙、镁矿物矿物的风化溶解。,+,+,+,+ +,Cl-,+,+,+,+,SO42-,+,+,+,+,HCO3-,水中阴离子在地下水水流过程的（分布）变化,23,3.2.3 地下水中的其他成分,地下水次要离子: 如H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH、NO2、NO3、CO32、SiO32及PO42等。 地下水中的微量组分: 有Br、I、F、B、Sr等。 地下水中以未离解的化合物构成的胶体：主要有Fe(OH)3、Al(OH

12、)3及H2SiO3等，有时可占到相当比例。有机质也经常以胶体方式存在于地下水中。有机质的存在，常使地下水酸度增加，并有利于还原作用。 地下水中还存在各种微生物。例如，在氧化环境中存在硫细菌、铁细菌等；在还原环境中存在脱硫酸细菌等；此外，在污染水中，还有各种致病细菌。,24,3.3 地下水化学成分的形成,矿化作用： 溶滤作用水岩相互作用时发生 浓缩作用蒸发排泄时发生 脱碳酸作用在温度与压力发生变化时发生 脱硫酸作用在还原环境下发生：SO42- H2S 阴离子交替吸附作用岩土表面吸附的阳离子与水中阳离子发生交换 混合作用 2种不同类型地下水混合时发生 人类活动的作用影响越来越大,25,3.3.1

13、溶滤作用,（1）定义 水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向地下水中转移的过程。其结果是：岩土失去部分可溶物质，地下水中获得相应的化学成分使水中TDS。 CaCO3 + H2O + CO2 2HCO-3 + Ca2+ (固) (水) (气),26,（2）溶滤作用的影响因素,岩土- 化学组分 （如：石灰岩 HCO3-Ca水、花岗岩HCO3-Na水) 组分的可溶性 （溶解度、溶解速度） 盐分溶解度的差异导致易溶成分先进入水中，难溶成分后进入水中 水- 水的溶解能力（TDS，O2、CO2气体组分） 水的流动性 a.水中已溶组分的多少水中盐分含量增高，溶解能力降低 b.水中某些气体组分- O2增加硫化物

14、的，CO2增加碳酸盐类. 通常刚渗入到地下的水，矿化度很低，随着水在地下含水岩层的运移，不断有新的盐分溶解到水中，水中TDS，水的溶解能力下降，最终水的溶解能力0，溶滤作用将会停止？是否会？,27,地下水是如何保持它的溶解能力的？,地下水的流动（交替）性： 地下水的径流速度和交替强度（ V 与 Q ） 停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终会降为零，溶滤作用停止。 水如果流动速度快，水交替（更新）迅速，CO2，O2不断被补充，低TDS水不断更新溶解能力已降低的水 如果某地区地下水流动很快，水交替（循环）迅速，溶滤作用很强烈，长期作用下去，地下水水化学特征如何？ 该地区地下水中的水质-矿化度是高

15、（TDS）？还是低？ 水中以哪种阴、阳离子为主？,28,长期、强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为主，HCO3Ca水 或 HCO3Ca Mg 这是由溶滤作用的阶段性决定！在由多种盐类组成的岩石中： 早期，Cl盐最易溶于水中随水带走，岩土贫Cl盐继续作用，较易溶SO42-盐类被溶入中随水带走，贫SO42-盐类持续（岩土中）只剩较难溶的碳酸盐类。 因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征： 要从地质历史发展的眼光（角度）来理解它是地质历史长期作用的结果 地下水是不断运动的溶解的组分会被带去（岩土组分变化） 前期溶滤作用溶滤什么组分，水中获得相应组分 后期溶滤作用长期强烈溶滤作用的结果是难

16、溶成分的低矿化水,29,3.3.2 浓缩作用,定义：地下水在蒸发排泄条件下，水分不断失去，盐分相对浓集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程。 浓缩作用（过程）理想的蒸发浓缩模式 水分失去过程盐分相对浓集，化学成分的变化 （实际上与上述理想模式是不同的） 地下水在蒸发过程中，水分失去还有补充；盐分积累也有补充。因此，实际的蒸发作用可以产生含盐量很高的地下水(卤水)或盐渍化的土地 浓缩作用的结果：往往形成高矿化度、以易溶离子为主的地下水（Cl-Na+为主） 影响因素与蒸发排泄的影响因素相同(气候-地下水位-土层岩性),30,浓缩作用（过程）理想模式,31,浓缩作用 水流迟缓 矿化度高、Cl-Na,过渡区 矿化度中、SO4-MgCa,地下水化学特征具有分带性,溶滤作用 水交替迅速 矿化度低、HCO3-Ca,受区域自然地理与地质条件的影响，地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。,32,山西忻州盆地地下水水化学图,33,