地下水的水质解析课件

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1、,第二章 地下水的水质,地下水不是化学纯的H2O，而是一种复杂的溶液。赋存于岩石圈中的地下水，不断与周围的岩石发生化学反应，并在与大气圈、水圈和生物圈进行水量交换的同时，交换化学成分。其物理化学成分是地下水与环境自然地理、地质背景以及人类活动长期相互作用的产物。一个地区地下水的水质，反映了该地区地下水的历史演变。因此地下水的水质有着很大的时空差异。 无论是利用或是防治地下水的危害，都需要研究地下水的水质。 不同的使用目的有不同的水质要求。 不同的水质对工程建设有不同的危害。,第二章 地下水的水质,3.化学成分的形成作用,1.地下水的物理性质,2.化学成分和主要化学性质,4.水质分析及其表示方法

2、,2-1 地下水的物理性质,地下水的物理性质是指地下水的温度、颜色、透明度、气味、味道等。 一、温度 地下水的温度变化主要受气温和地温的影响，尤其是地温。 地温的变化规律,变温带,常温带,增温带,受气温影响,不受气温影响,受地热影响,温度升高,地热增温级：,温度每增加一度所需要的深度,2-1 地下水的物理性质,地下水按水温分类表,由于气温和地温差异，各地区、不同深度地下水的水温差异很大。,2-1 地下水的物理性质颜色,地下水通常为无色。 当含有某些特殊化学成分、胶体、悬浮物时，呈现不同的颜色。,2-1 地下水的物理性质透明度,纯净的地下水通常是无色透明的。 当地下水含有较多固体颗粒、胶体成分或

3、其他悬浮物时，就会呈现一定的浊度。,地下水按混浊度分类表,2-1 地下水的物理性质气味,地下水通常为无嗅。 当含有某些特殊气体或有机质时，就会使地下水带有某种气味。,铁腥味,亚铁含量较高,臭鸡蛋味,硫化氢含量较高,沼泽色,腐殖质含量较高,2-1 地下水的物理性质,味 道 导电性 放射性,2-2 地下水的化学成分,地下水不是纯水，是天然成分比较复杂的溶液，地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质及微生物等。,地下水中的气体成分 地下水中的主要离子成分 地下水中的其他成分 地下水的主要化学性质,一、地下水中的气体成分,地下水中常见的气体成分有O2、N2、CO2、CH4 及H2S 等，尤以前三种

4、为主。通常情况下、地下水中气体含量不高，每公升水中只有几毫克到几十毫克。但是，地下水中的气体成分却很有意义。一方面，气体成分能够说明地下水所处的地球化学环境；另一方面，地下水中的有些气体会提高水溶解盐类的能力，促进某些化学应。,一、地下水中的气体成分,氧（O2）、氮（N2）,地下水中的氧气和氮气主要来源于大气。 地下水中富O2和N2,说明地下水来源于大气。 只有N2，说明处于封闭的还原环境下。 大气中惰性气体（A+Kr+Xe)N20.0118。比值等于此数，说明N2 是大气起源的；小于此数，则表明水中含有生物起源或变质起源的N2。,一、地下水中的气体成分,2. 二氧化碳（CO2）,地下水中含C

5、O2 愈多，其溶解碳酸盐岩与对结晶岩进行风化作用的能力便愈强，它也是地下水对建筑基础侵蚀破坏作用和某些外力地质作用的重要因素。,作为地下水补给源的降水和地表水虽然也含有CO2，但其含量通常较低。地下水中的CO2 主要来源于土壤。有机质残骸的发酵作用与植物的呼吸作用使土壤中源源不断产生CO2，并溶入流经土壤的地下水中。含碳酸盐类的岩石，在深部高温下，也可以变质生成CO2：,一、地下水中的气体成分,3.硫化氢（H2S）、甲烷（CH4）,地下水中出现H2S 与CH4，其意义恰好与出现O2 相反，说明处于还原的地球化学环境。这两种气体的生成，均在与大气比较隔绝（封闭的地质构造）的环境中，有机物存在，微

6、生物参与的生物化学过程有关。其中，H2S 是SO42-的还原产物。,二、地下水中的主要离子成分,地下水中分布最广、含量较多的离子共七种，即：,地壳中含量较高且较易溶于水的（如O2、Ca、Mg、Na、K)； 或是地壳中含量虽不很大，但极易溶于水的（Cl、以SO42-形式出现的S）。 Si、A1、Fe 等元素，虽然在地壳中含量很大，但由于难溶于水，地下水中含量通常不大。,C1、SO42-、HCO3、Na+、（K+）、Ca2+、Mg2+,1.氯离子（Cl ） 氯离子在地下水中广泛分布，但在低矿化水中一般含量仅数mgL到数十mgL ，高矿化水中可达数gL乃至100 gL以上。 地下水中的Cl 主要有以

7、下几种来源：,（1）来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解； （2）来自岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； （3）来自海水； （4）来自火山喷发物的溶滤； （5）人为污染。,二、地下水中的主要离子成分,1.氯离子（Cl ） 氯离子不为植物及细菌所摄取，不被土粒表面吸附，氯盐溶解度大，不易沉淀析出，是地下水中最稳定的离子。它的含量随着矿化度增长而不断增加，Cl 的含量常可用来说明地下水的矿化程度。,二、地下水中的主要离子成分,2.硫酸根离子（SO42 ） 在高矿化水中，硫酸根离子的含量仅次于Cl ，可达数g/L，个别达数十g/L ；在低矿化水中，一般含量仅数mg/L到数百mg/L ；中等矿化的水中，S

8、O42 常成为含量最多的阴离子。 地下水中SO42来源：,含石膏(CaSO42H2O)或其它硫酸盐的沉积岩的溶解； 硫化物的氧化； 化石燃料的燃烧氧化。,二、地下水中的主要离子成分,2.硫酸根离子（SO42 ） 由于CaSO4的溶解度较小，限制了SO42 在水中的含量，所以，地下水中的SO42 远不如Cl 来得稳定，最高含量也远低于Cl 。,二、地下水中的主要离子成分,3.重碳酸根离子（HCO ） 地下水中的HCO含量一般不超过1g/L，通常在低矿化度水中占据阴离子的首位。 地下水中的重碳酸有几个来源。首先来自含碳酸盐的沉积岩与变质岩(如大理岩)：,二、地下水中的主要离子成分,3.重碳酸根离子

9、（HCO ） 岩浆岩与变质岩地区， HCO 主要来自铝硅酸盐矿物的风化溶解，如：,二、地下水中的主要离子成分,4.钠离子（Na+） 钠离子在低矿化水中的含量一般很低，仅数毫克升到数十毫克升，但在高矿化水中则是主要的阳离子，其含量最高可达数十克升。 Na+来自沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解，还可来自海水。在岩浆岩和变质岩地区，则来自含钠矿物的风化溶解。酸性岩浆岩中有大量含钠矿物，如钠长石。因此，在CO2 和H2O的参与下，将形成低矿化的以Na+及H CO3 为主的地下水。由于Na2CO3 的溶解度比较大，故当阳离子以Na+为主时，水中H CO3 的含量可超过与Ca2+伴生时的上限。,二、地下水中的

10、主要离子成分,5.钾离子（K+） 钾离子的来源以及在地下水中的分布特点，与钠相近，在低矿化水中含量甚微，而在高矿化水中较多。 来源： 含钾盐类沉积岩的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钾矿物 地壳中钾的含量与钠相近，钾盐的溶解度也相当大。但是，在地下水中K+的含量要比Na+少得多？,二、地下水中的主要离子成分,5.钾离子（K+） 地壳中钾的含量与钠相近，钾盐的溶解度也相当大。但是，在地下水中K+的含量要比Na+少得多？ 这是因为K+大量地参与形成不溶于水的次生矿物(水云母、蒙脱石、绢云母)，并易为植物所摄取。 由于K+的性质与Na+相近，含量少，分析比较费事，所以，一般情况下，将K+归并到Na+中，

11、不另区分。,二、地下水中的主要离子成分,6.钙离子（Ca2+） 钙是低矿化地下水中的主要阳离子，其含量一般不超过数百毫克升。在高矿化水中，由于阴离子主要是C1-，而CaCl2 的溶解度相当大，故Ca2+的绝对含量显著增大，但通常仍远低于Na+。矿化度格外高的水，钙也可成为主要离子。 地下水中的Ca2+来源于碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。,二、地下水中的主要离子成分,7.镁离子（Mg2+） 镁的来源及其在地下水中的分布与钙相近。来源于含镁的碳酸盐类沉积（白云岩、泥灰岩），此外，还来自岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解，如：,二、地下水中的主要离子成分

12、,随着矿化度的不同，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。,低矿化水中常以HCO3-及Ca2+、Mg2+为主； 高矿化水则以Cl-及Na+为主； 中等矿化的地下水中，阴离子常以SO42-为主，主要阳离子则可以是Na+，也可以是Ca2+。 地下水的矿化度与离子成分间之所以往往具有这种对应关系，一个主要原因是水中盐类的溶解度不同。,二、地下水中的主要离子成分,地下水中常见盐类的溶解度,单位：g/L，0,二、地下水中的主要离子成分,三、地下水中的其它成分,次要离子：H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2-、NO3-、CO32-、SiO3-及PO43-等。 微量组分：Br、

13、I、F、B、Sr 等。 胶体：Fe(OH)3、A1(OH)3，及H2SiO3等。 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。 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。,四、地下水的主要化学性质,地下水的化学成分及其组合关系，决定了地下水具有一定的化学性质，其中，主要是矿化度、氢离子浓度、硬度、侵蚀性等。他们对地下水的化学分类、水质评价都有密切关系。,1.地下水的矿化度,地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量称为总矿化度（总溶解固体），以每升中所含克数（g/L）表示。,四

14、、地下水的主要化学性质,1.地下水的矿化度,矿化度的两种表示方法： （1）在105110温度下，水样烘干后的干涸残余物质，单位：g/L，mg/L。 （2）用水样全分析实验结果，计算阴阳离子总和，其中HCO3-含量计算一半。,2.地下水的酸碱度,水中氢离子的浓度，以pH值表示，pH = -lg H+ 。 自然界中地下水的pH一般在6.5-8.0 之间。,四、地下水的主要化学性质,3.地下水的硬度,地下水的硬度是指水中Ca2+、Mg2+的含量。 总硬度：水中所含Ca2+、Mg2+的总量。 暂时硬度：水加热至沸腾，将导致部分碳酸盐沉淀，水中由此失去的那部分Ca2+、Mg2+的含量，称为暂时硬度。 永

15、久硬度：水加热至沸腾，仍留在水中的那部分Ca2+、Mg2+的含量。,四、地下水的主要化学性质,3.地下水的硬度,硬度的表示方法： 德国度（H）：1H= 10mgCaO/L； 毫克当量数（meq）：1meq/L = 2.8H。,地下水按硬度分类表,meq/L(mg/L)/当量数,四、地下水的主要化学性质,2-3 地下水化学成分的形成,地下水主要来源于大气降水，其次是地表水（河、湖、海）。这些水在进入含水层之前，已经含有某些物质，与岩土接触后进一步发生变化。其中主要的的形成作用包括：,溶滤作用,浓缩作用,脱硫酸作用,脱碳酸作用,阳离子交替吸附作用,混合作用,一、溶滤作用,1、定义：在地下水与岩土相

16、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组分，通常水的矿化度会增高。如：,2、影响因素（水和岩两个方面考虑） 岩土的化学组分：通常流经什么样岩土，就会有什么样的水化学特征。如： 石灰岩地区常见 HCO3+Ca水、花岗岩地区常见HCO3+Na水。,一、溶滤作用,2、影响因素（水和岩两个方面考虑） 组分的可溶性：与组分的溶解度和溶解速度有关；盐分溶解度的差异，使易溶组分很快进入水中，而难溶组分缓慢进入水中。 水的溶解能力：与水的矿化度（TDS）、气体组分（O2、CO2）含量有关 。,一、溶滤作用,通常，入渗到地下的水矿化度很低，随着水在地下含水岩层的运移，与岩土发生溶滤作用后，不断有新的盐份被溶解到水中，地下水的矿化度（TDS）增高，水的溶解能力就会下降。,请思考：如此下去，最终地下水的溶解能力0，溶滤作用将会停止吗？为什么