第3章 地下水的物理性质及化学成分
工程建筑中地下水危害及防治
工程建筑中地下水危害及防治工程建筑中地下水危害及防治摘要:地下水是很重要的水资源,对人类的水源提供具有很重要的意义,然而在工程建设中,由于地下水的特殊性和其化学成分,对钢筋混泥土具有很大的侵蚀性,对工程建筑有极大的作用和影响。
本文有针对性地提出了勘测、设计,施工等各阶段防治地下水的相关措施,以便有效地防范由地下水引发的工程事故。
关键词:地下水;化学分析;侵蚀性;工程建筑;防治一,地下水性质及对工程建筑的危害1地下水的物理性质由于地下水在运动过程中与各种岩土体相互作用,而岩土中的可溶性物质(很多是矿物)随水迁移、聚集,使地下水成为一种复杂的溶液,这种复杂的地下水溶液通常具有温度、颜色、透明度、气味、味道和导电性等等的物理性质。
2地下水的化学成分第一,地下水中常见的气体有:O2、N2、H2S、CO2等,地下水中气体分子能够很好地反映地球化学环境。
第二,地下水中含有的离子有:地下水中含量最多、分布最广的离子有七种,即:Cl-、SO2-4、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。
第三,地下水中的化合物有:Fe2O3、Al2O3、H2SiO3等。
3地下水的主要化学性质由于地下水具有如上的物理性质和化学成分,因此在地下水中通常具有如下的化学性质:第一,地下水的矿化度。
水中所含离子、分子及化合物的总量称为水的总矿化度,低矿化度的水中常以含有HCO3-为主,中等矿化度水常以含有SO2-4为主;高矿化度的水常以含有Cl-为主。
高矿化度的水能降低水泥混凝土的强度,腐蚀钢筋等等。
第二,地下水的酸碱度。
地下水的酸碱度用水的PH值来表示,常温常压下当PH值小于5时,水为强酸性水;PH值在5—7之间为弱酸性水,PH值为7时,为中性的水;PH值在7—9之间时为弱碱性水;PH值大于9时为强碱性水。
第三,地下水的硬度。
通常情况下水的硬度按水中的Ca2+、Mg2+离子的含量的多少可以分为以下三种情况:(1)总硬度,它是指水在未被煮沸时Ca2+、Mg2+离子的总含量。
地下水的主要物理性质
地下水的主要物理性质一、密度:质量密度的大小,决定于水中所溶解的盐类含量,水中溶解的盐分越多,其密度就愈大,有时可达1.2—1.3。
地下淡水的密度通常与化学纯水的密度相同。
二、颜色:决定于它的化学成分及悬浮于其中的杂质,含亚铁和硫化氢的水通常呈翠绿色;含氧化亚铁的水呈浅蓝绿色;含氧化铁的水呈褐红色;含腐植物的水呈桔黄色,褐色;硬度大的水呈浅蓝色;含悬浮物的水,颜色取决于悬浮物的颜色,其深浅决定于悬浮物量的多少。
三、味:决定于水中的化学成分,含NaCl的水,具有咸味;含NaSO4的水具苦味,含FeO的水具墨水味,含Fe2(SO4)3的水具锈味,有机质存在使水具甜味,含有重碳酸钙、镁及硫酸时则味美适口,一般水温在于20—300C时水的味道最明显。
四、决定于水中所含气体成分与有机物质。
含H2S时具有臭鸡蛋味,含FeO时具铁腥味,含腐植物时具鱼腥气味,一般400C时气味最明显。
五、透明度:决定于水中固定物质,有机质和胶体悬浮物的含量。
1、透明的:60cm水深可见3mm的粗线。
2、半透明的:微浑浊的,水深30cm可见3mm的粗线。
3、微透明的:浑浊的,小于30cm可见3mm的粗线。
4、不透明的:极浑浊的,水深很小,也不能清楚看见3mm的粗线。
六、温度:1、非常冷水:<00C2、极冷水:0—40C3、冷水:4—20 0C4、温水:20—370C5、热水:37—420C6、42—1000C7、沸腾的水:>1000C七、地下水的化学成分:矿化度:存在于地下水中的离子,分子及化合物的总量,称为水的总矿化度。
地下水按总矿化度分类名称淡水微咸水咸水盐水卤水总矿化度<1 1—3 3—10 10—50 >50 g/l地下水按酸碱度分类名称强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水PH值勤<5。
0 5.0—6.4 6.5—8.0 8.1—10 >10。
供水水文地质整理
供水水文地质整理供水水文地质整理By Guo Xinzhang绪论1、地下水:埋藏在地表以下岩石空隙中的水称之为地下水。
2、与地表水相比地下水供水水源具有优势:P11)地下水在地层中渗透经过天然过滤,水质良好,一般不需净化处理2)地下水(特别是深层地下水)因有上部岩层作为天然保障,一般不易受到污染,卫生条件较好3)地下水水温较低,常年变化不大,特别适宜于冷却和空调用水4)地下水取水构筑物可适当地靠近用水户,输水管道较短,构筑物较简单,基建费用较低,占地面积也小5)水量、水质受气候影响较小,一般能保持较稳定的供水能力,因此在很多缺少地表水的地区(如干旱半干旱的山前地区、沙漠、岩溶山地),地下水常常是唯一的供水水源6)可以利用含水层调蓄多余的地表水,增加有效水资源总量,工业上还可以利用含水层的保温盒隔热效应,开展地面水的回灌循环,达到节能、储水、节水的目的3、我国总人口的75%引用地下水第一章地质基础知识一、地球的构造与形态1、地球赤道半径6378.16km,极半径6356.755km,两者相差约21.4km2、地球内圈特征:地壳(莫霍面)地幔(古登堡面)地核P33、外圈特征:大气圈、水圈、生物圈P44、地壳表面特征:最高:喜马拉雅山的珠穆朗玛峰,海拔8844.43m最深:太平洋的马里亚纳海沟,海平面以下11034m5、陆地地形:山地,丘陵,平原,高原,盆地,洼地P56、海底地形:大陆架,大陆坡,大陆基,海沟,岛弧,深海(大洋)盆地,洋中脊等7、地壳中的主要成分的硅、铝的氧化物二、矿物与岩石1、矿物的主要物理性质:晶形、颜色、光泽、条痕、硬度、解理和断口、相对密度等详见P8表格2、岩石的分类:P9岩石是在各种地质条件下由一种或几种矿物组成的集合体。
1)岩浆岩:P9岩浆沿着地壳岩石的裂隙上升到地壳范围内或喷出地表,热量逐渐散失,最后冷却凝固而成的岩石就叫岩浆岩,又称火成岩。
岩浆上升侵入周围岩层中所形成的岩石称为侵入岩,侵入岩又可分为深成岩和浅成岩两大类。
总溶解固体(TDS)
三、地下水透明度
地下水的透明度主要取决于水中固体颗粒和胶 体悬浮物的含量,它以能清晰辨认量筒中水底的白 瓷盘(或标准铅字或黑色十字架)时候的水柱高度(cm) 进行分类。
透明者量筒水柱高度>60cm,
半透明(微浊)者为60-30cm,
微透明(混浊)者为<30cm,
不透明(极混):含大量悬浮物及胶体呈乳状者
根据总溶解固体(TDS)对地下水进行分类与水质 评价。
根据总溶解固体(TDS)将地下水分为淡水、微咸 水、咸水、盐水和卤水。
地下水按总溶解固体分类表
地下水类型 淡水 微咸水 咸水 盐水 卤水
TDS(g/L) <1 1-3 3-10 10-50 >50
2、氢离子浓度
地下水的酸碱度取决于水中氢离子浓度的大小。 纯水中的氢离子浓度很小,且[ H+]=[OH-]=10-7,水呈中性。
– 可根据地热增温级(G,30-33m/℃)、年常温带的深度 (h)、温度(tB),概略地计算出任何深度地下水的温 度(tH);或根据地下水的温度推求水循环的深度(H), 以判断地下水的来源及其补给条件。
tH = tB+(H-h)/G
H=(tH-tB)·G+h 根据地下水温度,可分为过冷水(<0℃)、冷水(020℃)、热水(20-40℃),低温热水(40-60℃),中温热 水(60-100℃),高温热水、过热水(>100℃)几种类型。 地下水的温度对盐类与气体在水中的溶解度及其这种 溶液的化学反应速度有重大的影响(下表)。实验结果, 当水温增高10℃,水分子扩散速度增加20%,化学反 应的速度可提高2-3倍。
(1) 氧气(O2)和氮气(N2) 地下水中的氧气和氮气主要来自大气层。它们随同
地下水的物理性质和化学成分
1.1地下水的物理性质
(4)嗅味。纯水无嗅、无味 ,但当水中含有某些气体或有机质 时就会有某种气味。例如,水中含 H2S时有臭鸡蛋味,含腐殖质时有 霉味,等等。
(5)口味。地下水的味道主 要取决于水中的化学成分。
(6)比重。地下水的比重取 决于所含各种成分的含量。纯水比 重为1,但当水中溶解的各种成分 较多时可达1.2~1.3。
(1)主要离子成分。地下水中的阳离子 主 要 有 H+ 、 Na+ 、 K+ 、 NH4+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe3+ 和 Fe2+ 等 , 阴 离 子 主 要 有 OH- 、 Cl- 、 SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO32和PO43-等。一般情况下,在地下水化学成分 中占主要地位的是Na+、 K+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 Cl- 、 SO42-和HCO3-离子。它们是人们评价地 下水化学成分的主要项目。
1.2地下水的化学成分
(2)主要分子成分。地下水中的主要 分 子 成 分 有 Fe ( OH ) 3 、 Al ( OH ) 3 和 H2SiO3等。
(3)主要气体成分。地下水中常见的 气体有N2、O2、CO2、H2S。一般情况下, 地下水的气体含量每升只有几毫克到几十毫 克。
工程地质
工程地质
1.1地下水的物理性质
地下水的物理性质包括温 度、颜色、透明度、嗅味、口 味、比重、导电性及放射性等。
(3)透明度。纯水是透明 的,但当水中含有矿物质、机械 混合物、有机质及胶体物质时, 水的透明度就会改变,所含各种 成分越多,透明度越差。
地下水的性质在软基处理过程中的应用判断
地下水的性质判断及在软基处理过程中的建议一、地下水的物理性质地下水的物理性质有:温度、颜色、嗅、味、透明度、放射性、导电性等几方面,而在常见的软基处理过程中地下水水质的好坏直接影响处理的效果。
地下水一般是无色的,有时由于含有某种离子较多,或者富集悬浮物质和胶体物质,可以显示出各种各样的颜色。
如含硫化氢的水,在氧化后由于有硫磺胶体生成,常呈翠绿色。
含氧化铁的水呈黄褐色。
含悬浮物质的水,其颜色决定于悬浮物质的含量多少。
含腐殖质的水多呈暗黄色。
见下表水中存在物质与水的颜色关系水中存在物质硬水低价铁高价铁硫化氢硫细菌锰的化合物腐植酸盐水的颜色浅兰灰兰黄褐暗绿红色暗红暗黄或灰黑地下水通常是无气味的,水中的气味取决于所含气体成分与有机物质。
硫化氢气体使水具有臭鸡蛋味,腐植质使水具有霉味,亚铁离子使水具有铁锈味。
水在各种温度下比重是不同的,纯水在4度时比重为1。
地下水的比重其决于溶解盐类的含量,溶解的盐类越多,比重就越大,一般地下水的比重接近1,海水、卤水、油田水的比重大于1.。
水的比重用比重计法测定。
二、地下水的主要物质成分和化学性质地下水是由各种无机物和有机物组成的天然溶液,从化学成分来看,它是溶解的气体、离子以及来源于矿物和生物胶体物质的复杂综合体。
、氮N2 、硫化氢H2 S、二氧化碳CO2。
地下水中的主要气体成分:氧O2、地下水中的主要离子成分:氯离子Cl、硫酸根离子SO24 、重碳酸根离子HCO3 、氮的化合物(NH4、NO2、NO3)、钠离子Na、钾离子K、钙离子Ca、镁离子Mg等等。
地下水的主要化学性质有酸碱度、硬度、总矿化度。
其中地下水按酸碱度pH值可分为7类,见下表地下水按pH值分类pH值名称<3 强酸性水3~5 酸性水5~6.5 弱酸性水6.5~7.5 中性水7.5~8.5 弱碱性水8.5~9.5 碱性水>9.5 强碱性水pH值是确定很多化学成分(硫化氢、二氧化硅、重金属等)能否存在于水溶液中的指标。
地下水的理化性质及其形成作用
推广节水技术和节水意识,提 高水资源利用效率,减少地下
水开采量。
防止污染途径和治理方法
污染源控制
严格控制工业废水、生活污水和农业 面源污染等污染源,防止污染物进入 地下水。
水质监测与预警
建立地下水水质监测网络,实时监测 水质变化,及时发现并预警污染事件。
污染场地修复
对已经污染的场地进行修复,采用物 理、化学或生物方法去除污染物,恢 复地下水水质。
隔水层特征
空隙小、连通性差,透水性弱或不透水;对地下水流起阻隔 作用。
02
地下水的物理性质
温度
地下水的温度通常受地温影响,随深度增加而升 高。
不同地区和不同深度的地下水温度有所差异。
地下水温度对地下环境中的生物、化学反应等具 有重要影响。
颜色
纯净的地下水通常无色透明。
含有不同矿物质或杂质的地 下水可能呈现不同颜色,如
黄色、红色、绿色等。
地下水的颜色可以反映其成分 和污染状况。
透明度
01
地下水的透明度通常较高,可以清晰看到水底的物体。
02
含有悬浮物或胶体的地下水透明度会降低。
透明度是评价地下水质量的重要指标之一。
03
味道和气味
01
02
03
纯净的地下水通常没有 异味。
含有某些矿物质或杂质 的地下水可能具有特定 的味道或气味,如咸味
降水量、降水强度、降水历时 等因素影响入渗补给量。
不同地区、不同岩性、不同地 形条件下,降水入渗补给地下 水的比例和方式存在差异。
地表水补给
地表水(如河流、湖泊等)与地下水 存在密切的水力联系,通过河床渗漏 、侧向补给等方式补给地下水。
地表水的水质、水量以及河床地质条 件等因素对地表水补给地下水的过程 和结果产生影响。
六.地下水的物理性质
一、地下水主要的气体成分
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
二、地下水中主要离子成分
地下水中含量多的有七种离子
阴离子: HCO3- , SO42- , Cl-
阳离子: Ca2+,
Mg2+,
K+, Na+
地下水中常见的气体成分
常温带以下的地下水温度同地温一样随深度而增 加,可用下面公式来计算:
2.地下水的透明度
测定方法: 量筒(高100cm,直径3cm)+黑十字线(粗3mm)
透明度分级: 透明的—无悬浮物,>60cm水深见图像 半透明的—少量悬浮物,30~60cm水深见图像 微透明的—有较多悬浮物,<30cm水深见图像 不透明的—大量悬浮物,似乳状,水深很小也看 不清图像
硬度表示方法 德国度(H0):一升水含10mgCaO或7.2mgMgO; 毫克当量数(meq/L):每升水中含有Ca2+、Mg2+毫克当量的 总数; 摩尔数(mol/L):每升水中含有Ca2+、Mg2+摩尔的总数。
第三节 地下水化学成分的形成
地下水中化学成分是很复杂的,各种成分的形成 与地下水的起源及其以后的活动过程有关。 一、地下水原始化学成分的特点 地下水有着 多种不同的起源,不同起源的地下水,其原始 成分各有特点。
如氧、钙、钾、钠、镁等元素在地壳中分布甚广, 它们在地下水中也最常见,并且含量也较多。 而有些元素如硅、铁等在地壳中分布虽广,但由于 其溶解度低在地下水中含量并不多。 相反,另一些元素如氯等.在地壳中含量虽然较少, 但因其化合物的溶解度大,在地下水中却大量存在。 在地下水中这些元素一般以离子、化合物、分子及 游离气体状态存在,但以离子状态为主。
工程地质与水文地质-第3章 水的地质作用--地下水
纯水无臭味,但当水中含有某些气体或有机质时就有了某种气味 (5)口味
主要决定于水中化学成分
三 地下水的物理性质和化学性质
(6)比重
地下水比重决定于水温和溶解盐类。溶解的盐分越多,比重就 越大。地下淡水比重常常接近于1 盐水的比重可用波美度来表示,即一升水含有10克氯化钠,则 盐度相当于1波美度。波美度与地下水比重之间的关系如下表:
量)
Vg
V
4 透水性
定义:透水性是岩石允许水透过的性能。
影响透水性的因素
孔隙大小的影响:当孔隙度一定而孔隙直径愈大,则圆管通道的数量愈 少,但有效渗流断面愈大,透水能力就愈强;
理想圆管状空隙中重力水流速分布 (阴线部分代表结合水,箭头长度代表重力水质点实际流速)
理想化孔隙介质
4 透水性
影响透水性的因素
水的波美度与比重的关系
三 地下水的物理性质和化学性质
(7)导电性 地下水的导电性取决于溶解于地下水中的盐量 Ke=1/R Ke为水的导电率; R为水的电阻率。 地下淡水的导电率为33×10-5至33×10-3之间
(8)放射性 由地下水中的气态镭射气(氡)及少量放射性盐量引起的
三 地下水的物理性质和化学性质
5 包气带
包气带分三带 中间带 过渡带,介于土壤水带和 毛细水带之间。厚度变化 大,从零米到几百米不等。 •中间带的土壤含水量,随 深度逐步降低。
5 包气带
包气带分三带
毛细带 由于空气和水界面上的表
面张力作用,水可沿地下水 面上升形成支持毛细水,在 包气带底部构成毛细水带。 毛细带内颗粒物大小不同, 毛细上升高度也各不相同, 因此毛细水带上缘常成不规 则形状。
地下水物理性质和化学性质
分析误差计算: 阴离子毫克当量总数
阳离子毫克当量总数
分 析 误 差 ( e) = K K a a
全分析:e < 2%,简分析: e < 5%。
3)毫克当量%表示法 某 一 阴 ( 阳 ) 离 子 的 毫 克 当 量 百 分 数 阴 ( 阳 该 ) 离 离 子 子 的 的 毫 毫 克 克 当 当 量 量 数 总 数 1 0 0 %
77.3 5.9 100.0 4.6 0.9 94.5
CO2=11mg/L 总矿化度= 120mg/L 水温=11℃ 流量=2.6L/s
总计 142.4
2.38
100.0
9.5 地下水化学成分的分析与资料整理
二、地下水化学成分的表示方法 2. 库尔洛夫表示式法 H 2SiO 0 3 .07H 2S0.021C O 0 2 .031M 3.2N C a l8 7 4 1 .8 .6 S C O a 1 4 2 4 7 .3 .8t52
9.5 地下水化学成分的分析与资料整理
二、地下水化学成分的表示方法 4. 皮伯三线图解法 由两个三角形和一个菱形组成。 若水样较少,则可用圆圈表示矿化
度的大小。 优点:能将大量的水质分析资料表
示在图上,依据点的分布情况,解释
皮伯三线图
9.5 地下水化学成分的分析与资料整理
三、地下水化学成分分类 舒卡列夫分类
(2)水 水溶解能力 水中已溶组分的多少——随着盐分在水中的含量增高,溶解能力
降低; 水中某些气体组分——O2增加硫化物的氧化;CO2增加碳酸盐和硅
酸盐类的溶解度 水的流动状况 通常刚渗入到地下的水TDS低,随着水在含水岩层的运移不断有
新的盐分溶解到水中,水中TDS升高,水溶解能力降低,最终水的溶 解能力降为0,溶滤作用是否停止?
水文地质学基础:地下水的物理性质和化学特征
3.地下水的化学成分
– 溶解气体意义: • 气体成分能够说明地下水所处的地球化学环境 – O2、N2:主要来源于大气;指示地下水是大气起源, 若只有N2说明地下水起源于大气且处于还原环境 – CH4、H2S:来源于封闭还原环境下微生物参与的生 • 会物增化加学地作下用水;溶指解示某还些原矿环物境组分的能力 - CO2主要来自与土壤中有机质残骸的发酵作用与植 物的呼吸作用,可增加水对碳酸盐岩等的溶解能力
地下水的物理性质和化学特征
目录
1 概述
目录 CONTEN
TS
2 地下水的物理性质 3 地下水的化学成分
3 地下水的化学成性质
1.概述
• 地下水含有各种组分具有一定的物理性质和化学组特征。 • 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。
• 中等矿化的地下水中,阴离子常以
SO42-为主,阳离子则以Na+或
谢பைடு நூலகம்观看 !
3.地下水的化学成分
离子成分
阴离子:Cl-、SO2-4、HCO-3 阳离子:Na+、K+、Ca2+、Mg2+
来源于相应矿物、岩石的溶解风化
3.地下水的化学成分
其他成分
• H+、Fe2+、F3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2、NO3、 CO32-、SiO3-及PO43-等。
• 微量组分,有Br、I、F、B、Sr等。 • 胶体Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3等。 • 有机质:经常以胶体的方式存在于地下水中。有机质
• 意义:水质评价,水化学找矿;地震预报等
第三章 地下水
一、地下水及含水层
强结合水 结合水 弱结合水 毛细水 液态水 重力水 土中水 非结合水 气态水 固态水
1、毛细水 定义:存在于细小孔隙中(直径0.002~0.5mm), 受毛细作用控制的水。毛细水上升高度与土粒大 小相关,细小的土粒,水位上升越高。P120表5-1 为土层毛细水通常上升高度。毛细水对工程建筑 意义: (1)产生毛细力。 (2)导致土内产生封闭气体。 (3)助长地基土的冻涨现象;地下室受潮;危害 房屋基础及公路路面;土的沼泽化、盐渍化。
2、重力水 、 定义:存在于较粗大孔隙中,在重力作用 下自由流动的水。 产生浮托力;孔隙水压力;潜蚀。 含水层:能够给出并透过相当数量的重力 水的岩层或土层。如碎石土、碎屑岩。 隔水层:不能够给出并透过相当数量的重 力水的岩层或土层,或给出并透过水的数 量微不足道的岩土层。粘土层、页岩
二、岩土的水理性质
上层滞水 包 气 带 水 饱 和 带 水
潜水面 潜水
承压水
二、潜水 定义: 定义:埋藏在地表以下第一个连续稳定的隔水层 以上,具有自由水面的重力水。 以上,具有自由水面的重力水。 1、潜水特征 、 (1)潜水面以上无稳定的隔水层存在,大气降水 )潜水面以上无稳定的隔水层存在, 和地表水直接补给。水位受气象要素影响较大。 和地表水直接补给。水位受气象要素影响较大。 (2)潜水自水位较高处向水位较低处渗流。在山 )潜水自水位较高处向水位较低处渗流。 脊地带潜水位的最高处可形成潜水分水岭。 脊地带潜水位的最高处可形成潜水分水岭。
2、地下水中主要气体成分
主要气体成分有:O2、N2、CO2及H2S。一般情 况下,地下水中气体含量在几毫克/升到几十毫克/ 升,可反映地球的化学环境。 地下水中CO2含量越多,则溶解碳酸盐的能力越 强,如地下水中含有CO2气体,水体会对钢筋混 凝土产生侵蚀。 3、地下水中的胶体成分与有机质 以碳、氢、氧为主的有机质,常以胶体方式存在 于水中。难以离子状态溶于水中的化合物,常以 胶体型式存在于水中,如Fe(OH)2。
工程地质第3章
地表水和地下水是外力地质作用最主要的因素之 一,是改造地壳表层结构和形态的重要地质营力 。它们在向湖、海等地势低洼的地方流动的过程 中,不仅能侵蚀岩层,形成各种侵蚀现象,同时 又把被侵蚀的物质加以搬运和堆积,形成各种堆 积物和堆积地貌。
三、沉积作用
当河床的坡度减小或搬运物质增加而引起流速变慢时,河流的搬 运能力降低,河水携带的碎屑物质便逐渐沉积下来,形成层状的 冲积物,这个过程称为沉积作用。 河流的沉积作用主要发生在河流人海、人湖和支流人干流处,或 者在河流的中、下游,以及河曲的凸岸。但大部分都沉积在海洋 和湖泊里。河谷沉积只占搬运物质的少部分,而且多是暂时性沉 积,很容易被再次侵蚀、搬走。 由于河流搬运物质的颗粒大小与流速有关,所以,当流速减小时 ,被搬运的物质就按颗粒的大小或密度,依次从大到小或从重到 轻先后沉积下来。故一般在河流的上游沉积较粗的砂砾石,越往 下游沉积物质越细,多为砂壤土或粘性土,更细的或溶解质多带 入海中沉积
(4)重力水 岩土体空隙全部被水充满时,在重力作用下 能自由运动的水,称为重力水。 能透水而又饱含重力水的岩土体层称为含水 层; 不透水(或透水性很弱),且不能给水的岩 上体层称为隔水层。
隔水层的概念是相对的,但一般认为渗透系数 小于 0.001 m/d的岩土层为隔水层。 通常隔水层可分为两类: 一类是致密岩石,其中没有裂隙,不透水也不 含水; 另一类是岩土体孔隙率很大,但孔隙小,孔隙 绝大部分被结合水充填,地下水几乎不能流动 ,如粘土等。
(2)薄膜水 在吸着水膜的外层,还能吸附水分子而使水 膜加厚,这部分水称薄膜水。随着水膜的加 厚而吸附力逐渐减弱,因此薄膜水又称弱结 合水。它的特点也是不受重力影响,但水分 子能从薄膜厚处向薄膜薄处移动
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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) :
阴 阳 离 离 子: 子:
低(<1)
中(1-10)
Cl-
高(10-30)
地下水中的八大离子
阴离子: Cl- 、HCO3- 、 SO4 2-、CO32阳离子: K+、Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+
6
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
18
3.3
矿化作用:
地下水化学成分的形成
(1)溶滤作用—水岩相互作用时发生 (2)浓缩作用—蒸发排泄时发生 ( 3 )脱碳酸作用(氧化作用) — 在温度与压力发生变化
时发生
( 4 )脱硫酸作用(还原作用) — 在还原环境下发生:
SO42-→ H2S↑
( 5 )阳离子交替吸附作用 — 岩土表面吸附的阳离子与水
,矿化度不断增大。
浓缩作用的必备条件: (1)半干旱干旱的气候;
(2)低平地势控制下较浅的地下水埋深;
(3)有利于毛细作用的松散岩土; (4)地下水流动系统的势汇。
26
地下水化学特征具有分带性
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)。
丘陵
倾斜平原区
低平原
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(TDS
(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
16
水中阴离子在地下水水流过程的(分布 )变化
Cl++ ++ +++ + ++ ++
SO42+ ++
+++
HCO3+ + ++ +++
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PO43-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)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。
中阳离子发生交换
(6)混合作用— 2种不同类型地下水混合时发生 (7)人类活动的作用——影响越来越大
19
3.3.1 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) 盐类的溶解度与温度有密切关系:一般盐类的溶解 度随温度的上升而增大;但Na2SO4、CaCO3 及MgCO3等溶 解度随温度的上升而降低。 地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的最 活跃最关键的因素。 20
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
10
3.2.2 主要离子成分
(1)地下水中的主要离子成分 水中离子成分主要取决于: ①元素的丰度 (克拉克值 ) :某元素在地壳化学成分 中的重量百分比;
第三章 地下水的物理性质及化学成分
1
本章内容
3.1 3.2 3.3 3.4
地下水的物理性质 地下水的化学成分
地下水化学成分的形成(矿化作用)
总矿化度与地下水化学成分分类 3.5 地下水化学成分的基本成因类型 3.6 水的侵蚀性评价
2
3.1
地下水的物理性质
温度
透明度 颜色 嗅味 口味 放射性等
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
24
浓缩作用(过程)理想模式
1.0 L水
0.5L水
0.25L 水
25
浓缩作用的结果
溶滤作用将岩土中的某些成分溶入水中,地下水的流 动又把这些溶解物质带到排泄区。在半干旱干旱地区的平 原与盆地的低洼处,地下水埋藏不深,蒸发成为地下水的 主要排泄去路。由于蒸发作用只排走水分,盐分仍保留在 余下的地下水中,随着时间的延续,地下水溶液逐渐浓缩
)?还是低?
22
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,
HCO3—Ca水 或 HCO3—Ca 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
4
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
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: ① 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 23
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
7
(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
8
(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 :
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,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
5
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:
(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。主要阳 离子可以是Na+ ,也可以是Ca2+ 。
12
这与主要离子构成的盐类溶解度有关:
碳酸盐类 < 硫酸盐类 < 氯化物
Ca2+(Mg2+) + 2HCO3- → CO2↑+ H2O + CaCO3↓ 结果:Ca2+↓、Mg2+↓、HCO3-↓、矿化度↓、pH ↑ (略有变化 )
深部地下水上升成泉,泉口往往形成钙华,这是因为温 度较高的深层地下水,在由于脱碳酸作用使Ca2+、Mg2+从 水中析出。
29
3.3.4 脱硫酸作用
②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+
11