第十一章水质特性分析

和比重是相等的。

海水的密度状况，是决定海流运动的最重要因子之一。
4. 水的密度
2）海水的密度

海水密度是实用盐度（s）、温度（t）和压力（p）的函
数。因此，海水密度可用海水状态方程表示：
ρ (s,t,p)=ρ (s,t,0)/[110ρ /k(s,t,p)]

式中，ρ 为海水密度；k为海水正割体积弹性模量。

水色计由21种颜色组成，由深蓝到黄绿直到褐色，并
以号码1-21代表水色。

号码越小，水色越高；号码越大，水色越低。
5. 水色与透明度
2）水的透明度

透明度是表示各种水体能见程度的一个量度，以透明 度板测量。 水色和透明度，都反映了水体的光学特性。 水面上光线越强，透入越深，透明度就越大；反之则 小。水色越高透明度越大，水色越低透明度越小。
天然水中各种元素的离子、分子与化合物的总量称为矿化 度。 各种溶解质在天然水中的累积和转化，是天然水的矿化过 程。


2. 天然水的矿化过程
1）溶滤作用：土壤和岩石中某些成分进入水中的过程。 2）吸附性阳离子交替作用：天然水中离子从溶液中再转移
到胶体上是吸附过程。
H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞NH4+＞Na+＞Li+
k(s,t,p)=k(s,t,0) + Ap + Bp2

式中，A、B为系数。

在一个标准大气压（p=0）下的海水密度，称条件密度， 在现场温度、盐度和压力条件下所测定的海水密度，称为 现场密度或当场密度。
5. 水色与透明度
1）水的颜色

水体对光的选择吸收和散射作用的结果，以水色计测 量。

水色常用水色计测定。
3）氧化作用：围岩的矿物氧化和使水中有机物氧化。
2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4 12FeSO4+3O2+6H2O=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3· 3H2O 游离的硫酸进而侵入围岩中的CaCO3。 CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2↑+2H2O
环境水文学之
第十一章 水质特性
主要内容
一．
地球上水的物理性质
地球上水的化学性质
二．
三．
地球上水的分布与水资源
一、物理性质
1.
水的形态及其转化
水的热力学性质
2.
3.
水的温度
水的密度 水色与透明度
4.
5.
1. 水的形态及其转化
（1）水分子的结构

由一个氧原子和两个氢原子组成。键角104031’,O-H 键长为0.9568埃。
2. 水的热学性质

水是所有固体和流体中热容量最大的物质之一，能 吸收相当多的热量而不损害其稳定性。

0℃水直接蒸发潜热为2500J/g，100℃汽化潜热为 2257J/g，0℃冰融解潜热为1404J/g，冰直接升华潜 热为1401＋2500＝3901J/g。
3. 水的温度

水的温度是一很重要的物理特性，影响水中生物、水体净 化和人类对水的利用。太阳辐射是主要热源之一。 热量收支、水平和垂直分布、时间变化（日、月、 年）、海冰（24.695*10-3、-1.332℃）。 农田灌溉、水生养殖、水工建筑物等有重要意义。 受太阳辐射、气温等地带性因素控制，因而体现地带 性规律。 还受补给源影响，有时空上变化。 我国河流水温受大陆性气候影响年变幅大日变幅小。
1）海水的温度

2）河水温度


3. 水的温度
3）湖泊、水库水温

受水气界面上增温与冷却和湖泊内部紊动、对流混合 作用影响，使水温分布存在差异。

有日、月、年的变化。月平均最高值出现在7、8月，
最低值出现在1、2月。

我国水温年变幅最大是太湖，达38℃。 高山、高原年变幅最小。

3. 水的温度

二、化学性质
1.
天然水的化学成分
天然水的矿化过程
2.
3.
天然水的分类
水体的化学性质
4.
1. 天然水的化学成分

目前各种水体里已发现80多种元素。 天然水中各种物质按性质通常分为三大类：


悬浮物质：粒径＞100nm的物质颗粒;
胶体物质：粒径为100-1nm的多分子聚合体;


溶解物质：粒径＜1nm的物质。
水的密度随温度变化
0(冰) 0.9167 0(水) 0.9999 3.98 1.0000 10 0.9997 100(水) 0.9584
4. 水的密度
2）海水的密度

指单位体积内所含海水的质量，其单位为g/cm3。 海水的比重即指在一个大气压力条件下，海水的密度 与水温3.98℃时蒸馏水密度之比。因此在数值上密度

因此，水具有极性结构，以单分子、双分子、三分 子聚合体形式存在。
1. 水的形态及其转化
（2）水的三态及其转化




随着水温升高，聚合水分子减少，而单分子增多；水 温降低，聚合水分子增多，单水分子减少；水温 3.98℃时，双分子最多，密度最大，比重为1。 固态水结构水分子有完整正四面体结构形态，键角增 为109028’。 键距增至1.01埃。冰晶内在矛盾主要是氢键的凝聚力 和氢核的振动、水分子的热运动，前者为吸引因素， 后二者为排斥因素。 液态水结构理论模型大体分连体理论和混合理论，但 其忽略液态任意性特点，因此，提出“闪动簇团”模 型。
1. 天然水的化学成分

K+、Na+、Ca2+、Mg2+和Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-为天然水中 的八大离子。 还有Fe、Mn、Cu、F、Ni、P、I等重金属、稀有金属、卤 素和放射性元素等微量元素；水中溶解的气体有O2、CO2、 N2，特殊条件下也有H2S、CH4等。


总之，无论哪种天然水，八种主要离子的含量都占溶解质 总量的95-99％以上。
热水 37-42
Байду номын сангаас
极热水 42-100
沸腾水 ＞100
4. 水的密度
1）纯水的密度

水分子有三种结构形式：①四面体结构；②类石英晶 体结构；③最紧密的堆积结构。

分子数相同时，第一种结构体积最大，第三种结构体
积最小。温度一旦增减，三种形式分布就要发生变化。
表1 －6
水温℃ 密度(g/cm3) -20 0.9403 -10 0.9186
4）地下水的水温

地下水的埋藏深度不同，温度变化规律不同。 近地表受气温影响；年常温层变化小，＜0.1℃；常温 层下随着深度增加升高。


地下水在一定地质条件下，受内部热能影响而形成地
下热水。地热异常区为地热田。
表1-4 地下水温度分类(℃)
类型 温度
非常冷水 ＜0
极冷水 0-4
冷水 4-20
温水 20-37