水文地球化学基础
水文地球化学基础知识要点
水文地球化学基础知识要点1.水的起源：地球上的水主要来自于地球形成过程中的原始水以及后来的陨石和彗星碰撞。
水可以存在于固态、液态和气态，并在地球不同的储存库中循环。
2.水文循环：水循环是指水在地球上不断循环的过程，包括蒸发、降水、融化、冷凝和蒸发等过程。
在循环过程中，水通过地表和大气之间的相互作用，影响了气候和地质过程。
3.地球化学现象：地球化学是研究地球物质的组成、性质、分布和演化过程的学科。
地球化学现象包括水体中溶解的矿物元素、元素的转化和富集、岩石的风化和溶解等。
4.溶解质和溶液：在水中，溶解质是指溶解在水中的物质，可以是离子、分子或大分子物质。
溶液是指溶解质完全溶解在水中形成的混合物。
溶解质的溶解和溶液的浓度会受到温度、溶剂性质和溶质性质的影响。
5.pH和酸碱性：pH是衡量溶液酸碱性的指标，它表示溶液中氢离子的浓度。
pH值介于0到14之间，pH低于7表示酸性，pH值高于7表示碱性，pH等于7表示中性。
6.水体的化学组成：水体的化学组成受到地形、岩石成分、人类活动等多种因素影响。
不同类型的水体中含有不同的溶解质和悬浮物，如河水中的溶解氧、湖水中的盐度和海洋中的盐度等。
7.水质污染：水质污染是指水体中出现的可疑、异常或有害物质的现象。
水质污染可以来自农业、工业、城市污水、生活废水等多种源头。
常见的污染物包括有机物、无机物和微生物等。
8.水文地球化学模型：水文地球化学模型是用来模拟和预测水体中的化学组成和变化的工具。
这些模型可以帮助研究人员理解水体中的物质转化过程，并评估环境变化对水体的影响。
9.水文地球化学的应用：水文地球化学的研究成果可以应用于环境监测、水资源管理、生态保护、地质勘探等领域。
它们对于了解和保护地球的水资源的可持续利用至关重要。
总结起来，水文地球化学是一门综合性学科，涉及了水文过程和地球化学现象之间的相互作用。
通过研究水的起源、循环、质量变化以及与地球化学过程之间的关系，可以帮助我们更好地理解和管理地球上的水资源。
水文地球化学总复习
地下水：
水文循环： 地质循环：
贮存于地下岩土空隙中的水；地球内部各种相态水的总称。 地壳中水的地球化学循环含义：在沉积-变质过程（作用）有次序、有方向的发展
中，在岩石、有机物、气体经历的地球化学改造中，导致水的直接参与，产生水的分 解和合成等作用与现象的总和。
地下水圈的水文物理分带：
固体水带、 液体水带、 具有聚群态结构的实流体带 单分子带、 离解分子带。
水的结构
良好的溶解性能
天然水 组成复杂的溶液
第一组指标 体现水的质量 总溶解固体、含盐量、 硬度 第二组指标 水体环境状态 COD、BOD、TOC、Eh 第三组指标 表征水酸碱平衡 碱度(碳酸盐碱度)、 酸度(离子酸度)
水质分析结果的可靠性检验
库尔洛夫式
1.阴阳离子平衡的检验： 2. 分析结果中一些计算值的检验 总溶解固体、总硬度、25 3.根据碳酸平衡关系的检验 pH=8.34
水强烈交替带（上部带）、水缓慢交替带（中部带）、水消极交替带（下部带）
承压水盆地三个水文地质动力分带：
承压水盆地的水化学成分的分带
水平分带：同一含水层中水化学成分分带规律。
垂直分带：垂向上不同含水层水化学成分分布规律。 按矿化度：1．淡水带 2. 盐水带 3. 卤水带 水化学成分：正垂直分带：反垂直分带、复杂垂直分带
地下水的成分、 环境的热力学条件 溶滤作用 水-岩地球化学作用 离子交换作用
氧化还原作用
重碳酸型水
氯化物型水--硫酸盐型水—重碳酸型 水---含硅酸、Fe3+较高的重碳酸型水
9
海水
海相淤泥沉积物
陆源的泥砂堆积、海水沉淀产 生的化学沉积物和生物堆积
水文地球化学PPT总结(东华理工大学)
第一章绪论第二章水溶液的物理化学基础一、水的结构2.水分子的内部结构原子结构理论表明，H2O分子呈V形结构，H-O键的夹角为104°45′，键长为0.96Å（1Å=10-10m）2.水分子的内部结构由于氧的电负性为3.5，氢的电负性为2.1，（中性原子接受电子的能力，称为电负性）这种差异导致了H、O形成共价键。
由于氧的电负性大，所以共价电子偏向氧原子，这样使氧带有部分负电性，氢还有部分正电性，这就造成了极性共价键。
由这种极性共价键所形成的分子称为极性分子。
3.电负性(E)电负性就是原子在化合成分子时把价电子吸引向自己的能力。
规定氟的电负性为4.0，并以此为标准求出其它元素的电负性。
电负性小于2.0时，多数元素显金属性，大于2时，多数元素显非金属性。
铀的电负性为1.7，显金属性。
U4+的电负性为1.4，U6+为1.9，U4+的金属性较U6+强。
电负性差值大于2的两个元素化合时，多数形成离子键化合物，电负性差值小于2时，多数形成共价键的化合物。
由于电负性影响化合物的键性，而化学键的性质又影响到化合物的许多物理化学性质，如硬度、光泽，溶解度等，所以电负性对元素的迁移和沉淀也有影响。
3.水分子间的联结水分子间是靠氢键联结起来的。
所谓氢键是一种因静电吸引作用而产生的附加键，所以一个水分子中的氢原子，在保持同本分子中氧原子的共价键的同时，又能同相邻水分子中的氧原子产生一种静电吸引力。
这样水分子就有具有了两种类型的键：（1）存在于水分子内部的极性共价键；（2）存在于水分子之间的氢键。
3.水分子间的联结水分子间的氢键联结，使水分子相互缔合形成巨型分子（H2O）n，水分子的这种缔合强度取决于温度，一般温度越低，缔合程度越稳定，4℃时，水的缔合程度最大，此时达到最大密度。
在250～300℃时，n接近1，即水具有H2O形式。
水分子在缔合过程中不会引起化学性质的变化。
这种由单分子水结合成多分子水而不引起水的化学性质改变的现象，称为水分子的缔合作用。
水文地球化学
当 pH ＜9时，上式中的 (H+)、 (OH-) 和(CO32-)的浓度比 (Ca2+)和 (HCO3-) 相对小得多，因此，可忽略不计，则方程可变为：
2(Ca2+) = (HCO-3) ，或 (Ca2+) = (HCO3-)/2
以上为描述碳酸平衡系统的最基本的方程
5、地下水系统中的碳酸平衡
碳酸平衡
在稀溶液中，挥发性溶质的分压以巴为单位，等于溶 质的摩尔数（亨利定律），适用于难溶气体
CO 2 ( g ) H 2O H 2CO 3 (aq)
K CO 2
H 2CO 3
PCO 2
H 2CO3 H HCO
3
K1
H HCO
HCO H CO
3、温度和压力
温度和压力对某些矿物，如石英、玉髓、非晶质 SiO2的溶解度有显著影响。
在结晶岩地区的热泉口，由于温度和压力降低，SiO2 的溶解度也降低，形成硅华；
碳酸盐矿物的溶解度取决于CO2分压，pH值，温度等，
一般而言， CO2分压越高、温度越低，气体在水中的
溶解度越大，如CO2分压降低则发生脱碳酸作用，形
2、pH值
pH值是决定天然水中许多元素溶解性的重要因素
Na、Ca、NO3和Cl等少数几种离子可存在于各种pH条
件下的天然水中；
多数金属元素在酸性条件下以阳离子形式存在，而当
pH值增高时，即以氢氧化物或偏碱性的盐类形式从水
中沉淀出来(如Fe3+)；
一些金属元素（如Cu、Zn等）发生沉淀的pH略高一 些（Cu为5.3, Zn为7）
水文地球化学-第七讲
12
二、植物-土壤影响阶段
植物
雨水流经植物根部时，经常会富集一些植物中 的生物成因元素
1955年瑞典Gorham 作了一个比较研究，在松柏针叶树树根下 作了一个比较研究 在松柏针叶树树根下 采的雨水样与当地空中采的雨水样相比，发现，经过植物的雨 水的钠和钙含量高出三倍，钾则高出七倍。
13
二、植物-土壤影响阶段
水文地球化学基础
Hydrogeochemistry
第三部分：水化学基础 —地下水的化学成分的形成与 地下水的化学成分的形成与 特征
地下水化学成分的形成与特征
1 2 3 4 基本成因类型 渗入成因 沉积成因 火山成因
1 地下水的基本成因类型
目前，概念尚未统一，分类原则各异，名词术语较多 按照地下水化学成分形成的基本作用 可分为 按照地下水化学成分形成的基本作用，可分为：
15
三、水-岩相互作用阶段 溶滤作用
水与岩石的相互作用取决于
岩石的性质； 水的成分； 环境的热力学条件 溶解/沉淀作用 氧化还原作用 吸附作用 。。。
水-岩地球化学作用类型
16
三、水-岩相互作用阶段 溶滤作用
渗入水与含盐海相地层
形成矿化度高的卤水Cl-Na Cl Na 富含氯化物、硫酸盐 Na/Cl=1 Na/Cl 1；Cl/Br>>300；Br、NH4低，含大气起源的N2
17
三、水-岩相互作用阶段 溶滤作用
当水中存在有机物时
硫酸盐被还原为H2S，H2S与Fe结合成FeS2 渗入水由Cl.SO4-Na Cl.HCO3-Na;pH=7-8 渗入水继续稀释古海水，氯化物被消耗，形成HCO3. Cl -Na 沉积岩中黄铁矿溶解 形成Fe F 3+硫酸盐 沉积岩中黄铁矿溶解，形成 上述反应生成的硫酸与碳酸岩反应，会生成CO2，会进一步促进碳酸 岩的溶解 SO4.HCO3- Ca. Mg g；若无碳酸岩，会形成硫酸水 在强氧化、且碳酸岩存在时，硫酸被中和，pH增高，氢氧化铁沉淀 析出， SO4- Ca. Mg；此时，如遇还原条件，可形成含Fe2+的HCO3Ca. Mg
水文地球化学及其应用
水文地球化学及其应用水文地球化学是地球化学的一个分支学科，其研究对象是水与地球物质的相互作用、反应和转化过程。
水文地球化学地位重要，尤其是在环境保护和自然资源管理方面具有很大的应用潜力。
本文将着重探讨水文地球化学的基本理论、应用现状和未来发展趋势。
一、水文地球化学的基本理论1、水文循环水文循环是地球上水分子在不同地方以不同形态的运动。
水分子在不同状态下所体现的物理、化学性质也不同。
水循环包括蒸发、降水和地下水的形成，它是水文地球化学的基础。
2、岩石和土壤岩石和土壤是水文地球化学的重要研究对象。
岩石化学和土壤化学是水文循环的重要环节。
岩石和土壤可以分解成不同的化学组分，并对水的特性产生深远的影响，因此，研究它们的化学特征和变化过程对于水文地球化学研究至关重要。
3、水文地球化学过程水文地球化学过程是指地球上水的循环、沉积、蒸发、降水等过程中与水相互作用、反应和转化的物质。
包括水分子与矿物、溶解气体、有机物和微生物的相互作用。
水文地球化学的过程是广泛且多样的，对其进行分析研究可以形成修正以及完善生态环境政策。
二、水文地球化学的应用现状1、水资源管理水资源是人类生存和发展的基础资源之一，对于保障人类健康和经济发展大有裨益。
水文地球化学对于水资源管理有着重要的作用。
科学有效的管理水资源是现代社会永续发展的必要条件，水文地球化学则可以提供一系列的分析方法和数据供管理层面参考，使得水资源的合理开发和保护得以实现。
2、水污染治理随着城市化的加剧和经济发展的快速发展，水污染已成为了一个不可避免的问题。
水文地球化学为水污染治理提供了一种全新的思路。
在处理水体中的化学物质时，可以运用水文地球化学的更准确的能力寻找有效的污染治理方法及杀菌程序，有效保障水生态的平衡和协调。
3、环境保护水文地球化学在环境保护领域有广泛应用。
例如，可以用化学和物理方法来检测大气、水、土壤污染程度以及其它人为污染物质的存在。
有越来越多的证据表明，环境的水文地球化学变化是关于地球气候科学和环境科学的。
水文地球化学基础沈照理
水文地球化学基础沈照理水文地球化学是研究水体与地球化学相互作用的重要领域，它涉及了水文学、地球化学和环境科学等多个学科的交叉。
在这篇文章中，我将会通过深度和广度的方式来探讨水文地球化学基础沈照理的相关内容，帮助读者更全面、深刻地理解这一主题。
在我们深入研究水文地球化学基础沈照理之前，首先需要明确什么是水文地球化学。
水文地球化学是研究地球化学在水环境中的反应与迁移的学科，它以溶解态的物质为研究对象，包括了水体中的元素、化合物和有机物等。
我们来探讨水文地球化学的基本概念和理论基础。
水文地球化学主要通过实地观测和实验研究来揭示水体与地球化学之间的关系。
通过对水体中溶解物质的特征和浓度的测定，可以了解地球化学过程对水体的影响。
还可以通过水体中不同元素的同位素比值来追踪元素的来源和迁移路径。
水文地球化学在解释地下水形成机制、水体补给过程以及寻找地下水资源等方面有着重要的应用。
我们将深入研究水文地球化学基础沈照理的理论和方法。
沈照理是国内水文地球化学研究的权威专家，他提出了“溶解平衡理论”和“物化共控理论”等重要理论。
溶解平衡理论认为，在特定条件下，溶解物质的平衡浓度与溶解体系的温度、pH值、离子强度和气体压力等参数有关。
物化共控理论则强调了物理、化学和生物过程共同驱动着水体中溶解物质的形成和迁移。
这些理论为水文地球化学的研究提供了重要的指导，并推动了该领域的发展。
我们来总结和回顾一下水文地球化学基础沈照理的研究成果和意义。
沈照理教授的研究成果涵盖了水文地球化学的多个方面，包括了地下水水化学特征、水体变质过程、污染物迁移和水文地球化学模型等。
他的研究不仅提升了我们对地球化学过程与水体相互作用的认识，也为水资源开发和环境保护提供了科学依据。
在未来的研究中，我们还需要进一步拓展水文地球化学的研究领域，加强对水体与环境之间相互作用的理解，以应对日益严峻的环境挑战。
水文地球化学是一个涉及多学科交叉的重要领域，通过深入研究水文地球化学基础沈照理的相关内容，我们可以更全面、深刻地理解地球化学在水体中的反应和迁移过程。
水文地球化学-第六讲
水文地球化学基础Hydrogeochemistry第二部分：水化学基础第二部分水化学基础—地下水的化学组成地下水的化学组成1水的结构与性质2地下水的化学成分3水质指标4水化学数据处理构1水的结构与性质水的体积变化与压强的关系学2地下水的化学成分0 课前回顾0课前回顾水的结构O（16O、17O、18O）水分子的种类：H（H、D、T）16O占绝对优势，即：H2O共9 种类型，H几种重要的水分子16O，重水，核反应堆的中子减速剂D18O，重氧水，水解反应示踪剂HO，氚水，示踪剂、测定地下水年龄T极性V型结构，H-O键夹角104.5度，电子分布不均匀水分子间通过静电引力（氢键）相互缔合，巨大分子团液态水处于结晶态-液态的过渡态水的某些异常性质及意义温度、压力对水的性质的影响-物理性质、溶解性质、pH、……0 课前回顾0课前回顾水的组成复杂的溶液，80/93元素，无机/有机/气体/重金属/微生物颗粒大小真溶液，分子-离子，D<10-9m胶体，D=10-9——10-7m悬浮液，D<10-7m无机组分宏量组分，C>5mg/L微量组分, C=0.01-1mg/L痕量组分，C<0.01mg/L0课前回顾0 课前回顾水的组成有机物，ppb、ppt级20025/1200种类多，多万，万个配方年，饮水中已发现种地下水中，发现175种，总化学物质200多种C、H、O组成的98.5%，主要是卤代烃，疏水性有机物气体大气来源，O2、N2、CO2及惰性气体CO岩层生物化学作用, CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、NH3等岩层变质作用，还包括HCl、HF、SO2等放射性衰变：Rn、He、Ne、Ar等微生物细菌、真菌、藻类0≥1000m,-n-90℃，黑暗环境C、N、S等生物转化、有机物降解、重金属的催化3水质指标3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位质量浓度mg/L(ppm)，μg/L （ppb ），ng/L （ppt ）mg/kg(ppm)，μg/kg （ppb ），ng/kg （ppt ）摩尔浓度，mol/L （M ），mol/kg(m)摩尔浓度=单位溶液中溶质的摩尔数溶质的摩尔数=质量/摩尔质量摩尔质量=溶质的原子量或分子量Mole Fraction 摩尔分数（Mole Fraction ）适用于固溶体、非水溶相液体（NAPL ）的混合物中摩尔数（若A 和B 的混合物中，A 的摩尔分数=A 摩尔数：（A 摩尔数+B 摩尔数）1LH2O=55.56mol/L3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位当量浓度（Equivalents or Normality），NEquivalents or Normality）克当量浓度=单位体积溶液中溶质的克当量数=eq or meq克当量数质量/克当量，eq or meq克当量离子：原子量或分子量/离子的价态酸：分子量/酸分子中被金属置换的氢原子数碱：分子量/碱分子中所含氢氧根数碱分碱分所含氢氧数盐：分子量/结合为酸或碱所要的H+或OH-数量CO3的就是2，NaHCO3是1如：Na金属氧化物：分子量/参加氧化还原的金属得失的电子数Cr2O7应该是6N如：1mol/L的K转换N=M×离子的价态练习题水中计算其摩尔浓度和当浓度1、水中SO42-的浓度为96.0mg/L, 计算其摩尔浓度和当量浓度5压力下密度为1020g/mL200gCaCl 2、在25、10Pa压力下，密度为1.020g/mL含2.00gCaCl2/L的溶液，计算体积摩尔浓度、当量浓度和质量浓度3、在Ca-MgCO3固溶体中，含有质量分数为5%的Mg，计算MgCO3在该固溶体中的摩尔分数Assume the background concentration of dissolved oxygen (DO) is 5 ppb in the above aquifer. Further assume the aquifer is 10,000 m long, 1000 m wide and 100 m thick.1) What’s is the total amount of DO in the aquifer?2) What is the mass flux of DO across the right face?3-2 地下水环境特征的主要参数☐1 pH值⏹它表示水中氢离子摩尔浓度（活度）的负对数值⏹衡量地下水酸碱环境强弱的指标pH=6.0--8.5⏹一般地下水pH=6.0☐2 氧化还原电位(Eh，mv)2⏹它表示水中电子摩尔浓度（活度）的负对数值还原环境强弱的指标氧化⏹衡量地下水氧化-还原环境强弱的指标，+氧化，-还原⏹需现场测定17g☐ 3 总溶解固体（TDS，mg/L）⏹水中所含离子、分子、络合物的总量，不包括悬浮物和溶解气体105--110℃，使水全部蒸发剩下的残渣重量⏹1L水加热到105--⏹∑溶解组分（溶解气体除外）(HCO3)/2⏹分类☐淡水，TDS<1000mg/L淡水☐微咸水，1000mg/L<TDS<2000mg/L☐咸水，2000mg/L<TDS<3500mg/L咸水☐卤水，TDS>3500mg/L4S li it/L☐ 4 含盐量（Salinity，mg/L）⏹地下水中各种溶解组分的总量⏹S-TDS= (HCO3-)/2☐ 6 硬度（Hardness ）地下水中碱土金属的总和般以C M ⏹地下水中碱土金属的总和，一般以Ca 2+、Mg 2+的总和来计⏹硬度（CaCO 3mg/L ）=50×毫克当量数（Ca 2++ Mg 2+）=2.5C (mg/L)+4.1M ⏹硬度（CaCO 3mg/L ） 2.5 ×C Ca (mg/L)+4.1 ×C Mg (mg/L)☐1德国度=17.8mg/L （CaCO 3）☐1法国度=10mg/L （CaCO 3）☐1英国度=14.3mg/L （CaCO 3）⏹碳酸盐硬度，暂时硬度222☐Ca 2+、Mg 2+与HCO 3-、CO 32-结合的硬度☐50×毫克当量数（HCO 3-+ CO 32-）☐煮沸可消除⏹非碳酸盐硬度，永久硬度☐与SO 42-、Cl -、NO 3-结合的多价金属阳离子综合☐非碳酸盐硬度（永久硬度）=总硬度-碳酸盐硬度（暂时硬度）⏹负硬度钠盐硬度钠钾的碳酸盐重碳酸盐氢氧化物☐钠盐硬度，钠、钾的碳酸盐、重碳酸盐、氢氧化物☐负硬度=碳酸盐硬度-总硬度≥0硬度CaCO3m g/L 极软水软水微硬水硬水极硬水<757575--150150150--300300300--450>450☐7 酸度（Acidity）⏹表征水中可中和强碱能力的指标。
第1章 水文地球化学基础
所谓放射性活度是一定数量的放射性核素在一个很短的时间间隔内发生的核衰变数除以该时间的间隔。放射性活度的国际标准单位制是贝克（勒尔），用符号Bq表示。每秒钟衰变一次的放射性活度称为1贝克。
一些常见的，但是被废除的非SI单位有居里（Ci)，埃曼(ЭМ)，马赫(Me).
1ЭМ= 3.74Bq;
1Me = 3.64ЭМ= 13.47Bq;
1居里定义为每秒衰变3.7×1010次，1Ci = 3.7×1010Bq。
2.
在环境评价时需要考虑放射性照射对生态的影响，因此常用放射性剂量单位。
2.1.
照射剂量是表示辐照强度的指标。放射性射线照射物质时，能使其原子电离产生离子对。这将改变生物的生态。射线越强，照射产生的离子对越多，因而可以用电离强度来作为照射剂量的单位。电离强度的国际标准单位是单位物质所产生的静电电量，用库仑/千克（C/kg)来表示。
3.
在天然水研究中使用得最普遍的质量浓度单位是mg/L。
以上三种单位皆是国际标准单位（SI）。以下是水文地球化学研究中还经常出现的一些非国际标准单位。
4.
当量浓度(eql）是每升溶液中溶质的克当量数（N）。克当量数等于克分子量(M)数乘以溶质的价态(Z)。
5.
每百万克溶液中溶质的克数。ppm =溶质的克数/106克溶液。对于非咸水来说，1ppm = 1mg/L，但是对咸卤水来说，1ppm1mg/L。
0.3262
50
0.5319
0.3321
20
0.5042
0.3273
55
0.5371
0.3329
25
0.5085
0.3281
60
0.5425
0.3338
30
水文地球化学基础知识点整理
水文地球化学基础知识点整理水文地球化学基础知识点整理1.标准状态：指温度为298K（25℃）、压力为一巴（100000Pa）的状态。
(热力学常用词）2.“反应的标准焓变化”用△Hr表示。
“标准生成焓”用△Hf表示。
△Hr为正值，属吸热反应。
△Hr为负值，属放热反应。
△Hr＝∑△Hf(生成物)-∑△Hf（反应物）3.“标准自由能”以△Gf表示。
“反应的标准自由能变化”以△Gr 表示。
△Gr=∑△Gf(生成物)-△Gf（反应物）△G值为负值，反应在恒温恒压下可自发地进行；△G值为正值，反应在恒温恒压下不能自发的进行，但逆反应可自发进行，△G=0，反应处于平衡状态。
4.迪拜-休克尔方程：lgr??AZ2II1?Ba(r为活度系数，Z为离子电荷数，I为离子强度（mol/L),A、B为取决于水的介电常数、密度和温度的常数；a是与离子水化半径有关的常数。
) 当I<0.1时，方程具有很好的精确性。
离子强度I的计算公式：I?1Z?22imi（Zi为i离子的电荷数；mi 为i离子的浓度（mol/L）;淡地下水的I值一般都小于0.1mol/L，多用迪拜休克尔方程计算活度系数。
5.戴维斯方程：lgr??AZ2II1?Ba+bI(a值与迪拜休克尔方程中a值不同。
b为校正参数，规定次要离子的b值为零，该方程的应用范围是I<0.5mol/L.) 。
盖式用于TDS高的咸地下水。
6.全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其产物都是溶解祖分，这即是全等溶解。
7.非全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物除溶解组分外，还有新生成的一种或多种矿物或非晶质固体组分，这即是非全等溶解。
8.溶度积（Ksp）：当难容电解质溶于水而成饱和溶液时，溶液中同时存在溶解离子和未溶解离的固体。
Ksp值越大，代表越易溶解。
9.溶解度：在给定温度和压力下，达溶解平衡时，溶液中溶解物质的总量（mg/L）。
用溶度积粗略计算溶解度总体偏小。
水文地球化学-形成地下水化学成分的地球化学作用
❖ 式 0．中0Δ0G803，14为k反J／应m的o标l；淮T为自绝由对能温变度化；，Kk为J／平m衡o常l；数R。为气体常数，等于
❖ 在标准状态下，T ＝ 293.15K (T＝25℃ + 273.15)， 将R和T值代入上式， 并转换为以10为底的对数，则
❖ lgK＝ -0.175ΔG0 (ΔG0，以kJ/mol计) ❖ 只准状要态从下文的献Δ中G能0，查就到可反算应得中K所值有。组分的ΔGf值，即可算得标
若器壁不是刚性的，除了体系内部的压力必须处处均匀 外，还必须使体系的压力与外界(环境)的压力保持 相等
水文地球化学基础
中国地质大学（武汉）环境学院 罗朝晖
焓
焓或热含是一个状态函数，它是一种化学反应向环境提供的热 量总值，以符号H表示，ΔH指一种反应的焓变化。
在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化， 称为标准生成焓， 以ΔHf表示。
地分下子水之是间一）种相真互实作溶用液，，它a 包不=括是rm相理互想碰溶撞液及；静水电中引各力种作离用子（，或作
式中用的的m结为果实是测，浓化度学（反m应o相l/对L）减；缓r，为一活部度分系离数子，在其反单应位中是不实起测 浓 中度，作计就的a和必用算倒m须，了数的对。就（单水因会L位/产中此m相生组，o同一分如l），定的果，均程实仍a为为度然测m活的用浓o度偏水度l/，差中加L。无。各以r量为组校为纲了分正无。保的，量但证实校纲是计测正的，算浓后系在的度的数实精进浓。际确行度应程化称用度学为，
热力学理论运用于化学时，称为化学热力学。化学热力学的主要内容是用热力学第一定律计算化 学过程中的热效应，同第二定律并结合第三定律解决反应能否发生和有关化学平衡及相平衡的计 算和描述，这些对分析预测地下水环境中的化学反应十分有用。
水文地球化学基础沈照理
水文地球化学基础沈照理标题：水文地球化学基础 - 探寻沈照理的研究与理论引言：在水文地球化学领域，沈照理是一位备受瞩目的学者，他的研究和理论为我们深入了解地球上的水循环与化学过程提供了重要的指导。
本文将针对沈照理在水文地球化学基础方面的贡献展开讨论，并结合他的研究成果，探讨水文地球化学的深度与广度。
一、水文地球化学的基本概念水文地球化学是研究地下水的成因、分布、运移规律以及地球化学过程对水质的影响的学科。
它关注水循环的各个环节，包括降水、入渗、地下水形成、地下水运移、水库沉积物等。
沈照理是我国在这一领域做出重要贡献的学者之一。
二、沈照理的研究成果沈照理教授主要的研究方向包括地下水的碳酸酐化作用、地下水与岩石之间的相互作用以及地下水中的微生物过程。
他的研究成果丰富多样，既包括理论方面的创新，也包括实践方面的应用。
1. 碳酸酐化作用的研究沈照理教授的关键贡献之一是在碳酸酐化作用研究方面。
他通过实地观测和实验室模拟，揭示了地下水对岩石的碳酸酐化作用。
碳酸酐化对岩石的溶解作用会产生溶液中的溶解性离子，并对地下水的成分和性质产生显著影响。
沈照理的研究结果为我们理解地下水的形成和运移提供了重要依据。
2. 地下水与岩石的相互作用另一个重要方向是沈照理教授对地下水与岩石相互作用的研究。
他关注于地下水中各种离子的溶解和沉积过程，以及这些过程对地下水质和矿物形成的影响。
他的研究结果在预测地下水质量和岩石溶解程度方面具有重要的应用价值。
3. 地下水微生物过程的研究沈照理教授还致力于研究地下水中的微生物过程，并提出了一套兼具实证与模型的方法，用于了解微生物对地下水环境的影响。
他的研究成果不仅为地下水的生态安全提供了科学依据，还为地下水资源保护和利用提供了技术支持。
三、水文地球化学的深度和广度1. 深度上的探索在水文地球化学的深度上，我们可以从不同尺度和时间尺度上观察研究对象。
可以研究地下水底下的地下河流、矿物形成的微观机制等。
水文地球化学精品课程
水文地球化学精品课程1. 引言水文地球化学是一个综合性的学科领域，研究水体中各种物质的来源、转化过程以及对环境和生态系统的影响。
通过深入了解水文地球化学，我们可以更好地理解和解决与水资源相关的问题，促进可持续发展。
2. 水文地球化学基础知识2.1 水的特性•水分子结构与性质•水的溶解性和极性•水的相变和密度2.2 地球化学基本概念•元素和同位素•化学反应和平衡•地球化学循环2.3 溶液化学基础•酸碱理论与pH值•电离平衡与溶液中离子浓度计算3. 水文地球化学研究方法3.1 取样与分析技术•取样技术及其注意事项•常用分析方法介绍3.2 实验设计与数据处理•实验设计原则与方法选择•数据收集、整理与处理4. 水文地球化学过程与环境影响4.1 溶解质的来源与转化•大气降水中的溶解物质•地表水和地下水中的溶解物质来源•溶解物质的迁移与转化过程4.2 水体污染与治理•水体污染的类型与来源•污染物的迁移与转化过程•水体治理技术与方法5. 地球化学循环与生态系统影响5.1 元素循环过程•碳循环、氮循环、磷循环等基本概念及关键过程介绍5.2 地球化学循环对生态系统的影响•土壤养分供应与生态系统结构•元素限制对生态系统功能的影响6. 应用案例分析6.1 地下水资源评价与管理案例分析•地下水资源调查方法及评价指标体系介绍•地下水管理策略研究案例分享6.2 河流污染控制案例研究•河流污染特点及监测方法•河流污染控制技术与策略案例分享7. 结语水文地球化学是一个重要的学科领域，对于水资源管理和环境保护具有重要意义。
通过本课程的学习，希望能够提高同学们对水文地球化学的认识和理解，培养同学们的研究能力和解决实际问题的能力，为可持续发展做出贡献。
以上是关于水文地球化学精品课程的内容大纲，希望本课程能够帮助同学们深入了解水文地球化学的基础知识、研究方法和应用案例，从而提升对水资源管理和环境保护相关问题的认识和解决能力。
《水文地球化学基础》课件
结尾
1 总结和展望
总结本课程的核心观点，并展望水文地球化学研究的未来发展方向。
2 参考文献
列出本课程涉及的主要参考文献，供学生们进一步学习和探索。
第三章 - 水文地球化学研究方法
1 野外观测和实验室分析
介绍野外观测方法和实验室分析技术，以获取水体化学信息。
2 样品收集和处理技术
探讨水样的收集与处理策略，确保数据的准确性和可靠性。
第四章 - 水文地球化学的应用
1 水质评估和污染控制
介绍水质评估方法和污染控制措施，维护健康的水环境。
2 地下水资源管理
了解元素和化学反应的基本原理，掌握溶 解度和离子平衡等关键概念。
3 熟练掌握水文地球化学研究方法
4 应用水文地球化学研究于实际问题
学习野外观测和实验室分析技术，了解样 品收集和处理技术的应用。
了解水质评估和污染控制、地下水资源管 理等水文地球化学的应用领域。
第一章 - 水文地球化学基础概述
1 地球化学和水文学的关系
探讨地球化学和水文学的基本概念，以及它们之间如何相互关联。
2 水文地球化学的重要性
说明水文地球化学在环境保护、水资源管理等方面的重要作用。
第二章 - 地球化学基础知识
1 元素和化学反应
2 溶解度和离子平衡
介绍元素在地球环境中的分布和重要性， 以及水体中发生的化学反应。
解释溶解度和离子平衡对水体化学特性的 影响。
《水文地球化学基础》 PPT课件
这是《水文地球化学基础》课程的PPT课件，旨在介绍水文地球化学的基本 概念、关键知识和应用。掌握这些知识，有助于理解地球上水体的化学成分、 反应过程以及其对环境的影响。
水文地球化学基础习题及参考答案
《水文地球化学基础》复习题一、填空题1、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的效应所致；水的沸点较高，是由于水分子间的破坏需要较大的能量。
2、海水的水化学类型为，而海成存封水的水化学类型为。
3、水的地球化学循环始于表生带的，一直到深部变质作用带形成，或深部变质作用带的局部熔融体冷却后分异出，并返回地表为止。
4、地球化学垒按成因可分为机械垒、垒、垒和垒。
5、吸附方程S = K d C，S表示___ ___，K d表示___ ___。
6、物理吸附是指带有电荷的固体颗粒表面依靠___ ___吸附液相异性离子的现象；化学吸附是指固体表面通过___ ___吸附液相中的离子现象。
7、一定温度条件下，某溶质的液相浓度与固相浓度之间存在一定的关系，该关系在直角坐标系内可以用曲线（或直线）的形式表达，该曲线（或直线）即称为___ ___，相应的数学方程式称为___ __ 。
8、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于，而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于。
9、近代火山型浅部地下热水的水化学类型为，而深部地下热水的水化学类型为。
10、固体废物中的有机物分解时可形成数量可观的，而其与微量金属污染物的，能明显减少金属离子在岩土表面的吸附与沉淀，促进其迁移。
二、单项选择题1、在____的地下水环境里，蒙脱石会转变为伊利石；在_____的地下水环境里，蒙脱石会转变为绿泥石。
(A) 富镁，富钾(B) 富钙，富钾(C) 富钙，富镁(D) 富钾，富钙2、表生带中水的地球化学循环过程，机械搬运与机械沉积使粘土矿物在合适的地段沉积成岩，化学搬运与化学沉积发生于水交替缓慢的地带则形成_____。
(A) 硅酸盐岩(B)碳酸盐岩(C) 岩容岩(D) 石灰岩3、在_____条件下，地下水中Fe、Mn含量高，可形成五价砷酸盐沉淀；在_____条件下，地下水中低价S含量高, 可形成As2S3（雌黄）与AsS（雄黄）沉淀。
(A)氧化，还原(B) 还原，氧化(C) 酸性，碱性(D) 碱性，酸性4、大量汲取地下水导致水盐均衡破坏，水位下降，包气带厚度_____，入渗途径_____，还原环境会变为氧化环境。
水文地球化学-第四讲
第部分水化学基础第一部分：水化学基础氧化还原作用—氧化还原作用氧化还原反应自然界一类重要的化学反应.✓氧化还原反应研究的是电子（e）在反应物与生成物之间的转移问题地下水中还有大量的变价元素和组分，氧化-还原作用对于其迁移、富集至关重要✓氧化还原反应引起离(原)子电价的变化, 从而大大改变物质（离、原子）的溶解度、迁移特性及其他化学性质.例：某些金属元素在一种氧化态比另一种氧化态下更易溶解和迁移：例某些金素在种氧化态比种氧化态溶解迁移Cr(VI)较之Cr(III)；U(VI)较之U(IV).这些特性被应用于污染治理和成矿研究中✓这些特性被应用于污染治理和成矿研究中。
地下水污染治理许多依赖于生物氧化-还原作用例2：地下水中微生物通过加速氧化或还原作用，去除污染物：氯乙烯的氧化：C(-I)HCl+ 5N(V)O3-+ H2O(l) + 6H+↔8C(IV)O2+ 5N(-III)H4++ 4Cl-例3：金属硫化物的氧化导致形成酸性水：黄铁矿的氧化：黄铁矿的氧化4Fe(II)S(-I)2+ 15O(0)2+14H2O ↔4Fe(III)(OH)3+ 8S(VI)O42-+ 16H+质子在水溶液中可以以自由离子形式存在，电子则不能。
水溶液中任何一种组分失去的电子，必然被另一能水溶液中任何种组分失去的电必然被种组分所得到。
氧化半反应式化学反应中，物质失去电子的反应为氧化反应，而此物质称为还原剂；物质得到电子的反应称为还原反应，该物质称为氧化剂。
在反应中氧化和还原反应同时发生，氧化剂和还原剂同时存在，因此称为氧化还原反应。
如4Fe2++ O2+4H+= 4Fe3++ 2H2O两个半反应分别如下O2+ 4H++ 4e = 2H2O (还原反应)4Fe2+= 4Fe3++ 4e (氧化反应)4F4F4(标准氧化还原电位定义：在标准状态下，金属与含有该金属离子且活度为1mol的溶液相接触的电位称为金属的标准电极电位（以氢的标准电极电位为零测定）。
(完整版)水文地球化学基础知识
《水文地球化学基础知识》——（绝对一个字一个字打出来的，正版资料！）名词解释目录第一章水化学基础第一节溶解平衡 (3)第二节碳酸平衡 (4)第三节地下水中络合物的计算 (4)第四节氧化还原反应 (5)第二章地下水的化学成分的组成第一节天然水的组成 (6)第二节天然水的化学特性 (6)第三节元素的水文地球化学特性 (7)第四节天然化学成分的综合指标（三种） (7)第五节地下水化学成分的数据处理 (7)第三章地下水化学成分的形成与特征第一节地下水基本成因类型的概念 (7)第二节渗入成因地下水化学成分的形成与特征 (8)第三节沉积成因地下水化学成分的形成与特征 (8)第四章水的地球化学循环第一节地下水圈的概念 (8)第二节地壳中水的地球化学循环 (9)第三节成矿过程中水的地球化学循环 (9)第五章水文地球化学的应用第六章补充部分 (10)第一章<水化学基础>第一节溶解平衡质量作用定律：一个化学反应的驱动力与反应物及生成物的浓度有关化学平衡与自由能体系：把所研究对象一个物体或一组相互作用的物体称为体系或系统，而体系（或系统）周围的其他物质称为环境。
状态及状态参数：热力学状态分为平衡状态和非平衡状态。
热力学平衡体系特性是由系列参数来表示当体系没有外界影响时，各状态参数若能保持长久不变，此体系称为热力学平衡状态。
焓：它是一种化学反应向环境提供的热量总值。
以符号“H”表示。
在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化，称为“标准生成焓”。
△H r=△H(生成物)-△H（反应物）△H r为正值，属吸热反应，△H r为负值，属放热反应自由能：在热力学中，自由能的含义是指一个反应在恒温恒压下所能做的最大有用功，以符号“G”表示。
在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的自由能变化，称为“标准生成自由能”，以“△Gf”表示△Gr=△G(生成物)- △G（反应物）△Gr为正值，反应在恒温恒压条件下不能自发进行，△Gr 为负值，反应在恒温恒压条件下可以自发反应；△G=0，反应处于平衡状态。
水文地球化学基础
1.标准状态：指温度为298K （25℃）、压力为一巴（100000Pa ）的状态。
(热力学常用词）2.“反应的标准焓变化”用△Hr 表示。
“标准生成焓”用△Hf 表示。
△Hr 为正值，属吸热反应。
△Hr 为负值，属放热反应。
△Hr ＝∑△Hf(生成物)-∑△Hf （反应物）3.“标准自由能”以△Gf 表示。
“反应的标准自由能变化”以△Gr 表示。
△Gr=∑△Gf(生成物)-△Gf （反应物）△G 值为负值，反应在恒温恒压下可自发地进行；△G 值为正值，反应在恒温恒压下不能自发的进行，但逆反应可自发进行，△G=0，反应处于平衡状态。
4.迪拜-休克尔方程：IBa I AZ r +-=1lg 2(r 为活度系数，Z 为离子电荷数，I 为离子强度（mol/L),A 、B 为取决于水的介电常数、密度和温度的常数；a 是与离子水化半径有关的常数。
) 当I<0.1时，方程具有很好的精确性。
离子强度I 的计算公式：i i m Z I ∑=221（i Z 为i 离子的电荷数；i m 为i 离子的浓度（mol/L ）;淡地下水的I 值一般都小于0.1mol/L ，多用迪拜休克尔方程计算活度系数。
5.戴维斯方程：IBa I AZ r +-=1lg 2+bI(a 值与迪拜休克尔方程中a 值不同。
b 为校正参数，规定次要离子的b 值为零，该方程的应用范围是I<0.5mol/L.) 。
盖式用于TDS 高的咸地下水。
6.全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其产物都是溶解祖分，这即是全等溶解。
7.非全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物除溶解组分外，还有新生成的一种或多种矿物或非晶质固体组分，这即是非全等溶解。
8.溶度积（Ksp ）：当难容电解质溶于水而成饱和溶液时，溶液中同时存在溶解离子和未溶解离的固体。
Ksp 值越大，代表越易溶解。
9.溶解度：在给定温度和压力下，达溶解平衡时，溶液中溶解物质的总量（mg/L ）。
水文地球化学-第二讲
10
1E-10
0.013289463 66.60508982 33.38162071
11
1E-11
0.000331886 16.63369788 83.36597024
12
1E-12
3.90319E-06 1.956230311 98.04376579
13
1E-13
3.97314E-08 0.199128917 99.80087104
石膏溶解度：646.4mg/L
计算过程见黑板：
7
溶解度（S）与溶度积（KSP）
不同类型的化合物
AB型：Ksp = s2 AB2或A2B型： Ksp = 4s3 AB3型： Ksp = 27s4 A3B2型： Ksp = 108s5
认识 相同类型的难溶电解质， Ksp 越小，S也越小 但不同类型的难溶电解质则不一定存在上述关 系
难溶盐溶解度大小可根据度积计算。 例如方解石（CaCO3）和萤石（ CaF2）的溶度积已知，
其溶解度计算如下：
CaCO3 = Ca 2+ + CO32-
CaF2
= Ca 2+
+
-
2F
Ksp=10-8.4 Ksp=10-10.53
CaSO 4
2H 2O
=
Ca 2+
+
SO
24
2H 2O
Ksp=10-4.85
4H2SiO4+Al2Si2O5
(OH)4(s)
（高岭石
）
地下水环境中的溶解作用类型
非全等溶解的意义 包气带及含水层中大部分的硅铝酸盐矿物的溶 解反应，多属非全等溶解，对地下水化学成分 的形成和演变有重要作用 含水系统中单个矿物的溶解属全等溶解，但由 于多种矿物的存在，且其溶解度不同，则可能 同时产生一种矿物的溶解和另一种矿物的沉淀， 这亦属非全等溶解
- 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)。
水文地球化学基础
水文地球化学基础，又称为水文水化学，是研究地表运动和地下运动中水电解质、元
素和化学物质的组成、分布、交换、变化和与水体特性、水质、气候环境等间的相互作用，从基本物理、化学定律出发得出的理论基础。
它是水文学与地球化学科学等相结合的一门
新学科，旨在研究并揭示水电解质、元素和微量污染物的变化对地球流动水体、水环境及
气候环境的影响及机理，为当今流域水资源管理和保护提供基础理论支持。
水文地球化学基础主要有以下几个方面的研究内容：
首先，研究不同水体水电解质、元素组成的变化，尤其是流域水质的季节性差异及背
景水体的形成。
对于复杂的河流系统，一旦水电解质的变化穿透到上游，就可以在流域范
围内形成一定的结构特征，例如：上游的水体有更高的pH值、盐度和总碱度；中游的水
体碱度下降，同时水温也有较大变化；下游的水体则比中、上游更加净化，其中有效氮已
大大减少，水温变化较小。
其次，探讨水文地球化学中存在的元素循环，及其与水系、土壤及植被的相互作用。
研究表明，水文循环会传导元素、化合物，例如硝酸根、氨氮以及重金属，在水系中的运
行和分布，以及土壤中的积累、迁移、形成以及贮存。
另外，还需要研究这些元素对水体
的影响，即污染物的溶解和迁移及其生物代谢等，以及植物的生理生态效应。
根据污染元
素的收集、运移、形成和排除的模式，可以构建水文地球化学模型，从而可以模拟污染物
在水体、土壤和植被中的转化特征，以及与水体结构、水质及气候环境之间的相互制约作用，为河流水资源的调控、保护及管理提供依据。
接下来，研究微量物质的污染特性及其对水环境的影响。
污染物的有效性微量污染物，例如有机物和重金属，都会具有特定的污染机制例如，有机物用于生产某些物种，可能对
某些物种利益具有潜在的危害；重金属会污染水体，可能会影响水体中微生物和植物的数量，从而使某些水生物成为污染物的积累者；而其他有害物质如氰化物和氟离子，通常是
不可见的，但是却可能对水的生物安全及人类健康构成威胁。
最后，研究水文地球化学对水环境有害物质的控制，从而为人类水资源的利用提供技
术保障及理论支持。
只有深入研究不同地区不同水系污染物的扩散及其控制，才能有效减
少水污染，从而使得水资源的管理更加有效、可持续。