天然水的主要理化性质

4 海水密度的变化 大洋水：差别不大 冬季 温度较低，密度较大 夏季 温度较高，密度较小 浅海区：变化较大
1.1.4 天然水的化学分类法 天然水的分类 按单项指标：按硬度、菌度、放射性、酸碱
度、温度
按综合指标：生物学水质等级、营养化等级、 污水等级
1.1.4.1 类 淡 微
按水中离子总量分类： 别 水 咸 水 总 含 盐 量
1） 天然水的总含盐量
总含盐量：天然水中含有可溶性的以无 机盐为主的物质的总量，以∑S表示。 天然水中主要离子成分含量的总和（离 子总量）占含盐量的99.9%以上，天然水的 离子总量可近似地表示总含盐量： ∑S=∑Ci
2）
矿化度
用蒸干称重的方法得到的无机矿物成 分的总量 测定方法：用过氧化氢氧化水中可能含 有的有机物，在105-110 ℃干燥剩余的残渣， 然后称重。

当K15为1时，S恰好等于35。
海水离子总量ST与盐度、实用盐度有下列关系： ｛ST｝g/kg=1.0051{S‰}10-3=1.0051S
5)其他 海水光学盐度计、海水密度计或海水比 重计，也可测定盐度。
1.1.2.2海水盐度的分布变化情况 影响因素：蒸发、降水、海流、结冰、融冰， 海水平均盐度为34.7 ‰ ① 表面分布，各大洋存在两个盐度的高值区， 南北纬20° －30°，三个盐度低值区，赤道与两 极。 孤立海盆区：红海，41 ‰，地中海39 ‰；波罗的海， 不到10 ‰ ② 垂直分布，垂向上，最上层盐度高，深度增 加，盐度下降 ③ 变化：年变化 日变化：＜50m水深处，微小， ≥ 50m水深处，较大差异潮汐
2）盐度上升，具最大密度时的温度下降，其
影响大于对冰点下降的影响。
3）盐度＝24.7‰时，冰点等于具最大密度时
水的温度， 盐度＜ 24.7‰时，冰点小于具最大密度时水 的温度， 盐度＞ 24.7‰时，冰点大于具最大密度时水 的温度。
1.2.1.2 盐度对蒸气压的影响 蒸汽压：物质气相与其固相平衡时，气相产生的 压力。 水的饱和蒸气压：在一定温度下，当水达到蒸发 -凝结平衡时，气相中水蒸气所具有的压强。 在稀溶液中，据拉乌尔定律 P=N1P0 式中，P为溶液蒸气压，N1为溶剂水的摩尔分数， P0为纯水的蒸气压 天然水的蒸气压与盐度S‰间有如下经验关系式 P=P0(1-0.000537S ‰) 大洋海水的盐度约为35‰，P=0.98P0
海水密度是盐度，温度和压力的函数。海 洋学中常用ρ（S,t,p）的形式书写。


在浅海或1000m以浅的海洋上层，海水的密
度或比容主要取决于海水的温度和盐度变 化。

当盐度增加时，出现最大密度的温度降低， 一直降到24.7‰,为冰点出现的最大密度。
海水密度最大时的温度t最密是盐度的函数 ｛ t最密｝℃＝3.975-0.2168S+1.282×10-4S2 海水密度盐度查对表
1.1.4.3 水型表示法
C
重碳酸盐类、钙组、第二型， Ca 5 II 0.4 总硬度为5mol/L，矿化度0.4g/kg
S
Na III
硫酸盐类钠组第三型水
[C,S]CaⅡ 表示C、S存在量相近
水中主要离子的动态，主要决定于各种非生 物因素，生物影响是次要的，其一般倾向 是：多雨潮湿地区，水中含盐量较低，多 为C型 ，干旱地区，水中含盐量较高，且 因Ca2+、Mg2+的碳酸盐、硫酸盐溶解度较 小，过饱和后即行析出，故水也逐渐向Cl 型转变。
-
0.28
阿列金分类法的优点
①用简单的符号比较直观地反映出一种类 型的水所具有的基本水化学特征； ②从系统图可在一定程度上反映了水质特 点变化的规律性。
1.2 天然水的依数性和透光性 1.2.1 天然水的依数性
稀溶液的依数性：在给定的压力、温度条件下，
与浓度有关，而与溶质的性质无关的溶液性 质。 天然水的依数性是指与水中溶质的质点数有关 的性质。
4）溶解及反应能力很强
溶解能力强：对营养物和废弃物的传输提供了 最基本的媒介。
反应能力强：对营养物质的吸收和生物体内各 类生化反应的进行有重要意义。
5）表面张力大，仅次于汞
生理学上的控制因素，控制水的滴落和表面现 象（毛细、润湿、吸附等）
1.1.1.2 水分子结构与异常特性关系 （1） 水分子结构特点 ① ② 很强的极性 （偶极距：1.84D） 形成氢键的能力很强
海雾形成：海水蒸发，使空气中的水分达到饱和。
世界海洋的雾主要产生在冷暖海流汇合处的冷 水面和信风带海洋东岸附近的翻腾冷流上，多出 现于春夏季节。雾的高发区集中在中高纬靠近大 陆岸的海洋上。
全球海雾中心：大西洋纽芬兰岛，北太平洋千岛群 岛，南印度洋爱德华王子群岛
我国海域雾区范围南窄北宽，南少北多，时间上从 春至夏也由南向北推延。 我国沿海海雾中心：山东半岛东岸(超过80天），朝 鲜半岛以西（50多天），舟山群岛。
缺盐湖
淡水湖
淡水湖(库)
半咸水库(库)
浓淡水湖
咸淡水湖
500~1000
1000~3000
咸水湖
盐 湖
10~40
>40
1.1.4.2
按主要离子成分分类：
1）首先按优势阴离子将天然水划分为三类： 重碳酸盐类（HCO3－＋CO32－最多） 硫酸盐类，氯化物盐类 2）然后在每一类中按优势阳离子划分为钙质、
1.44 0.57
100 -60.3
1.84 1.10
H2Se
H2Te
81
130
-65.7
-51
0.60
1.00
-41.3
-2.2
0.40
<0.20
1) 常温下三态变化 1atm下0℃为熔点、100℃为沸点，相对同 系化合物较高
海水状态为 固态－海冰（南极洲＞85%，及北冰洋高纬度
地区）
液态－海水 气态－海雾
（2） 水分子结构与异常特性的关系
水分子的强极性与氢键的形成，使其分子间 作用力较强，内聚力很大，因此其熔、沸点高， 比热容大，汽化热和熔化热高，表面张力大， 水分子的极性强，易与其他物质生成氢键，产 生水合作用，因此水的溶解能力强，介电常数大， 电离能力强和化学反应活泼。 温度－体积效应异常 冰熔为水，温度升高 时两种过程影响其体积和密度：一正常热运动， 体积增大；二氢键解体，晶体空隙填充部分水分 子，体积缩小。0-4 ℃之间，后一过程占优势。
2 海水密度流 由于盐度、温度不同引起海水密度差， 导致水平压强梯度形成海水的流动。 海流（洋流）：海水大规模相对稳定的 流动，是海水重要的普遍运动形式之一。 其形成原因有海面上的风力驱动，天体作 用，海水温盐变化（如热辐射、蒸发、降 水等）引起的密度变化。
3 海洋水密度的分布 水平
赤道区：温度高，盐度低，表面海水密 度低 两极海域：海水密度较高 垂直 海面~1500m，密度递增梯度较大 ＞1500m， 密度递增梯度较小
天然水的主要理化性质
1.1 天然水的盐度、密度和化学分类
1.1.1水的异常特性与水分子结构的关系
1.1.1.1 水的异常特性
水与类似化合物特性的比较 熔点 (℃) 沸点 (℃)
化合物 分子量
溶解热
(4.18kJ· mol-1)
蒸发热
(4.18kJ· mol-1)
H2O H2S
18 34
0.0 -85.5
1.1.2 天然水的含盐量 1.1.2.1 反映天然水含盐量的参数 天然水中的主要离子成分 水中相对含量较高的无机离子，构成水中盐分 的主体。 天然淡水中的主要离子： 阳离子：Ca2+, Mg2+, Na+, K+ 阴离子：HCO3-, CO32-, SO42-, Cl海水中除这8种外，还有 Sr2+, F-, Br-, H3BO3 (H2BO3-)
2)
热能量最大 ①除氨外，水的比热量大。
对生物的体温和地理区域气温起稳定作用。
②异常的蒸发热、熔解热。
决定大气和水体之间热和水分子的转移，冰点时温度稳 定。
3）温度－体积效应异常 0-3.98 ℃内，热缩冷胀
冰浮于水，使垂直循环只在限定的分层水体里进行， 使溶解在水中的氧及其他营养物质得以在整个水域分布均 匀
S‰=1.80655 Cl‰
（1966）
实用盐度：S＝0.0080-0.1692K151/2 +25.3851K15+14.0941K153/27.026K152+2.7081K155/2

K15:15℃和1标准大气压下，海水样品的电导率
和质量比为32.4356×10-3 的KCl溶液电导率的
比值。
（2）随深度增大，能量衰减很快。
进入水中太阳辐射总能量衰减情况：
1.2.1.1 盐度对冰点及对最大密度时的温度影响 1）盐度上升，冰点下降 Tf=Kfm 其中Tf为冰点下降量，Kf 为冰点下降常数， m为溶质的质量摩尔浓度 水的冰点下降常数Kf=1.855Kkgmol-1。 在101.3kPa（1大气压）下海水冰点与盐度间的 关系如下 Tf(℃)=-0.0137-0.05199S‰-7.225×10-5(S‰)2 大洋海水的盐度约为35‰，求得 Tf =-1.922℃
1.1.3 天然水的密度 1.1.3.1 纯水的密度
纯水的密度是温度和压力的函数 天然水的密度是温度、含 的函数。 盐量、盐分组成、压力
1.1.3.2 海水密度及海水密度流 1） 海水密度

单位体积海水的质量定义为海水的密度， 用“ρ”表示，单位kg· m3.其倒数为海水的比 容，即单位质量海水的体积，单位m3 · kg。
1.2.1.3

盐度对渗透压的影响
渗透压：当用半透膜将溶液与纯水隔开时，阻止 水分子向溶液渗透时必须向溶液施加的压力。 Π=cRT Π--渗透压,Pa， c—溶质质点的浓度,mol/L， R—气体常数，8314.4Pa· L· K-1· mol-1, T—热力学温度，K 用冰点下降数据对渗透压进行换算 0℃时，Π0=101325（12.08Tf） 任意温度时 Πt=Π0· (273.15+t℃)/273.15
1.2.2 天然水的透光性
1.2.2.1 纯水对太阳光的吸收特点
（1）有一定的选择性。
可见光波长为0.35~0.6μm穿透力最 强。与植物的光合成色素的极大吸收区 大体相符。
水的深度与光照强度的关系：
Iz = I0e-εz
纯水对各种光的吸收系数
光 紫 靛 蓝 蓝 绿 黄 黄 橙 红 色 蓝 色 绿 色 绿 色 色 色 色 光 光 光 光 光 光 光 光 光 波 长（nm） 415 450 470 490 530 550 590 615 660 吸收系数 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.10 0.20 0.25
世界河、湖、海水平均组成（%）
成 分 河 湖 海 水 成 分 河 湖 海 水
CO32SO42ClSiO2
35.2 12.1 5.7 11.7
0.4ຫໍສະໝຸດ Baidu 7.68 55.04 -
Mg2+ Ca2+ Na+ K+
20.4 3.4 5.8 2.1
1.16 3.69 30.61 1.10
NO3-
0.9
-
H3BO3 Sr2+
＜1 g· Kg-1 1~25 g· Kg-1 25~50 g· Kg-1 >50 g· Kg-1
具海水盐度的咸水 盐 水（卤 水）
《中国内陆水域渔业资源调查与区划》(1990)从 渔业利用角度把我国湖泊和水库划分为：
类 别 总含盐量 (mg· Kg-1) ＜100 100~500 类 别 总含盐量 (g· Kg-1 ) <3 3~10
3）海水的氯度
由于氯化物构成约占盐度的55%，所以 可用氯化物作为测定盐度特性的基础。 氯度：在1000g海水中，所有的溴和碘被当 量氯所置换后，所含氯的总克数，Cl‰表 示。
4） 海水的盐度
在1000g海水中，将所有的碳酸盐转变为氧化物， 所有的溴和碘被当量氯所置换、并且一切有机物 均已完全氧化之后的全部固体物质的总克数，以 10-3或‰为单位，以 S‰表示。 天然水的盐度变化基本上0~40‰以上，海水盐 度一般变化为33~37‰ S‰=0.030+1.8050 Cl‰ (1902)
镁质和钠质三组。
3）最后依阴、阳离子间的摩尔浓度(均折算为带单 位电荷粒子)比例关系划分为四个水型： Ⅰ型：HCO3->Ca2++Mg2+ Ⅱ型： HCO3-<Ca2++Mg2+< HCO3-+ SO42Ⅲ型： HCO3-+ SO42- < Ca2++Mg2+ 或Cl- >Na+ Ⅳ型： HCO3-=0