东华理工大学水文地球化学
东华理工大学土木与环境工程学院专业介绍
东华理工大学土木与环境工程学院专业介绍土木与环境工程学院土木与环境工程学院设有水文与水资源工程、环境工程、给水排水工程、土木工程、辐射防护与环境工程5个本科专业，水文学及水资源、地质工程、岩土工程和环境工程4个硕士学位授权点，有省级重点学科1个、部级重点学科1个、省级重点建设学科1个，与国防科工委共建学科2个，江西省品牌专业2个。
拥有资源与环境研究所、岩土工程研究所、环境工程研究所、IAEA亚太地区热水同位素数据中心和中低温地下热水国际培训中心、地下水模拟中心等机构及多个专业实验室。
长期以来与国际原子能机构及日本、欧美等国著名院所具有长期的科技合作与交往。
该院师资队伍实力雄厚，拥有中国工程院院士1人、教授14人、副教授16人。
享受国务院政府特殊津贴专家3人、江西省高校中青年学科带头人4人。
该院十分注重提高教学质量，培养高质量人才，现在校硕士研究生近40人，本科生千余人。
1956-2006年共培养本科毕业生3400余人，一次性就业率达95%，毕业生主要去向是各科研院所、高等院校、交通、国防、市政、环保、水力、水电等企事业单位。
专业介绍080802水文与水资源工程培养目标：培养适应社会主义经济建设需要，德、智、体、美、劳全面发展，基础理论扎实、知识面宽、动手能力强、素质高，具有创新精神和实践能力，具备从事水资源、水环境、岩土工程等方面的勘察、规划、设计、施工、管理、教学和科研的能力，拥有以水文地质与工程地质为特色的应用型高级专门技术人才。
主要课程：水文地质学基础、水文学原理、地下水动力学、水文地球化学、铀水文地球化学、环境学概论、水环境化学、水质分析实验、岩土力学、工程地质学基础、水文地质勘察、环境水文地质、岩土工程勘察。
该专业是国防科工委重点建设学科，江西省品牌专业，有硕士学位授予权，并与南京大学、中国地质大学、中国科学院地质所等著名院所联合培养博士生。
081001环境工程培养目标：培养适应我国社会主义经济建设需要，德、智、体、美、劳全面发展，较全面地掌握环境工程、环境监测、环境规划与管理等基础理论、专业知识及基本技能，具备较扎实的理论基础、较宽广的专业知识、较强的英语语言和计算机应用能力、实践动手能力，良好的人文素质和创新精神，能在政府、规划、设计、环保、工矿企业、科研、教学等部门从事规划管理、技术开发、工程设计、施工和运行管理、科学研究与教学等方面工作的环境工程学科高级专业技术人才。
第4章 水文地球化学参数
第四章水文地球化学参数水文地球化学参数有三类：物性水文地球化学参数，条件水文地球化学参数，综合性水文地球化学参数。
第一节物性和条件水文地球化学参数一、物性水文地球化学参数物性水文地球化学参数是反映事物的性质（物质的性质和物质间相互作用时的质量和能量关系）的参数。
如平衡常数，反应速度常数，分配系数，吸附容量，自由能，焓，熵，标准电子活度或标准电极电位，离子电位，离子半径和价态，以及原子结构和其外层的价电子层结构都是反映事和物内在本性的参数。
这些参数反映的是事物的本性，或反映的仅仅是事物在理想状态时的特征。
事物在理想条件下的状态与实际条件下是有一定的差距的。
在研究客观具体事物时还需根据具体条件作具体分析。
但尽管如此，收集和掌握这些参数对水文地球化学研究无疑是非常必要和有益的，因为这些参数是对事物进行分析判断的基础，是对事物进行理论计算和实践设计必不可少的参数。
二、条件水文地球化学参数条件水文地球化学参数是反应体系及其环境所处的条件的参数，是用来描述事物或体系与环境的外观状态的参数，当然也是进行水文地球化学计算时所需要的基本数据。
它们主要有水化学组分，含量，pH，pE或Eh，温度，压力等。
无疑这些参数是水文地球化学研究和计算中必不可少的重要参数，因而也是我们野外和实验室工作中必须取得的主要资料。
第二节参比和综合性水文地球化学参数上面已提及，仅有物性水文地球化学参数是不能对水岩体系的客观状态和变化作出确定性的定量回答，也是无法对水岩体系进行具体的水文地球化学计算。
但是仅仅依靠条件水文地球化学参数也是不够的，因为同一个客观具体条件对不同的事物的影响显然是不尽相同的。
对一个事物要作出既科学又符合客观实际的回答，必须将理论与实践相结合，也就是说，将事物的条件状态与该条件下事物发生变化的边界状态相比较，才能对事物的状态、发展结果和将可能发生的事件作出正确的论断。
反映实际条件与该具体条件下的边界条件相比较的结果的参数便是综合性的参数，如饱和指数、反应条件指数等。
第七章 地下水的水文地球化学分带
一、按矿化度分带
毕涅克尔将地下水的矿化度作为划分水文地球化学分 带的指标，按矿化度克分为三个带：
1．淡水带
矿化度小于 1g/L ，一般位于承压水盆地边缘或垂直剖 面的上部。水化学成分为HCO3型水(HCO3－Ca－Na)。 极淡水：<0.1g/L；正常淡水<0.5g/L；硬淡水：<1g/L
Company三、东北北部
大兴岭山地冻土区，广泛分布着M<0.2g/L的HCO3 －Ca型溶滤水，而东北平原则为M=0.5－1g/L的 HCO3 －Na－Ca型水。在盆地低洼地带，又于潜水水位较低， 排泄不畅，有M=1－3g/L的HCO3－Cl－Na－Ca型咸水 分布。
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（3）水文地质开启构造的水平分带类型
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（4）有断裂位移的复杂构造中的水平分带类型
2、水平分带类型
（3）水文地质开启构造的水平分带类型
这一类型同样表现为不完全分带性，但与以上类型 的区别是分带很不发育，一般只保留前几个分带，而后面 的分带已全部被排挤出去。 这种分带类型存在与褶皱山区水交替强烈的小承压 水盆地和在大型承压水盆地水积极循环的含水层中。
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7.1 潜水的纬度分带
一、秦岭—淮河线以南及东南广大地区
丘陵广布、气候湿润，年降水量大于1500mm，水文 网切割强烈，可溶盐分布被大量冲刷和淋滤带走。因此， 该地区广泛分布着溶滤作用形成的地矿化度的重碳酸盐 型淡水。其阳离子成分主要受含水围岩成分的影响： 灰岩、白云岩地区：HCO3-Ca或HCO3-Ca-Mg型 水。 花岗岩地区： HCO3-Na型水。 变质岩、火山岩地区： HCO3 –Ca-Na或HCO3 –NaCa型水。 矿化度<0.5g/L
第四章 水及水中同位素成分
2、分类 （1）按同位素产生的条件 天然同位素, 如：3H，14C，18O等 人工同位素, 如：人工3H，60Co，82Br
（2）按结构稳定性
稳定同位素, 如：D , 13C, 放射性同位素, 如：3H,
12C
14C, 238U
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4.1同位素基础知识
二、同位素组成及其表示方法和标准
3、国际标准 表4-1 O、H、S、C国际标准
元素 标准 代 号 同位素的组成
18O/16O=(1993.4 ±2.5)×
O
标准平均海水
SMO W SMO W
CDT
H
标准平均海水
10-6 δ 18O=0‰ D/H=(157.6±0.3)×10-6 δ D=0‰
若δ(‰)>0，表示样品比标准富含重同位素 δ(‰)<0 ，表示样品比标准富含轻同位素
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4.1同位素基础知识
二、同位素组成及其表示方法和标准
3、国际标准
为了准确的比较不同样品间同位素比值的变化，国
际上采用统一标准。 例 如 ： 某 水 样 测 得 1 8 O/16O = 1973.4×10-6 ， 水 样 δ18O=-10‰，说明该样品比标准富16O 10‰
1、同位素分馏 某元素的同位素，由于质量差异，使其在物理-化学过 程中，以不同比例分配于不同的物质或不同相之间的现 象，称之为同位素分馏。
原因：质量差引起物理性质和化学反应速度的差异
例如： H2O
蒸发相中富含16 O H2 O 蒸发 18 液相中富含 O 18
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水文地球化学在高放废物处置库选址中的应用
水文地球化学在高放废物处置库选址中的应用李江波【摘要】介绍了高放废物处置库研究的有关内容,重点阐述了高放废物处置研究中涉及的有关水文地球化学问题,并总结相关问题研究所取得的成果和认识,指出了在今后的研究工作中应该注意的问题.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2010(036)004【总页数】2页(P109-110)【关键词】高放废物;水文地质;水文地球化学【作者】李江波【作者单位】东华理工大学土木与环境工程学院,江西抚州,344000【正文语种】中文【中图分类】P641.30 引言如今,能源紧缺已经成为一个世界性的普遍问题。
我国人口众多,能源短缺对我国经济发展的影响显得尤为突出。
为解决能源问题,各国都不约而同地将目光投向了核能的开发与利用。
无论是核电站建设还是核设施退役,都会产生大量的放射性核废物。
对这些核废物的安全处置,已经成为核科学研究领域内的一项重要课题,同时也成为核能源大力发展的严重障碍。
在众多处置方案中,高放废物深地质处置是开发时间最长,也是最有希望投入应用的处置方案。
地下处置的目的能否最终实现,主要将取决于核素在基岩中的迁移形式及迁移速率,而这种迁移与地下水的动力学及化学特征有着极为密切的关系。
处置库选址中的水文地质工作,就是要查清预选区的地下水动力学及化学特征,为处置库的最终确定提供依据[1]。
1 地下水对核素迁移的影响高放废物深地质处置的基本概念是把玻璃固化后的核废物装入容器,再将其置入地下深部的基岩硐室中,同时以膨润土缓冲回填材料和密封材料回填,即设置多重屏障以阻止放射性物质释放、迁移和返回生物圈。
地下处置库场址能否最终确定,主要取决于核素在基岩中的迁移形式及迁移速率,而这种迁移将通过地下水的“载体”作用进入生物圈。
因此,了解预选区的水文地质环境特征非常重要,同位素方法是查清地下水的来源、滞留时间和地下水循环交替特征的一种有效手段[2]。
虽然玻璃固化体中的核素封闭于多重屏障系统内,但无论如何也不能永远地阻止核素向生物圈迁移。
2024年度东华理工大学地球化学课件5
12
03 水体环境地球化 学特征
2024/3/23
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水体组成及循环过程
2024/3/23
水体组成
水体主要由水分子组成，同时含 有溶解的气体、矿物质、有机物 和生物等。
水循环过程
水循环包括蒸发、降水、地表径 流、地下渗透等环节，实现了水 资源的不断更新和分配。
加强饮用水水源地保护，开展河流湖泊生态修复，实施雨水收集和再利用等。同时，加强水资源监测 和信息化建设，提高水资源管理水平和效率。
2024/3/23
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04 大气环境地球化 学特征
2024/3/23
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大气组成结构及其变化原因
大气组成
大气主要由氮气、氧气、氩气和 二氧化碳等气体组成，其中氮气 和氧气占比较大。
2024/3/23
元素地球化学
元素在地球各圈层中的分布、分配、迁移和转化 规律，以及元素在地球化学过程中的作用和意义 。
环境地球化学
研究人类活动对地球环境的影响，以及地球环境 对人类活动的响应和反馈机制。
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地球化学在环境保护中应用前景展望
大气环境地球化学
研究大气中化学物质的来源、分布、转化 和归宿，以及大气环境对人类健康的影响 。
危害
02
水体污染会导致水质恶化，破坏水生生态系统，危害人体健康
等。
治理措施
03
针对不同污染源和污染物，采取相应的物理、化学和生物治理
措施，如污水处理、底泥疏浚、生态修复等。
16
水资源保护策略与实践
保护策略
制定水资源保护法律法规，实施水资源总量控制和定额管理，推广节水技术和水资源循环利用等。
第十一章 水文地球化学研究方法
11.1 地质学方法
二、室内资料综合分析整理与水文地质图件的编制
2、数据处理
数据处理就是对所取得的大量数据进行分析、整理，以 便取得规律性的认识。 对于水文地球化学数据，通常采用概率论与数理统计的 方法进行处理。
11.1 地质学方法
二、室内资料综合分析整理与水文地质图件的编制
四、确定古地下热水的温度 恢复地下水温度的主要方法： 1．利用各种类型地质构造（水文地质构造）地热规律 恢复地下水温度 2．利用矿物包裹体测温直接测定古地下水的温度 3．矿物学、地球化学、物理－化学、同位素测温等方
法
11.5 其它方法
一、压出液分析法 用压榨方法得到的孔隙溶液样品的特点是微量微容，难 于用常规的化学方法进行分析，只有用仪器分析才能取 得定性和定量的数据。 二、岩石矿物气－液包裹体分析鉴定法 主要采用的矿物气－液包裹体的取样方法是：浸出法提 取、微钻直接提取、真空粉碎提取和高温燃烧等方法。
11.2 同位素方法
四、放射性同位素方法
1．氚在水文地质中的应用 （1）计算地下水的年龄 （2）确定地下水与地表水之间的联系 （3）解决工程地质中的渗漏问题
11.2 同位素方法
四、放射性同位素方法
2．14C年龄测定原理及其应用 （1）14C年龄测定原理 当大气及水中的二氧化碳不发生交换时，有机体和碳酸 盐所含14C将得不到新的补充，其原始的放射性14C按照 衰变规律而减少，根据14C含量可以测定地下水的年龄 。 （2）14C测定年龄的应用 对于地下水中的碳酸盐或重碳酸盐来说，计算地下水的 年龄，主要是对承压含水层中的水而言。
古地下热水温度的确定
11.4 古水文地质方法
地球化学-东华理工大学地球化学课件3 - TJH-PPT精品文档
（2）通过对大区域出露的不同岩石进行系统取样 和分析.
在区域内采集不同时代的不同类型岩石的代表性 样品，对所获得的样品进行分析测试，然后按照各 类岩石在区域内所占的比例，求出该区域的元素丰 度。
世界上迄今为止只有加拿大地盾和中国东部两 个地区。 优点：1、是上地壳元素丰度研究的最可靠办法；2、 可以同时研究所有主量元素和微量元素的唯一方法。
2）泰勒和麦克伦南（Taylor和McLennan,1985）提出 细粒碎屑沉积岩，特别是泥质岩，可作为源岩出露区上 地壳岩石的天然混合样品，用后太古宙页岩平均值扣除 20%计算上部陆壳元素丰度。
（3）细粒碎屑沉积岩法
缺点：不能给出大陆上地壳主量元素的丰度，对微量元 素的研究也仅限于不溶元素和中等程度的不溶元素。
第三章
地球的化学组成
本章内容
1、地球的结构 2、大陆地壳的结构和组成特征 3、大洋地壳 4、地壳的元素丰度 5、地幔的组成 6、地核的组成 7、地球外部圈层的组成 8、地球的化学组成
1、地球的结构
地震横波：在固态中传播，在液态中不能传播。传播速度慢。 地震纵波：在固态、液态中均可以传播，传播速度快。
人们已获得对大陆地壳研究的认识
1. 大多数地区地壳由上、中、下地壳三层组成。 2. 随深度增加，温度和压力增大，变质程度升高，因此不 同深度的岩石对应不同的变质相。 上地壳：未变质相至绿片岩相岩石和花岗岩侵入体组成 （花岗质）
中地壳：英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长质片麻岩为主 的角闪岩相岩石组成（英云闪长质）
鉴别大陆地壳剖面的标志为（Fountain and Salisbury, 1981）:
（4）地表出露的被确认为下地壳的岩石可直接延伸至地壳深部。 根据地震波速与岩石类型和化学成分之间的关系，可由地震测深 结构推测深部岩石组成。
12.第十二章 地球化学模式简介
二、矿物在水中的溶解量计算
三、确定铀矿体分布范围
11.4 地球化学模式的应用
根据矿床地下水总溶解铀等值线图，可以圈定矿体范围。
图10-4 得克萨斯的南部某铀矿床的矿体轮廓图
11.4 地球化学模式的应用
根据矿床水中沥青铀矿（UO2）饱和指数可以确定铀矿体分布范围。
图10-5 得克萨斯的南部某铀矿床的UO2（c）所计算的饱和指数SI图
（1）计算元素在水中的存在形式； （2）计算矿物的饱和指数—可能由水中沉淀析出的化合 物； （3）模拟两种以上溶液的混合作用—混合后的水化学成 分、Eh、pH和SI值； （4）模拟有机与无机化合物相互作用引起的溶解、沉淀 作用；
11.2 常用地球化学模式程序简介
二、地球化学模式程序简介 1、PHREEQC 2、MINTEQA2 3、SOLMINEQ.88 4、EQ3/6
11.3地球化学模式的基本类型及原理
主要有三种基本类型：
（1）质量平衡模式（Mass Equilibrium Model)
以研究物种形式（Species)为主体，建立在质量、能 量和电荷守恒定律的基础上，是计算物质在水中存在形
式和饱和指数的模式。
（2）质量转化模式（Mass-transfer Model) 建立在热力学和反应动力学基础上，以研究物种形式及 转化数量、转化速率为主体，是计算天然水体中或水-岩 体系中物质转化的模式。
U = 1E-5 U = 1E-7
100
0
（矿化带）样品位于铀
-100
沉淀区当中。还原带样
品位于铀沉淀区下方。
5 6 7 8 9
-200
-300
pH
图10-16 铀矿体定位的水岩体系Eh、pH值范围
4第四章 水及水中同位素成分讲解
δ D=0‰
2、同位素组成表示方法 （2）同位素比值 指物质中某一元素的两种同位素含量之比 R=CA/CB 式中， C表示同位素含量 A—重同位素 B—轻同位素 例如RD =D/H R18O =18O/16O R34S =34S/32S 等
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4.1同位素基础知识
二、同位素组成及其表示方法和标准
2、同位素组成表示方法 （3）δ值（千分偏差值） 指物质中某一元素的两种同位素的比值相对于某一
种标准比值的千分差值：
δ(‰)=(R样—R标)/R标×1000‰ 式中 ： R样—样品中的同位素比值
R标—标准中的同位素比值 若δ(‰)>0表示样品比标准富含重同位素 δ(‰)<0 表示样品比标准富含轻同位素
3H, 14C, 13C/12C Radioactive decay
18O/16O, 2H/1H
4.1同位素基础知识
二、同位素组成及其表示方法和标准
1、同位素组成
物质中，某元素的各种同位素的相对含量，即为该 物质中该元素的同位素组成，如：水分子中，氢元素有 二种稳定同位素: 11H、21H ，这二种同位素在水中的相对 含量，即为水的同位素组成。
Hydrogeochemistry
水文地球学
东华理工大学水文地球化学课程组
本章内容
4.1 同位素基础知识 4.2 氢氧稳定同位素 4.3 氢的放射性同位素—氚 4.4 碳同位素 4.5 硫同位素成分 4.6 同位素在水文地质学中的应用
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环境同位素，包括自然环境中原本存在的天然同位 素和在各种人工核反应过程中，自然进入天然环境的人 工同位素，如：核反应堆。
地球化学-东华理工大学地球化学课件2-TJH-精选文档
二、陨石的化学成分
1、陨石(Meteorite)：是从外层空间落到 地球上的固体物质，质量大小从几克 到几十吨不等. 陨石和流星(meteor)都 来自流星体（meteoroid），当流星 体足够大，并能够受住大气层的严峻 考验落到地面，即为陨石。
2、陨石的研究意义
陨石是空间化学研究的重要对象，具有重要 的研究意义： ① 它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及 其演化的最易获取、数量最大的地外物质； ② 也是认识地球的组成、内部构造和起源的 主要资料来源； ③ 陨石中的60多种有机化合物是非生物合成 的“前生物物质”，对探索生命前期的化学演 化开拓了新的途径； ④ 可作为某些元素和同位素的标准样品（稀 土元素，铅、硫同位素）。
体系中元素的丰度(abundance)值实际上只能对这 个体系里元素真实含量的一种估计，它只反映了元素 分布特征的一个方面，即元素在一个体系中分布的一 种集中（平均）倾向。 元素在一个体系中的分布（distribution) ，特别是 在较大体系中决不是均一的。因此，元素的分布还包 含着元素在离散程度（不均一）的特征，因此元素的 分布: ①元素的相对含量（平均含量）= “丰度”；② 元素含量的不均一性（分布离散特征数、分布所服从 统计模型）。 需要指出的是，从目前的情况来看，地球化学对元 素特征所积累的资料（包括太阳系、地球、地壳）都 仅限于丰度的资料，关于元素分布的离散程度及元素 分布统计特征研究，仅限于少量范围不大的地球化学 体系内做一些工作。
花岗岩
华南燕山早期 花岗岩体分布图
地球
估算地球化学体系总体化学组成的方法: ① 用主体代表整体。如用太阳的组成代表太 阳系的组成。 ② 若已知系统各部分的成分后，可用加权平 均法求整体的化学组成。如用上中下地壳 的组成求整体地壳的化学组成。 ③ 在拟定的模型基础上，求系统的化学组成 。如用陨石对比法求地球的化学组成。
地球化学-东华理工大学地球化学课件6(1)- TJH-精品文档
Z=6
N=10
部 分 核 素 图
A=12
每一方格代表一个核素，每个核素是由一定数目质子(Z)和中子(N)组成的核。阴影 方格代表稳定原子，白色方格代表不稳定的或放射性核素。同位素是具有相同Z值 不同N值的原子。同中子异位素(isotone)具有相同N值不同Z值。同量异位素(isobar) 是A值相同，Z值和N值不同的原子。只有同位素是同一元素的原子，因此具有相同 的化学性质。
A Z A M M Q例 Z 1
如：
40 19
40 K Ar 18
Q：中微子（v）＋能力（E）
B.β-衰变: 原子核自发地放射出β-粒子，β-相当于 电子，带有一个负电荷。
A Z A M M Q Z 1
例 如：
87 37
87 Rb Sr 38
6.1.3 核衰变
放射性同位素不断自发地发射出质点和能量，
改变同位素组成并转变成稳定的核素，这种 过程称核衰变反应或蜕变。衰变反应是引起 放射性同位素丰度变化的主要原因。
放射性核素在衰变过程中遵守能量、质量和
电荷守恒定律，具有一定的规律性。重要的 衰变形式有以下几种：
4 1)α衰变：原子核自发地放射出由两个质子和两个中 2 He 子组成的α质点（即 ，称四粒子组）而发生的衰变。 A A － 4 M M ＋E Z 1 Z － 2 2
例 如：
226 88
222 4 Ra Rn He 86 2
M1：母体；M2：子体；A：原子量；Z:原子序数；E：能量
2)β衰变: 原子核自发地放射出β粒子和中微子而发 生的放射性衰变. 分为β＋和β－两种类型. A.β+衰变:原子核自发放射出β+粒子。β+粒子又称正 电子，是质量与电子相等而带正电荷的粒子。
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。
第八章 地下热水的分布规律和水化学特征
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8.2 地下热水的水化学特征
二、火山和近期岩浆活动型地下热水
1、近代火山型
（2）垂直方向水化学特点（深部）
在深部还原条件下生成的热水和蒸气。 水型：Cl-Na或Cl-HCO3-Na型水。 M：＜4－5g/L。 pH>7。
气体：CO2为主，H2S 、N2次之。
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8.2 地下热水的水化学特征
一、隆起带断裂构造型地下热水
2、标志性元素
（3）氟
A、结晶岩地区含有丰富的含氟矿物，为水中氟提 供了充足的来源，如：云母、氟磷灰石、萤石等。 B、隆起带地下热水富Na+，低Ca2+的水化学特点， 有利于F－迁移。 C、水温的升高，有利于F－在水中的迁移。 D、pH值大于8，有利于F－的迁移。
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8.1 地下热水的分布规律
三、我国地下热水分布规律
2、板内地热带的隆起带断裂构造型地下热水
（ 2）分布
A、胶辽―东南沿海带：包括辽东、胶东半岛、湖 南、湖北、江西、福建、广东、台湾等热水点800多处， 占全国总数的1/3。超过100℃的热水点不多见，但在台 湾和福建有多处达到100℃以上。 B、冀垫―雪峰带：包括河北、山西、太行山、秦岭 东段、湖南西部、广西东部等山区。热水点300多处， 水温多小于60℃，为中低温热水。 C、南北热水带：包括云南、四川西部及宁夏等，热 水点100多处，水温大多大于60℃。
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8.2 地下热水的水化学特征
三、沉降带盆地地下热水
（3）江汉平原、四川盆地、柴达木盆地，由于地层 中分布有岩盐层，地下热水矿化度极高，并出现热卤水， 矿化度大于100g/L，多为Cl-Na-Ca型水。 （4）沉降带盆地型地下热水中缺少SO4。 （5）气体成分多为CH4、N2、H2S、CO2等。 （6）沉降带热卤水中多富集I，Br、B、Li、Pb、 Cs、Sr、Ba等。
第三章 地下水中的无机化学成分
a2 a3
100 1 H / K K /H 100 HCO / DIC CO / DIC 1 H / K K H / K 100
2 2 2 1 3 1 3 2 3 2 1 3 3
K 2 H HCO3 /H 2CO3 106.4
2 K3 H CO3 / HCO3 1010.3
溶于水中总无机碳：
2 DIC CO2 H2CO3 HCO3 CO3
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3.1 地下水中的大量组分
三、HCO3-和CO321、碳酸平衡及其与pH值的关系 可以推出pH值与各碳酸组分之间的关系：
pH log HCO3 /H 2CO3 6.4
2 pH log CO3 / HCO3 10.3
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概述
地下水中的无机化学成分分类
地下水中的无机化学成分，按其存在形式和 数量可分为四组： （1）大量组分 决定水化学类型，一般含量大于 100mg/L ， 主要是常规的离子形式，Cl-、SO42-、 HCO3-、 CO32-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。 另外 H+、 NH4+、 NO2-、 NO3- 、 H3SiO4、 Fe3+、 Fe2+等也列入大量组分。
K 2 H HCO3 /H 2 CO3 106.4
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3.1 地下水中的大量组分
三、HCO3-和CO321、碳酸平衡及其与pH值的关系 可以推出pH值与各碳酸组分之间的关系：
东华理工大学2008 — 2009 学年第 2 学期水文地质学基础 期 末 考试试题(A1)卷答案
5、如图所示，回答下列问题：（8 分）
（1）在图中画出示意流网图（图中“
”表示地下分水线）（3 分）
（2）在甲、乙处各打一口井，要求井的深度不同，且甲井水位比乙井水位高。试在图上表
示出两口井如何打，并标出井水位。（3分）
（3）写出图中含水层的均衡方程式。（2分）
答：（1）见右图 （2）见右图 （3）Q降雨入渗－Q河＝△ω
东华理工大学 2008 — 2009 学年第 2 学期
水文地质学基础
期 末 考试试题（A1）卷答案
题目
一
二
三
四
五
六
总得分
得分
一、名词解释（每题 3 分，共计 15 分）
1、绝对湿度：指某一地区在某时刻空气中的水汽含量。
2、结合水：附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水。
3、重力给水度：饱水岩石在重力作用下给出的水的体积与饱水岩石总体积之比。 或当地下水位下降一个单位高度时，单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出来的水体积。
6.36 56.19 4.4
pH
8.03
H2SiO3
64.02
温度/℃
45
原子量：Na：23.0，K：39.1，Ca：40.1，Mg：24.3，
答：（1）求矿化度
Cl：35.5，S：32.1，O：16.0，H：1，C：12.0。
M
mi
1 2
m[ HCO3]
=(1.02＋17.08+6.11+0＋1.37＋6.36+56.19+18.7+64.02-56.19*0.5)*10-3
4、地下水流动水系统：指从源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。
东华理工水文地球化学 孙占学习题
第一章地下水的无机化学成分一、名词解释1、侵蚀性CO 2 2、游离CO 2 3、平衡CO 2 4、Ph 5、去硝化作用6、硝化作用7、微量组分8、大量组分9、组分二、填空题1、地下水中的化学组分可以分为四组：（），（），（），和（）；水的中性点的pH 值随温度的升高而（）。
2 、Cl - 具有很强的迁移性能，其原因在于：（），（），（）。
碳酸衍生物的存在形式与水的pH 值有关，当pH>8 时，以（）占优势：当pH<5 时，则以（）占优势。
3、细菌按呼吸方式分有和两大类。
三、简答题1、地下水中氟的来源简况。
2、地下水中的主要气体成分及来源。
3、何谓地下水中的微量元素？研究它有何意义？4、什么是硝化作用或去硝化作用，它们各在什么环境中进行？四、论述题试论地下水中二氧化碳的起源及其水文地球化学意义。
第二章地下水中的有机物质及其地球化学意义一、简答题1、机物质对元素的迁移与沉淀有何影响? 2、溶性有机物质对地下水中元素迁移和富集的影响？3、下水中的有机质的来源有哪些？其中哪个最重要？4、机物质对铀的迁移和富集有何影响？5、溶性有机物质对化学元素在水中的迁移和富集有哪些影响？6、什么情况下有机物有利于铀的水迁移，在什么情况下它有利于铀的沉淀？二、填空题1、地下水中有机质的主要来源有（）和（）。
三、论述题根据表3.12 和3.13，分析地下水中有机物的来源。
表3.12 补给、迳流和排泄区地下会中有机物的含量补给区迳流区排泄区化合物平均值mg/L 分布率% 平均值mg/L 分布率% 平均值mg/L 分布率% 挥发性有机酸6.7 58 60.0 58 25.6 70 有机酸6.7 88 26.0 93 20.1 100 环烷酸1.9 34 1.3 38 2.3 67 高分子酸0.09 65 0.15 71 0.12 61 酚类 1.1 50 1.2 46 0.5 59 表3.13 地下水中有机碳的含量地下水有机碳平衡含量，毫克/升潜水27.4 层间承压水48.5 层间承压水的排泄区52.5 石油矿床附近的层间承压水370～826 油汽凝结矿床附近的层间承压水（以酸性挥发有机物为主）石油矿床外围的层间承压水110 石油矿床中不产油的地层水60第三章水及水中元素的同位素成分（一）名词解释1、同位素效应2、同位素分馏3、温度效应4、纬度效应5、高程效应6、大陆效应7、季节效应8、雨量效应9、山体屏蔽效应10、氧漂移11、降水氢氧稳定同位素的高程效应（二）填空题1、氧同位素的国际标准英文缩写为（），而碳同位素的国际标准缩写为（）。
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一、名词解释（每题3 分，共21 分）1、BOD：指用微生物降解水中有机物过程中所消耗的氧量，以mg/L 为单位。
2、脱硫酸作用：在缺氧和有脱硫酸菌存在的情况下，SO42- 被还原成H2S 或S2-的过程。
3、同离子效应：一种矿物溶解于水溶液，如若水溶液中有与矿物溶解相同的离子，则这种矿物的溶解度就会降低，这种现象在化学上称为同离子效应4、降水氢氧稳定同位素的高程效应：大气降水中的18O 和D 含量随着海拔高程的增加而不断下降的现象。
5、酸性垒：当中性或碱性条件转变为弱酸性和酸性条件或在pH 值急剧降低的地段所形成的地球化学垒。
6、水分子的缔合作用：由单分子水结合成比较复杂的多分子水而不引起水的物理化学性质改变的现象。
7、硅质水与硅酸水：SiO2 含量大于50mg/L 的水称为硅质水（1.5 分）；在阴离子中，HSiO3-占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5 分）。
二、填空（每题1 分，共14 分）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（介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（氢键）的破坏需要较大的能量。
2、在35℃下，pH=7 的地下水是（碱）性。
在天然水化学成分的综合指标中，体现水的质量指标的有（TDS，硬度，含盐量或含盐度, 电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（COD，BOD，TOC，Eh ）。
3、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于（0.1 mol/L ），而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于（0.5 mol/L ）。
4、空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原）条件，而水迁移的标型元素主要决定环境的（酸碱）条件5、在氮的化合物中，（NO-2，NH4+ ）可作为地下水近期受到污染的标志，而（NO-3 ）可作为地下水很早以前受到污染的标志。
6、Fe2+在（酸）性中迁移强，而在（碱）性中迁移弱。
7、地球化学垒按成因可分为（机械）垒、（物理化学）垒、（生物）垒和（复合）垒。
8、碱度主要决定于水中的（HCO-3，CO2-3 ）的含量。
硬度是以（Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（HCO-3，CO2-3 ）的毫克当量总数乘以50。
9．大气CO2 的δ13C 平均值是（-7 ‰），而土壤CO2 的δ13C 平均值是（-25‰）。
10．标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（它的迁移能力）。
11．弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（渗透分散）。
12、SiO2 和Na/K 地热温度计适用的温度范围分别为（0~250 ℃）和（150~350 ℃）。
13．近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2-4 SO2-4 Cl- ），而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO-3 ）。
14．海水的水化学类型为（Cl-Na ），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na -Ca ）。
三.简答题（每题5 分，共30 分）1、氧漂移及其影响因素?答：（1）由于岩石的δ18O 值比水的δ18O 值大，因此，水—岩同位素交换的结果是使水富18O（δ18O 值增大），而岩石18O 贫化（δ18O 值减少），这种现象称为氧漂移（2 分）。
（2）影响氧漂移的因素主要有：A、温度越高，氧漂移越明显（1 分）；B、水及岩石的初始δ18O 值差别越大，氧漂移越明显（1 分）；C、水与岩石接触的面积越大，时间越长，氧漂移越明显（1 分）；D、水与岩石中氧元素的含量比越小，氧漂移越明显（1 分）；E、水与矿物的分馏系数越大，氧漂移越明显等（1 分）。
影响因素只要答三个方面2、.我国潜水化学成分分带有何特点？答：（1）区域上，由东南向西北，地下水由溶滤成因为主的低矿化度重碳酸型淡水，向成分复杂的硫酸型或氯化物型咸水过渡，最后为由浓缩作用形成的氯化物型水或卤水（1.5 分）；（2）局部上，每个盆地由山前至盆地中心或至滨海地带的水平分带为重碳酸型水→→硫酸型水→→氯化物型水（1.5 分）。
3、用图表示承压水盆地基本水化学类型的形成过程？4、水文地球化学分类的基本原则？并解释C 承—250Ⅴ77.5☆11 含义。
答：（1）首先按照空气迁移的标型元素（化合物）进行分组，分出6 个组；分组反映了地下水的氧化还原环境；（2）然后按照水迁移的标型元素（化合物）进行分类：A：根据主要的阴离子将地下水分6 类；B：再根据阳离子进一步划分出9 个亚类。
分类反映了地下水的酸碱条件和矿化度。
总之，水文地球化学分类的基本原则力求充分反映地下水成分的特点及其所处的地质环境。
（3）C 承—250Ⅴ77.5☆11 硫化氢还原水组，承压水亚组，Eh 值为-250mv，氯化钠型热水，pH 值为7.5，TDS 为11g/L。
5、标准状态下，碳酸平衡与pH 值的关系？答：（1）水中碳酸平衡与pH 值的关系式如下（1.5 分）：log{[HCO-3]/[H2CO3]}=pH-6.4log{[CO32-]/[HCO-3]}=pH-10.3（2）pH<6.4 时，H2CO3 占优势（1.5 分）；（3）6.4<pH>10.3 时，HCO-3 占优势（1.5 分）；（4）pH>10.3 时，CO32-占优势（1.5 分）。
6、水的酸度与pH 值的区别？答：酸度是表征水中和强碱能力的指标（1 分）。
它与水中的氢离子浓度并不是一回事，pH 值仅表示呈离子状态的H+数量（2 分），而酸度则表示中和过程中可以与强碱进行反应的全部H+数量，其中包括原已电离的和将会电离的部分（2 分），已电离的H+数量称为离子酸度，它与pH 值是一致的（1 分）四、推导题（每题10 分，共20 分）1、一供水井，井深91.5m，含水层为含黄铁矿的绢云母片岩。
连续抽水13 个月，水位下降36.5m, 在这期间，水中SO2-4 浓度在13mg/L 左右，变化不大。
停抽4 个月，再次抽水时，第一天的水样中，SO2-4=1330mg/L，Fe2+=365mg/L，pH=2.5；此后，水中的SO2-4 和Fe 不断降低，pH 升高。
试解释这种现象出现的原因。
答：据题意所述，由于水位下降很大，所以形成了一个漏斗区（1 分）；在漏斗区内，原来的含水层变为包气带，因此绢云母片岩中的黄铁矿被氧化，其反应式如下（2 分）：2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4停抽期间，水位逐渐恢复，使第一次抽水所形成的降落漏斗区又充满水，黄铁矿氧化所产生的SO42-和H+进入水中，并溶解FeSO4。
结果，在漏斗区内形成一个SO42-、Fe2+及H+浓度高的局部污染晕（2 分）。
再次抽水时，这部分水首先被抽出，从而出现第一天水样中SO42-、Fe2+浓度高，而pH 低的现象（2 分）；随着抽水继续，原漏斗区外的水流入与漏斗区内的水混合。
因此产生SO42-、Fe2+及H+浓度逐渐降低的现象（2 分）。
这种现象是地下水中典型的氧化还原过程（1 分）。
2、已知半反应式SO2-4+9H++8e=HS-+4H2O 的平衡常数K=1033.63 ,试求在25°C，105Pa 条件下Eh-pH 的关系式（法拉第常数F=96.564KJ/V）。
答：(1) 求△Gr0 （3 分）△Gr0= -5.71logK= -5.71*(33.63)= -192.03(2) 求Eh0 （3 分）Eh0= -△Gr0/(NF)= 192.03/(8*96.564)=0.2486(v)(3) 求Eh- pH 的关系式（3 分）Eh= Eh0+(0.0591/N)log{[ SO42-][ H+]9/[ HS-]}=0.2486+(0.0591/8)log{[ SO42-]/[ HS-]}+(0.0591/8)log[ H+]9=0.2486+0.0074 log{[ SO42-]/[ HS-]}-0.0665pH(4) 若[SO42-]/[ HS-]=1 （1 分）则Eh=0.2486-0.0665pH五.论述题（15 分）水分析结果是简分析，请问如何检查分析数据可靠性。
答：（1）阴阳离子平衡的检查（3 分）E={（Σm c-Σm a）/（Σm c+Σm a）}*100%式中，E 为相对误差（%），Σm c 及Σm a 分别为阳离子及阴离子的毫克当量总数/升。
如Na+和K+为实测值，E 应小于±5%，如Na+和K+为计算值，E 应为零值或接近零值。
（2）碳酸平衡关系的检查（3 分）当pH<8.34 时，分析结果中不应出现CO32-，pH>8.34 时，分析结果中不应出现H2CO3。
如果水分析结果不符合上述情况，说明pH 或CO32 和H2CO3 的测定有问题。
（3）分析结果中一些计算值的检查（6 分）A、TDS：如果TDS 是计算值，应检查其数值是否减去1/2HCO3-。
B、Na++K+值：如果Na++K+为计算值，其计算方法是，阴离子（毫克当量总数）-（Ca2++Mg2+）（毫克当量总数）=（Na++K+）（毫克当量总数）；（Na++K+）（毫克当量总数）×25=（Na+和K+）（mg/L）。
C、硬度：硬度是计算值，其数值应按下列方法检查，（Ca2++Mg2+）（毫克当量总数）×50=硬度（CaCO3），mg/L。
D、TDS 实测值与TDS 计算值之差：如果分析结果中有实测的TDS 值，应求得TDS 的计算值，以检查TDS 实测值的可靠性。
（4）其它检查方法（3 分）A. 在一般地下水中，Na+总是大于K+ ，如果出现反常的情况，分析结果值得怀疑。
B. 地下水中K+ 或Na++K+一般都不会出现零值，如出现此情况，可认为是分析的错误。
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