各类天然水体的水化学概况

第九章各类天然水体的水化学概况

天然水在自然界中的分布和循环，构成地球的水圈，水圈为地球表面和接近地球表面的各类水的总称。天然水的总水量近14亿km3, 地球表面积的三分之二被其所覆盖。天然水在流动与循环过程中接受了周围环境的各种杂质，形成不同水系。按天然水形成、形态与性质的特点，可划分为河水、湖（库）水、地下水、大气降水(雨水、雾、雪、霜、雹等)及海水五大类。各类天然水均具有各自的特点，即使同类水体，其水质状况也不尽相同。这是由于水体所处的环境条件，如气象、气候、地理、地质、人类生产与生活用水和排废、各种生物的生命代谢活动等均会影响水质。本章将简要叙述各种类型天然水体的水化学概况及相关概念。

第二节河水

一、河流水化学基本特点

河流是大气降水径流和出露地面的地下水径流在地表线性凹地汇集而成的水体，河流是自然界水分循环的组成部分及水量平衡的组成要素。其具有集水流域面积广、敞开、流动等特点。河流水质与土壤、岩石、植被、气候及河水的补充水源等状况有关，和人类活动有关，特别是与水中生物生命代谢活动直接相关。河流是水圈中最为活跃的部分，由于其流动所涉及的面积较为广阔，流动过程中接触的环境较复杂，且多样性，故河水化学组成具多样性和易变性的特点，不同地区河流与同一河流的不同季节、不同河段，其河水化学成分都可能有较大差异。通常河流的水化学有以下基本特点：

1、溶解有丰富的气体

因河水处于运动状态，与空气接触充分，溶有空气中的各种气体，溶解氧气和氮气较丰富，含量近为饱和。未污染河流中生物不多，溶解氧等气体的含量主要受温度和气压影响。

夏季大型水库溢洪放水时，放出大量温度低且为溶解气体所饱和了的库水，这些水在大坝以下河道中如温度迅速上升，可能造成水中溶解气体过饱和。

2、河水化学组成与含盐量

（1）主要离子世界各地河水所含主要离子种类相同，阳离子为：Ca2+、Mg2+、Na+、、K+，阴离子为：HCO3- CO32-、SO42-、Cl-，即通常所说八大离子。世界河水平均化学组成、我国及世界部分河流主要离子含量和分别列于表9-3、9-4与9-5。多数河流主要离子中以HCO3-和Ca2+含量最高，水质属碳酸盐类钙组。在含盐量较高河水中，水质类型可能与前者不同，存有硫酸盐类或氯化物类钠组类型水质。较多河水中主要离子含量大小基本具有以下顺序：阳离子：[Ca2+]>[Na++K-]> [Mg2+]，阴离子：[HCO3-+CO32-]> [SO42-]> [Cl-]

东南沿海各河流，水质类型主要以重碳酸盐类钙组或钠组为主，但是主要离子比例关系

有所不同。对于长江、黄河等大的河流，主要离子的比例关系在上游一般为Ca2++ Mg2+< HCO3-或HCO3- +SO42-> Ca2++ Mg2+> HCO3-，在下游则以HCO3- +SO42-> Ca2++ Mg2+> HCO3-为主。在滨海河口段随潮位变化，水质类型主要为氯化物类钠组，但也可能在前者与重碳酸盐类钙组之间波动。西北河流水质类型随季节变化显著，汛期属重碳酸盐类或氯化物类钠组或硫酸盐类，枯水季节则转为硫酸盐类或氯化物类。

河水的流动性特点使其水质垂直分布均匀，混浊度较大。若支流水质不同、不同区段地质条件有变化，则不同区段水质将有差异，水质类型也可能发生变化。若某区段河水遭受污染，污染物将使河流不同区段化学组成、水质状况发生变化。

（2）有机物与pH 河水尚含有机物，主要来自集水区土壤与人类活动排废。植被较好的集水区域与城市下游河水中有机物较多。

河水pH一般为6.5-8.5，冬季稍低，夏季稍高。

表9-3 世界河水的平均化学成分含量（mg/L）

HC O3-

S

O42-

C

l-

S

iO2

N

O3-

C

a2+

M

g2+

N

a+

K

+

(Fe,Al

)2O3

35 .2

1

2.1

5

.7

1

1.7

1

.9

2

0.4

3

.4

5

.8

2

.1

2.7

天津师范大学等，《水文学与水资源概论》。

表9-4 我国部分河流主要离子含量 (mg/L)

河流名称HCO3-CO32-SO42-Cl-Ca2+Mg2+Na+(K+)

离子总

量西江

（1980-1983）

141.2 3.6 18.7 3.3 42. 6.8 14.2 230.4 东江

（1982-1983）

26.2 0 2.3 1.0 4.1 1.2 5.9 41.

北江

（1981-1982）

98 0 3.9 2.9 22.0 2.6 10.7

黄河上游

中游

下游

172

212

177

4.0

3.2

0.9

13.5

78.1

88.2

22.4

49.5

62.5

39.5

49.3

46.8

13.2

23.4

21.0

2.02

55.7

61.8

284.8

471.2

458.2

松花江

(哈尔滨1981)

74.7 0 5.5 7.2 16.9 3.6 9.5 117.4 鸭绿江（丹东）103.7 0 12.6 21.1 16.8 3.4 5.5 163.0 钱塘江

(杭州

1978,10)

52.03 2.65 4.51 18.04 22.96 6.17 86.36

长江

(武汉1980,6)

12334 9.11 4.12 44.8 6.54 5.36 193.27 汉水

(武汉1980,6)

116.02 8.92 4.40 36.64 7.83 4.14 177.95 嘉陵江

(重庆1980,6)

193.9 6.37 4.12 46.40 5.59 5.02 261.48

转引自中国内陆水域渔业资源编写组《中国内陆水域渔业资源》和Hu Minghui 等Nature. 转引自陈静生，《水环境化学》。

表9-5 世界部分河流主要离子含量(mg/L)

河流名称

HC

O3-

C

O32-

SO4

2-

Cl-

Ca2

+

Mg2

+

Na+

(K+)

离

子总量

圣芬纶斯

河（加拿大）

95

.2

19

.5

14

.0

31

.4

6.

9

7.

2

17

4.2

密西西比

河（美国）

10

8.0

0 39 85 38

9.

2

13

.9

28

3.6

科罗拉多

河（美国）

15

3.7

96

8

37

8

18

6

3.

5

54

4

22

33.2

托涅川（日本）

12

.8

8.

4

2.

2

4.

9

1.

1

3.

3

32

.7