第一章 地下水化学成分的组成
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水文地质学第一章-1
CH2-9
1.3 含水层的形态及其分类
二、含水层分类
3．根据渗透性的空间变化划分
均质含水层：含水层中各部分的渗透性与空间坐标无关， 是一个常量。 可以进一步划分为：各向同性均质、各向异性均质 均质含水层：
CH2-10
1.4 构成含水岩组的条件
一、含水岩组的定义
含水岩组：就是指具有统一的水力联系和一定的水化学特 征的多层含水层的空间组合。
含水介质的水理性质：
岩石与水接触后有关的性质即与水分贮容和运移有关的岩 石性质。 包括容水性、持水性和给水性，贮水性和释水性，透水性 以及毛细性等。
CH2-3
第一节 含水层及含水岩组
1.1 含水介质的水理性质
一、容水性、持水性和给水性
二、贮水性或释水性 三、渗透性或透水性 四、毛细性
CH2-4
第一节 含水层及含水岩组
2.2 水平岩层蓄水构造
一、水平岩层蓄水构造示意图
CH2-20
2.2 水平岩层蓄水构造
二、承托蓄水构造的富水性主要取决于以下几个因素。
(1)隔水层的分布面积：面积越大，地下水就越丰富；面积 太小，只能形成季节性地下水． (2)隔水层的倾斜程度：水平隔水层最有利于承托地下水； 隔水层越是倾斜，地下水就越不易保持。 (3)隔水层和含水层的透水性： 隔水层透水性越小及它与 含水层透水性相差越大时，越有利于保持地下水． (4)地下水补给条件：气候、地形等条件对补给有利，补给 充分时，地下水丰富；补给不连续、不充分时，地下水也 不丰富，甚至只形成季节性地下水。
CH2-26
附件一、 洪积扇中的地下水
2、根据地下水埋深、径流条件及水化学特征，可将洪积扇 中地下水划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水文地质带CH2-27源自附件一、 洪积扇中的地下水
地下水化学成分的分类及其特征分析PPT课件
按 主 要 阴 离 子 分 按 主 要 pH
按水中溶解主要气体成分分组
类
阳 离 子 变 动 分组
氧 化 水 组 潜 育 硫 化 氢 还 甲烷强还 变质或岩浆 含 氮 热
A
水组 B 原水组 C 原水组 D 碳酸水组 E 水组 F
分 亚 类 范围 Eh 变
（型）
动范围
矿化度
特殊组
分
Ⅰ SiO3 Ⅱ HCO3 Ⅲ HCO3 —SO4 Ⅳ SO4 Ⅴ SO4 —Cl Ⅵ HCO3 —SO4 —Cl Ⅶ HCO3—Cl Ⅷ Cl
作业
• 一水样成分如下(mg/L):（简分析结果）Cl为112.1、SO42-为96.0、HCO3-为244、 Ca2+为78.0、Mg2+为30.0、PH为7.3、T为 15℃、矿化度为560 mg/L。试根据苏卡列 夫分类的顺序命名法对其进行命名。
1.2 苏林分类
根据水中主要阴、阳离子（Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、 Mg2+、Ca2+）彼此化学亲和力的强弱顺序而组成盐类的 原则，划分出四种类型的水。
含还原环境气体（甲烷、硫化氢、二氧化碳，氮等）的水， 主要是油田水，天然气矿床水；
含变质环境气体（主要是二氧化碳）的水，岩浆活动区的碳 酸水（潜育环境或岩浆变质作用）。
3 水文地球化学分类的基本原则
前述水文地球化学分类：按地下水主要离子组分分类
按地下水主要气体成分分类
都有片面性，不能全面地反映地下水化学成分与水文地 球化学环境的关系；化学成分分类与地下水成因类型和 形成过程联系不够。
标型元素（离子、化合物）的迁移决定着表生过程 的地球化学特点。
空气迁移的标型元素和标型化合物主要影响地下水的氧化还 原条件；
地下水
地下水定义：地下水是赋存于地表以下岩土空隙中的水，主要来源于大气降水，经土壤渗入地下形成的。
地下水是地质环境的组成部分之一，能影响环境的稳定性。
主要表现在：地基土中的水能降低土的承载力；基坑涌水不利于工程施工；地下水常常是滑坡、地面沉降和地面塌陷发生的主要原因；一些地下水还腐蚀建筑材料。
第一节地下水概述1．地下水：气态水、结合水、毛细水、重力水、固态水以及结晶水和结构水。
重力水（自由水）：不受静电引力影响，在重力作用下运动，可传递静水压力，能产生浮托力、孔隙水压力，在运动过程中产生动水压力，具有溶解能力。
2．含水层：在正常的水力梯度下，饱水、透水并能给出一定水量的岩土层。
含水层的形成必须具备的条件：岩土层中有较大（指能透水）的空隙；含水层要为隔水层所限，以便地下水汇集不至流失；含水层要有充分的补给来源。
3．隔水层：在正常的水力梯度下，不透水或透水相对微弱的岩土层。
它可以是含水甚至饱水（如粘土），也可以是不含水的（如致密的岩石）。
4．滞水层：弱透水层。
5．岩土的水理性质：指岩土与水接触时，控制水分储存和运移的性质。
（1）容水度：岩土孔隙完全被水充满时的最大的水体积与土体积之比。
（2）持水度：饱和岩土在重力作用后，保持在土中水的体积与土体积之比。
这部分滞留土中的水为结合水和毛细水。
（3）给水度：在重力作用下排出的水的体积与岩土体积之比。
（4）透水性：岩土允许重力水渗透的能力。
用渗透系数表示。
（5）达西定律：地下水线性渗透的基本规律。
Q=kiA; v=ki第二节地下水类型地下水按埋藏条件可分为：包气带水、潜水、承压水。
按含水介质类型分为：孔隙水、裂隙水、岩溶水。
地面以下、稳定地下水面以上为包气带。
稳定地下水面以下为饱水带。
1．包气带水：处于地表面以下、潜水位以上的包气带岩土层中，包括土壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳（粘土裂隙）中季节性存在的水。
2．潜水：埋藏在地表以下第一层较稳定的隔水层以上具有自由面的重力水。
地下水的物理性质及化学成分
不同地区的地温梯度变化于：
0.6～10℃/100m之间。
地下水的温度对地下水的化学成分有很
大影响。水温增高，化学反应速度和溶解度
也增高。
过冷水
＜0℃
如：水温增高10℃时，冷 水
0～20℃
水分子的扩散速度约
低温热水
20～ 40℃
增加20％，化学反应 热 水 中温热水
40～ 60℃
速度增加2～3倍。
中高温热水
第一节 地下水的物理性质
地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、 嗅、味、相对密度、导电性及放射性等。
它在一定程度上反映了地下水的化学成分及 其存在的环境条件。
一、地下水的温度 二、地下水的颜色 三、地下水的透明度 四、地下水的嗅（气味） 五、地下水的味（味道） 六、地下水的比重
一、地下水的温度 水温变化范围可达100℃以上。在寒带和多年
无 有少量 有较多， 半透明状
有大量，似乳状
60cm水深 ＞30cm水深
＜30cm水深 水深很小 也看不见
四、地下水的嗅（气味）
地下水的气味取决于水中所含的气体成分和有
机物质。一般地下水是无嗅的。
“气味”的强弱 与温度有关，
含气体 或有机质
鉴别气味时，
一般将水加热 至40℃时，
H2S 含低铁Fe2+
的风化溶滤。此外：废水、污水的渗入，动物排泄物 和动物尸体腐烂是Cl- 的有机来源之一。
一般在居民点、工业区及其附近，地下水中Cl-含
放射性取决于其中放射性物质的含量，地下 水不同程度上或多或少地都具有放射性，但其 含量一般极微，循环于放射性矿床的地下水
其放射性相应增强。
第二节 地下水的化学成分
一、地下水的化学成分（有60多种） （一）地下水中的主要离子成分 （二）地下水中的主要气体成分 （三）地下水中的胶体成分 （四）地下水中的有机质及细菌成分
0.6～10℃/100m之间。
地下水的温度对地下水的化学成分有很
大影响。水温增高，化学反应速度和溶解度
也增高。
过冷水
＜0℃
如：水温增高10℃时，冷 水
0～20℃
水分子的扩散速度约
低温热水
20～ 40℃
增加20％，化学反应 热 水 中温热水
40～ 60℃
速度增加2～3倍。
中高温热水
第一节 地下水的物理性质
地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、 嗅、味、相对密度、导电性及放射性等。
它在一定程度上反映了地下水的化学成分及 其存在的环境条件。
一、地下水的温度 二、地下水的颜色 三、地下水的透明度 四、地下水的嗅（气味） 五、地下水的味（味道） 六、地下水的比重
一、地下水的温度 水温变化范围可达100℃以上。在寒带和多年
无 有少量 有较多， 半透明状
有大量，似乳状
60cm水深 ＞30cm水深
＜30cm水深 水深很小 也看不见
四、地下水的嗅（气味）
地下水的气味取决于水中所含的气体成分和有
机物质。一般地下水是无嗅的。
“气味”的强弱 与温度有关，
含气体 或有机质
鉴别气味时，
一般将水加热 至40℃时，
H2S 含低铁Fe2+
的风化溶滤。此外：废水、污水的渗入，动物排泄物 和动物尸体腐烂是Cl- 的有机来源之一。
一般在居民点、工业区及其附近，地下水中Cl-含
放射性取决于其中放射性物质的含量，地下 水不同程度上或多或少地都具有放射性，但其 含量一般极微，循环于放射性矿床的地下水
其放射性相应增强。
第二节 地下水的化学成分
一、地下水的化学成分（有60多种） （一）地下水中的主要离子成分 （二）地下水中的主要气体成分 （三）地下水中的胶体成分 （四）地下水中的有机质及细菌成分
地下水化学成分的组成
天然水的组成
❖ 离子、络阴离子、复杂络合物
➢ 单一离子形式：Ca2+、Mg2+ 、 Na+ 、 K+ 、 Cl- 、 F-
➢ 络阴离子形式：SO42- 、 CO32- 、 HCO3- 、 NO3- 、 CrO42- 、 PO43-
➢ 复杂络合物：包括有机和无机络合物
❖ 地下水中常见的常量组分络合物有10种：
➢ 计算方法为CO32-、HCO3-的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，单 位为mg/L。在数值上等于暂时硬度。
❖酸度
➢ 表征水系统中和强碱的能力的指标； ➢ 对水系统酸度有贡献的指标包括强酸（如HCl、HNO3、H2SO4）、
弱酸（如CO2、H2CO3、有机酸）、强酸弱碱盐（如FeCl3）等。 ➢ 总酸度包括水中已电离的H+和将会电离的H+，已电离的H+称为离子
暂时硬度，如结果为负值称为负硬度。
❖钠吸附比和交换性钠比
➢ SAR 为 表 征 水 体 水 质 的 参 数 ， 用 于 评 价 地 下 水 中 的 Ca-Na 交
换、灌溉水水质等；ESR为表征地下介质中所含交换性Na量
的指标。
ESR Nax CEC Nax
天然水化学成分的综合指标
❖化学需氧量 (COD)
一门关于地下水的科学
水文地球化学
主讲：郭清海
水化学成分和水化学指标
授课内容
❖ 水的独特性质 ❖ 天然水化学成分的综合指标 ❖ 大气降水的化学特征 ❖ 地表水的化学特征 ❖ 地下水的化学特征 ❖ 水中溶解组分的水合过程（hydration）和水解
过程（Hydrolysis）
水分子的结构与性质
在水分子中， 氢、氧原子核 呈等腰三角形 排列，氧核位 于两腰相交的 顶角上，而两 个氢核则位于 等腰三角形的 两个底角上， 两腰夹角为 104°45′。
第7讲--地下水的物理性质、化学成分及其形成作用
12
一、离子成份—— HCO3-和CO32-
2来源 ① 大气中CO2 的溶解； ② 各种碳酸盐类及胶结物的溶解和溶滤；
Ca3C C O2O H2O C2 a2HC 3 O Mg3 CCO 2O H2O M2g2HC 3 O
③岩浆岩与变质岩地区，HCO3—主要来自铝硅酸盐 矿物的风化溶解。例如：钠长石
21
二、地下水中的其它成分
❖ 细菌成分
地下水中的细菌成分来自生活污水、生物制品、造纸等各种工业废
水，污染地下水。
地下水卫生状况按菌度划分表
水的细菌分析结果一般用细菌 总数（每升水）、菌度（含有一 条大肠杆菌的水的毫升数）和检 定量（1L水中大肠杆菌的含量） 表示。我国规定1mL饮用水中细 菌总数不得超过100个，1L水中 大肠杆菌不得超过3个。
10
3、来源 （1）石膏、硬石膏及含硫酸盐的沉积物
（2）硫化物及天然硫的氧化 （3）火山喷发物中硫的氧化 （4）大气降水中的SO42（5）有机物的分解 （6）生活、工业、农业废水 （7）燃烧给大气人为产生的SO42-与氮氧化合物，构成富含硫酸及 硝酸的降水（酸雨）,使地下水中SO42-增加。
2 F 2 e 7 O 2 S 2 H 2 O 2 F4 e 4 H S 2 S O 4 2 O
N 2 S 1 O a 1 6 iC 6 A 2 2 H 2 O O l 2 N 2 H a 3 H 2 C A 2 S 2 O 6 O li 4 S 2i
13
14
一、离子成份——钠离子（Na+）:
钠是地下水中分布最广的阳离子，在高含盐量的地下水 中钠是主要离子。 ❖ 含量：
低矿化水中含量一般很低,仅mg/L; 高矿化水中含量最高可达g/L。
2 S 3 O 2 2 H 2 O 4 H 2 S4 2 O 11
一、离子成份—— HCO3-和CO32-
2来源 ① 大气中CO2 的溶解； ② 各种碳酸盐类及胶结物的溶解和溶滤；
Ca3C C O2O H2O C2 a2HC 3 O Mg3 CCO 2O H2O M2g2HC 3 O
③岩浆岩与变质岩地区，HCO3—主要来自铝硅酸盐 矿物的风化溶解。例如：钠长石
21
二、地下水中的其它成分
❖ 细菌成分
地下水中的细菌成分来自生活污水、生物制品、造纸等各种工业废
水，污染地下水。
地下水卫生状况按菌度划分表
水的细菌分析结果一般用细菌 总数（每升水）、菌度（含有一 条大肠杆菌的水的毫升数）和检 定量（1L水中大肠杆菌的含量） 表示。我国规定1mL饮用水中细 菌总数不得超过100个，1L水中 大肠杆菌不得超过3个。
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3、来源 （1）石膏、硬石膏及含硫酸盐的沉积物
（2）硫化物及天然硫的氧化 （3）火山喷发物中硫的氧化 （4）大气降水中的SO42（5）有机物的分解 （6）生活、工业、农业废水 （7）燃烧给大气人为产生的SO42-与氮氧化合物，构成富含硫酸及 硝酸的降水（酸雨）,使地下水中SO42-增加。
2 F 2 e 7 O 2 S 2 H 2 O 2 F4 e 4 H S 2 S O 4 2 O
N 2 S 1 O a 1 6 iC 6 A 2 2 H 2 O O l 2 N 2 H a 3 H 2 C A 2 S 2 O 6 O li 4 S 2i
13
14
一、离子成份——钠离子（Na+）:
钠是地下水中分布最广的阳离子，在高含盐量的地下水 中钠是主要离子。 ❖ 含量：
低矿化水中含量一般很低,仅mg/L; 高矿化水中含量最高可达g/L。
2 S 3 O 2 2 H 2 O 4 H 2 S4 2 O 11
2021年水文地球化学题库—
第一章地下水无机化学成分一、名词解释1、侵蚀性CO 2 ：当水中“游离CO2 ”，不不大于“平衡CO2 ”时，多余某些CO2对碳酸和金属构件等具备侵蚀性，这某些CO2 ，即为“侵蚀性CO2 ”。
2、游离CO 2溶解于水中CO2统称为游离CO2.3、平衡CO 2与HCO3-相平衡CO2 ，称为平衡CO2 。
4、 Ph5、去硝化作用在缺氧条件下，异养型去氮菌把NO3-、NO2- （还原）分解为气态氮（N2O 和N2 ）过程。
6、硝化作用在自养型亚硝化菌和硝化菌作用下，NH4+被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐作用。
7、微量组分不决定水化学类型8、大量组分决定水化学类型，普通含量不不大于100mg/L9、组分二、填空题1、地下水中化学组分可以分为四组：（大量组分），（微量组分），（放射性组分），和（气体组分）；水中性点 pH 值随温度升高而（）。
2 、Cl - 具备很强迁移性能，其因素在于：（不形成难溶化合物），（不被胶体所吸附），（不被生物所吸附））。
碳酸衍生物存在形式与水 pH 值关于，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、地下水中氟来源简况。
2、地下水中重要气体成分及来源。
3、何谓地下水中微量元素？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、阐述题试论地下水中二氧化碳来源及其水文地球化学意义。
第三章水及水中元素同位素成分（一）名词解释1、同位素效应由于某种元素一种同位素被另一同位素所替代，从而引起物质在在物理、化学性质上浮现差别现象，称之为同位素效应。
同位素效应是导致同位素分馏主线因素。
2、同位素分馏3、温度效应大气降水中δ18O和δD 随处面或云层温度升高而增大，反之，则减少。
4、纬度效应大气降水中δ18o和δD值随纬度增长而减少。
5、高程效应大气降水中δ18O和δD随海拔高度增长而下降现象6、大陆效应大气降水中δ18O和δD由沿海到大陆内部逐渐减少得现象7、季节效应降水δ18D和δD值随气温，湿度，蒸发和降水季节变化而发生周期变化。
地下水的物理性质化学成分及其形成作用精品PPT课件
冷水适合于作冷却机器和空调降温的水源，而热水是廉价的能源， 可用以取暖、发电和医疗。
二、颜色、气味
一般地下水都是无色、无味、无气味、透明、含盐量低的液体，当含有过量 的某些离子成分或悬浮物和胶体物质时，就会出现各种颜色和气味 。如：
水中含有成分
呈现色泽
气味
H2S 含低铁Fe2+ 含高铁Fe3+ 硫细菌
地下水的温度受其赋存与循环所处的地温控制：
❖ 变温带中浅埋地下水显示微小的水温季节变化。 ❖ 常温带地下水温与当地年平均气温很接近。(地温年变化幅度小于
0.1℃) ❖ 增温带地下水随其赋存与循环深度的加大而提高,成为热水甚至蒸汽。 ❖ 利用年平均气温t、年常温带深度h、地温梯度r，可计算某一深度H的
某些具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义；
❖ 地下水是宝贵的液体矿产：
Br:用于水的纯化（游泳池）。 B：和钛钨一起制轻质抗热合金，也用于抗热玻璃的制造， 眼睛消毒液的配制。 Sr：用于焰火，具有洋红色火焰，也用于核能电池。
某些具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义；
❖ 地下水是宝贵的液体矿产：
本章内容
❖ 概述 ❖ 地下水的物理性质 ❖ 地下水的化学成份
§1 概述
一、地下水是一种复杂的溶液(原因包括以下几点)：
❖ 赋存于岩石圈中,不断与岩土发生化学反应; ❖ 与大气圈、水圈和生物圈进行水量和化学成分的交换。 ❖ 人类活动的影响改变了地下水的化学面貌。
————地下水的化学成分是地下水与环境（地理、地质、 人类活动）——长期相互作用的产物。某区地下水的化学 面貌,反映该区地下水的历史演变。
❖ 地下水是宝贵的液体矿产：
研究地下水化学成分对寻找矿产资源，确定矿床或污 染源位置具有重要意义。盐矿、油田、金属矿床所形成特定 化学元素的分散晕圈是找矿的重要标志。污染物在地下水中 散布,也会形成晕圈。
二、颜色、气味
一般地下水都是无色、无味、无气味、透明、含盐量低的液体，当含有过量 的某些离子成分或悬浮物和胶体物质时，就会出现各种颜色和气味 。如：
水中含有成分
呈现色泽
气味
H2S 含低铁Fe2+ 含高铁Fe3+ 硫细菌
地下水的温度受其赋存与循环所处的地温控制：
❖ 变温带中浅埋地下水显示微小的水温季节变化。 ❖ 常温带地下水温与当地年平均气温很接近。(地温年变化幅度小于
0.1℃) ❖ 增温带地下水随其赋存与循环深度的加大而提高,成为热水甚至蒸汽。 ❖ 利用年平均气温t、年常温带深度h、地温梯度r，可计算某一深度H的
某些具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义；
❖ 地下水是宝贵的液体矿产：
Br:用于水的纯化（游泳池）。 B：和钛钨一起制轻质抗热合金，也用于抗热玻璃的制造， 眼睛消毒液的配制。 Sr：用于焰火，具有洋红色火焰，也用于核能电池。
某些具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义；
❖ 地下水是宝贵的液体矿产：
本章内容
❖ 概述 ❖ 地下水的物理性质 ❖ 地下水的化学成份
§1 概述
一、地下水是一种复杂的溶液(原因包括以下几点)：
❖ 赋存于岩石圈中,不断与岩土发生化学反应; ❖ 与大气圈、水圈和生物圈进行水量和化学成分的交换。 ❖ 人类活动的影响改变了地下水的化学面貌。
————地下水的化学成分是地下水与环境（地理、地质、 人类活动）——长期相互作用的产物。某区地下水的化学 面貌,反映该区地下水的历史演变。
❖ 地下水是宝贵的液体矿产：
研究地下水化学成分对寻找矿产资源，确定矿床或污 染源位置具有重要意义。盐矿、油田、金属矿床所形成特定 化学元素的分散晕圈是找矿的重要标志。污染物在地下水中 散布,也会形成晕圈。
地下水的化学成分
2019/3/9
14
地下水的化学特征：主要离子成分
• 钠离子（Na+）：高矿化度水的主要阳离子
–含量：低矿化度水中含量少，但在高矿化度水中可 达到数十克/升。
–来源：1）沉积岩中岩盐和其他钠盐的溶解；2）岩 浆岩与变质岩地区，则来自含钠矿物的风化溶解。 –酸性岩浆岩中含有大量的含钠矿物，在CO2和H2O的 参与下，可以形成以Na+和HCO3-为主的地下水。
2019/3/9
12
地下水的化学特征：主要离子成分
• 硫酸根离子（SO42-）：中等矿化度水的主要 阴离子
– 含量：低矿化水中，仅数毫克至数十毫克/升；高 矿化水中，数克/升至数十克/升。 – 来源：1）沉积岩中含石膏或其他硫酸盐的溶解；2） 硫化物的氧化。 – 特点:受硫酸钙溶解度的控制，不够稳定，最高含 量也比氯离子低得多。
2019/3/9
5
概述
• 水文地球化学（Hydro-geo-chemistry），是水文地 质学的一个分支，是专门研究地下水中化学成分的迁 移、聚集与分散的规律，并加以应用的科学。 • 地下水动力学（Hydro-dynamics），是水文地质学的 另一个分支，专门研究地下水运动规律和水量的学科。 • 地下水中元素的迁移不能脱离地下水的运动，不能孤 立、静止地研究地下水的化学成分及其形成规律。正 确的观点是：
Na2CO3 MgCO3
1.9
193.9 (18°C) 0.1
氯盐溶解度最大，硫酸盐次之，碳酸盐最小。
11
地下水的化学特征：主要离子成分
• 氯离子（Cl-）：高矿化度水的主要阴离子
–含量：低矿化水中，仅数毫克至数十毫克/升；高 矿化水中，数克/升至100克/升以上。 –来源：1）沉积岩中岩盐或其他氯化物的溶解；2） 岩浆岩中含氯矿物的风化溶解；3）来自海水或海 风；4）火山喷发物的溶滤；5）人为污染，如工业、 生活污水中含有大量的Cl-。 –特点:是地下水中最稳定的离子（不被吸收、吸附、 不析出）
第一章地下水的化学成分
摩尔浓度：常见的摩尔浓度表示方法有两种， 一种是以每升溶液中所含溶质的摩尔数来表 示，另一种是以每千克溶液中所含物质的摩 尔数来表示。
当量浓度：离子的摩尔浓度(mol/L)与其离子 价的乘积。1eq/L=1000meq/L。
按水中所含成分的分布和含量：
分类
主要组分
含量
>5 mg/ L
主要成分
Cl-、SO42-、 HCO3-、 Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、SiO2 B、NO3-、CO32-、F-、Sr、Fe Br 、I 、As 、Li、Sn等
特性
钠的所有盐类都具有较高的溶解度， 因此钠的迁移性是很强的，仅次于氯。 交换吸附反应使之从溶液中析出，所 以在水的矿化度增长过程中，Na＋的 增长有时会落后于Cl－。高矿化度时 钠成为主要阳离子
钾离子
钙离子
铝硅酸盐矿物的风 化；钾盐矿床
一般只有钠含量的4～10％，动植 物有机质可以从水中吸收钾
石灰岩、白云岩 ， 硫酸钙和碳酸钙的溶解度低，天然 水中Ca2＋的含量一般很低。只有在 石膏的溶解和含钙 深层氯化钙卤水中，Ca2＋的含量才 硅酸岩的风化，阳 可以达到n*10g/L。低矿化度的水中， 离子交换 钙离子经常占优势 。 主要是白云岩、泥 灰岩和其他岩石的 溶解。 镁盐溶解度比钙盐大，但镁盐在地 壳中分布不广，易被植物吸收，所以 很少见到镁占主要成分的水。
高TDS水中主要的阳离子，含量最高可达数十g/L。
• 来源：
沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解；
海水； 岩浆岩和变质岩区含钠矿物的风化溶解。
钾离子（K+）： • 钾离子的来源： 含钾盐类沉积岩的溶解； 岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。 • 低TDS水中含量甚微，高TDS水中较多。
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（一）第一组指标 •（4） 水的硬度分级
总硬度 水质 一般地表水为软水， 地下水硬度往往较高， 生活饮用水要求硬度不
0~60mg/L
60~120 120~180 >180
软水
微硬水 硬水 极硬水
能超过450mg/L（以
CaCO3计）
（二）第二组指标
•
•
（1）溶解氧
溶解氧(DO，dissolved oxygen)：主要来源于空气中的氧
•2HCO3- = CO32-+ H2O↑ + CO2↑
•水中常见的主要离子总量可以近似地用于计算TDS
(mg/L):
•TDS ≈ [Ca2+]+ [Mg2+]+ [Na+]+ [K+] + [SO42-] +0.5[HCO3-] + [Cl-]
（一）第一组指标
•2. 含盐量
• 水中含有可溶性的以无机盐为主的物质的总量，以符 号∑S表示, 单位为mg/L或g/L。 • • • 计算方法：溶解组分的浓度总和。 与TDS的区别：1/2的HCO3海水中常用含盐度表示，即海水中所有组分质量占水
地形切割强烈，地下水径流条件良好，岩石冲刷彻
底（易溶盐大量淋失），易形成低矿化度的淡水。
• 在平原区，地形平坦，地下水径流条件差，流动
缓慢加上蒸发作用的影响，易造成高矿化度地下水
的形成（溶滤不充分，易溶盐积累）。
•2. 阳离子交换吸附作用 • 在一定条件下，岩石颗粒吸附地下水中的某 些阳离子，而将原来吸附的阳离子转入水中，从 而改变了地下水的化学成分。 • 自然界中阳离子交换吸附占优势，因为自然 界岩石中的吸附体主要是胶体，而胶体主要带负 电荷。
•水中各溶解组分的总量，包括溶于水中的离子、分子
及络合物，不包括悬浮物和溶解气体。单位为mg/L或
g/L。
•矿化度的术语，其含义与TDS相同，这是从前苏联引
入的，在国际文献中一般只用TDS，而没有使用矿化度 术语，目前我国也开始使用“TDS“代替矿化度。
（一）第一组指标
•测定方法：
• •
①将水样用0.45μm滤膜过滤。 ②取100ml滤液（体积V），置于已恒重的蒸发皿中
• c. 离子浓度 • 浓度大的离子比浓度小的离子更易被吸附。
• d. pH值
• pH值上升有利于交换吸附。pH值低时，
由于H+很强的吸附能力会阻碍阳离子进入吸附
体。
•3. 氧化还原作用
• 含氧地下水氧化富含金属硫化物或硫的岩石，形成
硫酸和硫酸盐，继而大大增强水对硅酸盐类、碳酸盐类 的溶滤。 • • • 2FeS2+7O2+2H2O = 2FeSO4+2H2SO4 2S+2H2O+3O2 = 2H2SO4 RSiO3+H2SO4 = RSO4+SiO2+H2O
• 其他来源：岩层中的生物化学作用。
• （四）微生物组分
• 主要有细菌、真菌、藻类等。
第二节 地下水化学成 分的形成
• 一、地下水化学成分形成过程中的主要作用 • 1. 溶滤作用 • 岩石中某些组分进入水的过程，它不破坏岩石 的结晶格架，而只有一部分元素进入水中。 • 溶滤作用的方式：渗透过程中的直接溶滤；静 止水中的扩散转移。
的量浓度，如mmol (0.5Ca2+，0.5Mg2+)/L。
•mg/L CaCO3：以1L水中所含有的形成硬度离子的质量所相当 的CaCO3的质量表示。
最常用
•°：17.8mg/L CaCO3为1德国度，10mg/L CaCO3为1法国度， 以度表示而未指国名时通常指德国度 •三种硬度单位的换算关系为： •1mmol/L = 50.05 mg/LCaCO3 = 2.804°
•影响溶滤作用的因素 • a. 水溶液的性质及其中气体的含量。 • 例如 CO2的大量存在会提高方解石、白云石的溶 解度，从而增强水对陆源碎屑岩石的溶滤作用。 • b.岩性 • 不同的岩石所含的矿物（氯化物、硫酸盐、碳酸 盐等）不同，因而它们遭到溶滤作用的程度也会产 生差异。
• c.水动力条件 • 地下水的水动力条件取决于地形与构造。在山区，
（重量
W1g，预先在105℃烘箱中烘干1h，冷却、称重，至恒重），
放在蒸汽浴或水浴上蒸干。
•
③将已蒸干的水样残渣在105℃下至少烘干1h，取出放在干
燥器内，待冷却后称重至恒重(W2g) 。
(W2-W1)1000 TDS (mg/L) = V /1000
（一）第一组指标
•计算方法： 溶解组分（溶解气体）浓度总和减去 1/2HCO3-浓度。 •因为水样蒸干过程中，约有一半 (0.49) HCO3-变成气体 挥发：
•
主要体现水的质量：包括总溶解固体、含
盐量(度)、硬度等。
一、综合评价指标
•(二)、第二组指标 • 主要表征水体环境状态：包括溶解氧、化学需
氧量、生化需氧量、总有机碳及氧化还原电位。 •(三)、第三组指标 • 主要表征水环境的酸碱平衡特征：包括碱度、
酸度和pH值。
(一）第一组指标
•1、总溶解固体 (TDS－Total dissolved Solid)
95%～99%，常用来作为表征水体主要化学特征的指
标，决定地下水的化学类型。
第二章 地下水中的无机化学成分
• • • • • (2) 微量组分 含量0.01~10.0mg/L; 常见的是NO3-、CO32-、F、 B 、Fe、 Sr等 。 不决定水化学类型 ，但赋予特殊性质和功能， 例如：含锶矿泉水，氟斑牙，氟骨病
全化学分析以后的理论计算值。
ThOD > TOD > CODCr> BOD20> BOD5
（二）第二组指标
•（5）氧化还原电位 •氧化还原电位是表征水体氧化还原状态的一个综合性 物理化学指标，以Eh表示，单位为V或mV。 •Eh为正值，水环境处于氧化状态； •Eh为负值，水环境处于还原状态。 •野外采用铂电极测定。
•
CaCO3+H2SO4 = CaSO4+H2O+ CO2
•4. 生物还原作用
•
一般在有机物与细菌参与下的一种还原作用，影响地
下水化学成分；
• 脱硫酸作用
•
深埋、循环交替微弱、缺氧的地下水中
•
•
MSO42- + C + 2H2O → RS + CO2 + 2H2O
MS + CO2 + H2O → RCO3 + H2S↑
（一）第一组指标
• • 当CO32- 和HCO3-充足时，碳酸盐等于总硬度； 当CO32- 和HCO3-不充足时，碳酸盐硬度等于CO32-
和HCO3-的毫克当量数之和乘以50。 • 非碳酸盐硬度为总硬度与碳酸盐硬度之差。
（一）第一组指标 •（3） 硬度的表示方法
•mmol/L：以形成硬度离子的单位电荷粒子为基本单元的物质
中消耗水中的溶解氧的量。 • • BOD越高，表示水中需氧有机污染物质越多， BOD是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。通
常采用25℃条件下，培养5天所测得的BOD，记为BOD5 ，单位：mg/L。
（二）第二组指标 • （3）化学需氧量
• 化学需氧量(COD)：用化学氧化剂氧化水中有机物（
芳香族化合物在反应中不能被完全氧化）及某些还原性
当温度升高或压力降低时，水中CO2的含量就减少，这时 水中HCO3-便会与Ca2+、Mg2+、Fe2+结合形成沉淀。这种 由于CO2逸出，使水中碳酸含量减少的作用称为脱碳酸作 用。
•
脱碳酸作用通常发生在温压条件下突变的地方，如
钙华。
•6. 浓缩作用 • 当水蒸发时，水中盐分含量不减，其浓度（矿化度） 相对增大。
离子所消耗的氧量。 • COD越高，表示有机污染物质越多，是反映水体中
有机污染程度的综合指标之一。 • 目前常用KMnO4 (CODMn)、K2Cr2O7(CODCr) 测定水
中的COD，单位：mg/L 。
（二）第二组指标
•（4）总有机碳
• • 总有机碳(TOC)：水中各种形式有机碳的总量。 可以通过测定高温燃烧所产生的CO2测定，也可 以
第二章 地下水中的无机化学成分
• • • (3) 痕量组分 含量一般低于0.1mg/L。 包括Al、Sb、As、Ba等 。
•注意：主要组分、微量组分、痕量组分的含量 界限不是绝对的。 •
（二）有机物组分
• 地下水水中的有机物主要是由C、H、O所组成，同
时含有少量的N、P、S、K、Ca等其它元素。
•
M代表Ca、Mg、Na等，C代表脱硫细菌。
•反硝化作用 • 在 缺 氧 条 件 下 ， 异 养 型 去 氮 菌 把 NO3- 、
NO2-还原分解为气态氮（N2O和N2）。 • 4NO3- + 5C → 2CO32-+2N2+3CO2
•作用结果水中富含N2和CO2
•5. 脱碳酸作用
•
碳酸盐类在水中的溶解度决定于水中CO2的浓度，
•阳离子交换吸附作用的影响因素
• a. 岩石的粒度 • • • • 粒度愈细，交换性能越强。如在粘土类岩石中，阳离 b. 交换阳离子的性质 阳离子的电价越高，越易被吸附。 电价相同的阳离子，原子量越大，越易被吸附。 子交换对水化学成分的影响更明显。
•
H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+
•
•
在干旱或半干旱地区，蒸发量大大超过降雨量，地
在水的蒸发浓缩过程中，首先从水中沉淀出难溶于
Hale Waihona Puke 下和地表径流条件差，水的主要排泄方式是蒸发。 水的CaCO3、MgCO3，以后沉淀CaSO4。因此，地下水在 高度浓缩地区，多形成氯化物水。