水文地质学 第3章 地下水的物理性质和化学成分
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3章 地下水的物理性质及化学成分
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地下水中常见的气体成分 ）、氮 ）、二氧化碳 二氧化碳（ 氧（O2）、氮（N2）、二氧化碳（CO2） 硫化氢（ ）、甲烷 硫化氢（H2S）、甲烷（CH4） ）、甲烷（ 常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关 地下水中主要离子成分 地下水中的八大离子 阴离子： 阴离子： Cl- 、HCO-3 、 SO2-4 、CO2-3 阳离子： 阳离子： K+、Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+
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氯离子（ 氯离子（ Cl- ） 氯离子在地下水中广泛分布，主要来源有： 氯离子在地下水中广泛分布，主要来源有： 中所含岩盐或其他氯化物的溶解； （1）沉积岩中所含岩盐或其他氯化物的溶解； ） 中含氯矿物的风化溶解； （2）岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； ） （3）海水。 ） 硫酸根离子（ 硫酸根离子（ SO42- ） 主要来源有： 主要来源有： （1）含石膏（CaSO4·2H2O）或其他硫酸盐的沉积岩的 ） ） 溶解； 溶解； （2）煤系地层的黄铁矿； ） （3）酸雨 ）
2
美丽的彩云之南
3
截至3月 日 时 截至 月26日18时， 全国耕地受旱面积 1.14亿亩 亿亩(多年同期均 1.14亿亩 多年同期均 亿亩)， 值1.04亿亩 ，其中作 亿亩 受旱8829万亩(重旱 8829万亩 物受旱8829万亩 重旱 2849万亩、干枯 万亩、 万亩 干枯1515 万亩)，待播耕地缺水 万亩 ，待播耕地缺水 缺墒2526万亩； 2526万亩 缺墒2526万亩；有 2372万人 1555万头 万人、 2372万人、1555万头 大牲畜因旱饮水困难 大牲畜因旱饮水困难 (多年同期均值 多年同期均值1144万 多年同期均值 万 万头)。 人、893万头 。 万头
3.2.2 主要离子成分
地下水中常见的气体成分 ）、氮 ）、二氧化碳 二氧化碳（ 氧（O2）、氮（N2）、二氧化碳（CO2） 硫化氢（ ）、甲烷 硫化氢（H2S）、甲烷（CH4） ）、甲烷（ 常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关 地下水中主要离子成分 地下水中的八大离子 阴离子： 阴离子： Cl- 、HCO-3 、 SO2-4 、CO2-3 阳离子： 阳离子： K+、Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+
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氯离子（ 氯离子（ Cl- ） 氯离子在地下水中广泛分布，主要来源有： 氯离子在地下水中广泛分布，主要来源有： 中所含岩盐或其他氯化物的溶解； （1）沉积岩中所含岩盐或其他氯化物的溶解； ） 中含氯矿物的风化溶解； （2）岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； ） （3）海水。 ） 硫酸根离子（ 硫酸根离子（ SO42- ） 主要来源有： 主要来源有： （1）含石膏（CaSO4·2H2O）或其他硫酸盐的沉积岩的 ） ） 溶解； 溶解； （2）煤系地层的黄铁矿； ） （3）酸雨 ）
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美丽的彩云之南
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截至3月 日 时 截至 月26日18时， 全国耕地受旱面积 1.14亿亩 亿亩(多年同期均 1.14亿亩 多年同期均 亿亩)， 值1.04亿亩 ，其中作 亿亩 受旱8829万亩(重旱 8829万亩 物受旱8829万亩 重旱 2849万亩、干枯 万亩、 万亩 干枯1515 万亩)，待播耕地缺水 万亩 ，待播耕地缺水 缺墒2526万亩； 2526万亩 缺墒2526万亩；有 2372万人 1555万头 万人、 2372万人、1555万头 大牲畜因旱饮水困难 大牲畜因旱饮水困难 (多年同期均值 多年同期均值1144万 多年同期均值 万 万头)。 人、893万头 。 万头
3.2.2 主要离子成分
地下水的物理性质和化学成分ppt课件
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-
地下水化学成分的性质
• 氢离子浓度 地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子的浓
度大小 大多数地下水的pH值在6.5-8.5之间，北方地区多为
pH=7-8的弱碱水
20
-
地下水化学成分的性质
• 硬度 总硬度：地下水中所有Ca2+、Mg2+离子的总含量 暂时硬度：将水加热至沸腾周，由于形成碳酸盐沉淀
第四章 地下水的物理性质 和化学成分
1
-
4.1 地下水的物理性质
2
-
地下水的物理性质、化学成分特征是地下水与环境 （自然地理、地质背景及人类活动）长期作用的结果。 地下水的化学性质为认识和了解地下水形成的地质历史 条件和过程提供依据
地下水在岩石的孔隙、裂隙或溶洞中储存和运动时， 溶滤和溶解着岩石的可溶成份，使地下水变成了含有各 种矿物质的天然溶液，而且随着运动环境和运动过程的 变化，地下水的化学成分也不断地更迭着
(6) 镁离(Mg2+)
-
泥石
18
地下水化学成分的性质
• 总含盐量与总溶解固体(TDS) 总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒(不
包括气体)之总含量 总溶解固体(TDS)：通常在105-110℃温度下将水样蒸
干后所得干涸残余物的总量
TDS ≈总含盐量-1/2HCO3TDS是反映地下水化学成分的主要指标：TDS含量低的 淡S要O水成42-为以分主HC要O3成-为分主；要T成DS分含；量T高DS的含盐量水中和等卤的水盐常质以水C常l-为以主
36
-
地下水在运动过程中的各种作用
(2)水中阳离子的浓度 水中某种阳离子浓度越大，则其交替吸附能力就越强，
甚至可以发生吸附能力小的交替岩土颗粒表面吸附能力 大的阳离子
-
地下水化学成分的性质
• 氢离子浓度 地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子的浓
度大小 大多数地下水的pH值在6.5-8.5之间，北方地区多为
pH=7-8的弱碱水
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地下水化学成分的性质
• 硬度 总硬度：地下水中所有Ca2+、Mg2+离子的总含量 暂时硬度：将水加热至沸腾周，由于形成碳酸盐沉淀
第四章 地下水的物理性质 和化学成分
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4.1 地下水的物理性质
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地下水的物理性质、化学成分特征是地下水与环境 （自然地理、地质背景及人类活动）长期作用的结果。 地下水的化学性质为认识和了解地下水形成的地质历史 条件和过程提供依据
地下水在岩石的孔隙、裂隙或溶洞中储存和运动时， 溶滤和溶解着岩石的可溶成份，使地下水变成了含有各 种矿物质的天然溶液，而且随着运动环境和运动过程的 变化，地下水的化学成分也不断地更迭着
(6) 镁离(Mg2+)
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泥石
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地下水化学成分的性质
• 总含盐量与总溶解固体(TDS) 总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒(不
包括气体)之总含量 总溶解固体(TDS)：通常在105-110℃温度下将水样蒸
干后所得干涸残余物的总量
TDS ≈总含盐量-1/2HCO3TDS是反映地下水化学成分的主要指标：TDS含量低的 淡S要O水成42-为以分主HC要O3成-为分主；要T成DS分含；量T高DS的含盐量水中和等卤的水盐常质以水C常l-为以主
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地下水在运动过程中的各种作用
(2)水中阳离子的浓度 水中某种阳离子浓度越大，则其交替吸附能力就越强，
甚至可以发生吸附能力小的交替岩土颗粒表面吸附能力 大的阳离子
水文地质学基础(课件)-中国地质大学(武汉)06_地下水的物理性质与化学性质
地下水透明度野外分级62地下水的物理性质透明的无悬浮物60cm水深可见3mm的粗线有少量悬浮物大于30cm水深可见3mm的粗线浑浊的有较多的悬浮物小于30cm水深可见3mm的粗线有大量的悬浮物水深很小也不能看见3mm的粗线625嗅气味地下水的气味取决于它所含有的气体成分与有机物质的气地下水一般无气味
6.3 地下水的化学特征
6.3.2 地下水化学成分表示式
为了明确地反映水的化学特点，可采用库尔洛夫表示。
将阴阳离子分别标注在横线上下，按毫克当量百分数自大而小 顺序排列，小于10%的离子不予表示。横线前依次表示气体成分、 特殊成分及矿化度(以字母M为代号)，三者单位均为g/L，横线后为 以字母t为代号表示摄氏计的温度。例如：
地下水气味的等级强度
强度 0
程度 无
没有任何气味
说明
Ⅰ 极微弱 有经验分析者能觉察
Ⅱ
弱 注意辨别时一般人能觉察
Ⅲ 显著 易觉察，不加处理不能饮用
Ⅳ
强 引人注意的气味，不适饮用
Ⅴ 极强 具有强烈扑鼻的气味，不能饮用
6.2.6 味(味道、口味)
地下水的味道(口味)取决于它的化学成分： 纯水是淡而无味的； 含氯化钠的水具有咸味，含硫酸钠的水具有涩味，含硫酸镁或 氯化镁的水具有苦味，含氧化亚铁的水具有“墨水味”，含氧 化铁的具有铁锈味； 地下水中含有CO2时清凉可口，含有重碳酸钙、镁及碳酸的水 则美味适口； 大量有机质的存在使地下水具有甜味。
矿化度变化与离子成分之间的对应关系
矿化度的变化
高
中
低
主要离子 阴离子
Cl-
SO42-
HCO3-
成分变化 阳离子
Na+
Na+或Ca2+
6.3 地下水的化学特征
6.3.2 地下水化学成分表示式
为了明确地反映水的化学特点，可采用库尔洛夫表示。
将阴阳离子分别标注在横线上下，按毫克当量百分数自大而小 顺序排列，小于10%的离子不予表示。横线前依次表示气体成分、 特殊成分及矿化度(以字母M为代号)，三者单位均为g/L，横线后为 以字母t为代号表示摄氏计的温度。例如：
地下水气味的等级强度
强度 0
程度 无
没有任何气味
说明
Ⅰ 极微弱 有经验分析者能觉察
Ⅱ
弱 注意辨别时一般人能觉察
Ⅲ 显著 易觉察，不加处理不能饮用
Ⅳ
强 引人注意的气味，不适饮用
Ⅴ 极强 具有强烈扑鼻的气味，不能饮用
6.2.6 味(味道、口味)
地下水的味道(口味)取决于它的化学成分： 纯水是淡而无味的； 含氯化钠的水具有咸味，含硫酸钠的水具有涩味，含硫酸镁或 氯化镁的水具有苦味，含氧化亚铁的水具有“墨水味”，含氧 化铁的具有铁锈味； 地下水中含有CO2时清凉可口，含有重碳酸钙、镁及碳酸的水 则美味适口； 大量有机质的存在使地下水具有甜味。
矿化度变化与离子成分之间的对应关系
矿化度的变化
高
中
低
主要离子 阴离子
Cl-
SO42-
HCO3-
成分变化 阳离子
Na+
Na+或Ca2+
水文地质学----地下水的物理性质和化学成分及其演变共84页
水文地质学----地下水的物理性质和பைடு நூலகம்学 成分及其演变
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
谢谢！
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
谢谢！
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
第3章 地下水的物理性质和化学成分
早期， 早期，Cl盐最易溶于水中→随水带走，岩土贫Cl盐继续作用，较易溶
后期溶滤作用—长期强烈溶滤作用的结果是难溶成分的低矿化水 后期 去考察，去分析与研究问题！！
（二）浓缩作用
定义：地下水在蒸发排泄条件下，水分不断失去，盐分相对浓集 浓缩作用（过程）——理想的蒸发浓缩模式
水份失去过程→盐分相对浓集，化学成分的变化 （实际上与上述理想模式是不同的）
水中以哪种阴、阳离子为主？
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（一）溶滤作用——结果 结果
长期、强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为主 这是由溶滤作用的阶段性决定！在由多种盐类组成的岩石中： 因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征：
① 要从地质历史发展的眼光（角度）来理解—它是地质历史长期作用的结果 ② 地下水是不断运动的—溶解的组分会被带去（岩土组分变化） 前期溶滤作用—溶滤什么组分 溶滤什么组分， 前期溶滤作用 溶滤什么组分，水中获得相应组分
0.5L水 水
蒸发（2）
0.25L 1400mg/L
蒸发（3）
0.125L 2800mg/L
0.25L 水
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地下水化学特征具有分带性
由于地下水化学成分形成作用受区域自然地理与地质条件的影响， 由于地下水化学成分形成作用受区域自然地理与地质条件的影响， 地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。 地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。
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（二）主要离子成分
这与主要离子构成的盐类溶解度有关：
硫酸盐类 < 氯化物 常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物（TDS 矿化度(g/L) : 低(<1) 阴 阳 离 离 子: 子: HCO-3 Ca2+ 中(1-10) 高(10-30) SO2-4 Ca2+,Mg2+ ClNa+,K+
第3章地下水的物理性质及化学成分
中阳离子发生交换
（6）混合作用— 2种不同类型地下水混合时发生 （7）人类活动的作用——影响越来越大
19
3.3.1 溶滤作用
（1）定义
水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向地下水中 转移的过程。其结果是：岩土失去部分可溶物质，地下 水中获得相应的化学成分使水中TDS↑。
CaCO3 + H2O + CO2 → 2HCO-3 + Ca2+ (固) (水) (气)
21
地下水是如何保持它的溶解能力的？
地下水的流动（交替）性： 地下水的径流速度和交替强度（ V 与 Q ） 停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终 会降为零， 溶滤作用停止。 水如果流动速度快，水交替（更新）迅速， CO2，O2不断被补充， 低TDS水不断更新—溶解能力已降低的水 如果某地区地下水流动很快，水交替（循环）
25
浓缩作用的结果
溶滤作用将岩土中的某些成分溶入水中，地下水的流
动又把这些溶解物质带到排泄区。在半干旱干旱地区的平 原与盆地的低洼处，地下水埋藏不深，蒸发成为地下水的 主要排泄去路。由于蒸发作用只排走水分，盐分仍保留在 余下的地下水中，随着时间的延续，地下水溶液逐渐浓缩 ，矿化度不断增大。
浓缩作用的必备条件： （1）半干旱干旱的气候； （2）低平地势控制下较浅的地下水埋深； （3）有利于毛细作用的松散岩土； （4）地下水流动系统的势汇。
溶SO42-盐类被溶入中→随水带走，贫SO42-盐类持续（岩 土中）只剩
较难溶的碳酸盐类。
因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征：
① 要从地质历史发展的眼光（角度）来理解—它是
地质历史长期作用的结果
23
3.3.2 浓缩作用
定义：地下水在蒸发排泄条件下，水分不断 失去，盐分相对浓
（6）混合作用— 2种不同类型地下水混合时发生 （7）人类活动的作用——影响越来越大
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3.3.1 溶滤作用
（1）定义
水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向地下水中 转移的过程。其结果是：岩土失去部分可溶物质，地下 水中获得相应的化学成分使水中TDS↑。
CaCO3 + H2O + CO2 → 2HCO-3 + Ca2+ (固) (水) (气)
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地下水是如何保持它的溶解能力的？
地下水的流动（交替）性： 地下水的径流速度和交替强度（ V 与 Q ） 停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终 会降为零， 溶滤作用停止。 水如果流动速度快，水交替（更新）迅速， CO2，O2不断被补充， 低TDS水不断更新—溶解能力已降低的水 如果某地区地下水流动很快，水交替（循环）
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浓缩作用的结果
溶滤作用将岩土中的某些成分溶入水中，地下水的流
动又把这些溶解物质带到排泄区。在半干旱干旱地区的平 原与盆地的低洼处，地下水埋藏不深，蒸发成为地下水的 主要排泄去路。由于蒸发作用只排走水分，盐分仍保留在 余下的地下水中，随着时间的延续，地下水溶液逐渐浓缩 ，矿化度不断增大。
浓缩作用的必备条件： （1）半干旱干旱的气候； （2）低平地势控制下较浅的地下水埋深； （3）有利于毛细作用的松散岩土； （4）地下水流动系统的势汇。
溶SO42-盐类被溶入中→随水带走，贫SO42-盐类持续（岩 土中）只剩
较难溶的碳酸盐类。
因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征：
① 要从地质历史发展的眼光（角度）来理解—它是
地质历史长期作用的结果
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3.3.2 浓缩作用
定义：地下水在蒸发排泄条件下，水分不断 失去，盐分相对浓
第7讲--地下水的物理性质、化学成分及其形成作用
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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
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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
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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
工程地质与水文地质-第3章 水的地质作用--地下水
地下水的透明度决定于水中所含盐类、悬浮物、有机质和胶体的 数量。根据透明度把地下水分为透明、微浊、混浊和极浊四级。 （4）臭味
纯水无臭味，但当水中含有某些气体或有机质时就有了某种气味 （5）口味
主要决定于水中化学成分
三 地下水的物理性质和化学性质
（6）比重
地下水比重决定于水温和溶解盐类。溶解的盐分越多，比重就 越大。地下淡水比重常常接近于1 盐水的比重可用波美度来表示，即一升水含有10克氯化钠，则 盐度相当于1波美度。波美度与地下水比重之间的关系如下表：
量）
Vg
V
4 透水性
定义：透水性是岩石允许水透过的性能。
影响透水性的因素
孔隙大小的影响：当孔隙度一定而孔隙直径愈大，则圆管通道的数量愈 少，但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；
理想圆管状空隙中重力水流速分布 （阴线部分代表结合水，箭头长度代表重力水质点实际流速）
理想化孔隙介质
4 透水性
影响透水性的因素
水的波美度与比重的关系
三 地下水的物理性质和化学性质
（7）导电性 地下水的导电性取决于溶解于地下水中的盐量 Ke=1/R Ke为水的导电率； R为水的电阻率。 地下淡水的导电率为33×10-5至33×10-3之间
（8）放射性 由地下水中的气态镭射气（氡）及少量放射性盐量引起的
三 地下水的物理性质和化学性质
5 包气带
包气带分三带 中间带 过渡带，介于土壤水带和 毛细水带之间。厚度变化 大，从零米到几百米不等。 •中间带的土壤含水量，随 深度逐步降低。
5 包气带
包气带分三带
毛细带 由于空气和水界面上的表
面张力作用，水可沿地下水 面上升形成支持毛细水，在 包气带底部构成毛细水带。 毛细带内颗粒物大小不同， 毛细上升高度也各不相同， 因此毛细水带上缘常成不规 则形状。
纯水无臭味，但当水中含有某些气体或有机质时就有了某种气味 （5）口味
主要决定于水中化学成分
三 地下水的物理性质和化学性质
（6）比重
地下水比重决定于水温和溶解盐类。溶解的盐分越多，比重就 越大。地下淡水比重常常接近于1 盐水的比重可用波美度来表示，即一升水含有10克氯化钠，则 盐度相当于1波美度。波美度与地下水比重之间的关系如下表：
量）
Vg
V
4 透水性
定义：透水性是岩石允许水透过的性能。
影响透水性的因素
孔隙大小的影响：当孔隙度一定而孔隙直径愈大，则圆管通道的数量愈 少，但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；
理想圆管状空隙中重力水流速分布 （阴线部分代表结合水，箭头长度代表重力水质点实际流速）
理想化孔隙介质
4 透水性
影响透水性的因素
水的波美度与比重的关系
三 地下水的物理性质和化学性质
（7）导电性 地下水的导电性取决于溶解于地下水中的盐量 Ke=1/R Ke为水的导电率； R为水的电阻率。 地下淡水的导电率为33×10-5至33×10-3之间
（8）放射性 由地下水中的气态镭射气（氡）及少量放射性盐量引起的
三 地下水的物理性质和化学性质
5 包气带
包气带分三带 中间带 过渡带，介于土壤水带和 毛细水带之间。厚度变化 大，从零米到几百米不等。 •中间带的土壤含水量，随 深度逐步降低。
5 包气带
包气带分三带
毛细带 由于空气和水界面上的表
面张力作用，水可沿地下水 面上升形成支持毛细水，在 包气带底部构成毛细水带。 毛细带内颗粒物大小不同， 毛细上升高度也各不相同， 因此毛细水带上缘常成不规 则形状。
水文地质第三章(1)
12
海上油气田
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（二）地下水中的离子及分子成分
阳离子：H，Na，K，NH4，Ca，Mg，Fe 阴离子：OH，Cl，SO4，NO3， NO2,HCO3,CO3 主要离子：Na，Ca，Mg，Cl，SO4,HCO3
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14
1、氯离子
地下水中含量较大，有mg/L到数100g/L。 在含盐量较多的地下水中，CI-含量常占优 势，因此CI-常是水中含盐量多寡的标志 氯离子来源主要是地下水溶解盐岩及含氯 化物的其他矿物的结果；海水入侵；工农 业和生活污染
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地热
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腾冲地热
6
西藏羊八井地热温泉
位于藏北羊井草原深处的羊八井地热电厂，是当
今世界唯一利用中温浅层热储资源进行工业性发
电的电厂。到去年底，共为西藏发电12亿千瓦小
时， 年发电量在拉萨电网中占45％。
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8
地下水的物理性质
颜色：一般地下水是无色的
透明度：一般是透明的，按此分类：透明的，半 透明的，微透明的，不透明的
水云母：(K, H3O)(Fe, Mg)3
[Al Si3O10](OH)2
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钙离子（Ca）：含量不高，主要是地下水溶解碳酸 盐类岩石（石灰岩，大理岩，白云岩）的结果，溶 解度低；
镁离子（Mg)：主要是白云岩及泥灰岩溶解的结果； 镁离子容易被植物吸收。
石灰岩：方解 石（CaCO3） 组成
白云石， [Ca,Mg(CO3)2]
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大理岩：主要矿物 组成为方解石和白 云石
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二、地下水化学成分的性质——评价指标
第三章 地下水的物理性质和化学成分
3.２.2地下水化学成分的性质 3.2.2.1总含盐量与总溶解固体
TDS是反映地下水化学成分的主要指标，一般情 况下地下水随着TDS的变化，主要离子的种类也 相应地改变
TDS含量低的淡水常以HCO3-为其主要成分 TDS 含量中等的盐质水常以SO42-为其主要成分 TDS 含量高的盐水和卤水则常常是以以Cl-为其主 要成分
3.1地下水的物理性质 3.1.1.1 地壳的温度带
常温带以下的地温，主要受地球内部热力影响， 随着深度的增加而有规律地升高，称为增温带。 温度每增加l℃所需要的深度(m)称为地热增温级， 一般平均每33m升高1℃(用33m/ ℃表示) 由于岩石的导热性、地壳运动和水文地质条件的 不同，各地的地热增温级有很大差异
3.1地下水的物理性质
3.1.1.2地下水的温度
地下水的温度一般和它所在地区的地温状况是相 适应的 1)变温带地下水的水温 整个变温带的地下水温度有年变化，变温带上部 (地表以下1~3m)的地下水温度还有昼夜变化
不论是地下水温度的年变化还是昼夜变化都较气 温变化幅度为小，而且落后于气温的变化时间
3.1.6 地下水的导电性
地下水导电能力的大小取决于水中所含电解质的 数量与性质（各种离子的含量与离子价）。离子 含量越多，离子价越高．则水的导电性越强。
3.1.７ 地下水的放射性
地下水的放射性的强弱决定于其中所含放射性元 素的数量。 一般地下水的放射性极微弱，在与放射性矿床有 关时，放射性含量相应增强。
3 地下水的物理性质与化学成分 3.1地下水的物理性质 地下水的物理性质一般指：温度、颜色、 透明度、嗅、味、比重、导电性、放射性等 3.1.1温度 地下水的温度变化主要是受气温和地温的 影响，尤其是地温。 原因：地下水存在于地壳中，且停留时间长 3.1.1.1地壳的温度带 地壳按热力状态从上而下分为变温带、年常温 带、增温带
水文地质学 第3章 地下水的物理性质和化学成分
溶滤作用——岩石中的某些可溶部分被溶解转入地下水中而成为 溶液的作用。
溶滤作用的强度取决于下列因素： 1）组成岩土的矿物盐类 2）岩土的空隙特征 3）水的溶解能力 4）水中CO2、O2等气体成分的含量 5）水的流动状况
地下水在运动过程中的作用
浓缩作用——地下水在运动的过程中由干水分不断地蒸发(当埋藏 较浅时)，地下水中的含盐量便会相对地增加，这种作用即称为浓 缩作用。
地下水在运动过程中的作用
脱碳酸作用 碳酸盐类在地下水中的溶解度决定子水中的CO2的含量。当
地下水在运动过程中由于环境改变使地下水的温度增高或压力 减小时，水中的CO2便会从水中逸出，这时水中的HCO3-就会 与Ca2+、Mg2+结合形成CaCO3或MgCO3沉淀析出，从而改变 了地下水的化学成分，这种作用即脱碳酸作用。
1组成岩土的矿物盐类2岩土的空隙特征3水的溶解能力4水中co等气体成分的含量5水的流动状况地下水在运动过程中的作用浓缩作用地下水在运动的过程中由干水分不断地蒸发当埋藏较浅时地下水中的含盐量便会相对地增加这种作用即称为浓缩作用
第三章
地下水的物理性质和化学成分
1 地下水的物理性质 2 地下水的化学成分 3 地下水化学成分的形成与演变 4 与人类生存的关系
地下水在运动过程中的作用
脱硫酸作用 在缺氧的还原环境中，地下水含的SO42-在有机物存在的条件
下，由于微生物(脱硫细菌)作用的结果，使水中的SO42-可被还原 成为H2S，这样地下水中的SO42-就会减少甚至消失，而H2S气体 与HCO3-的含量则会增加，这种作用即脱硫酸作用
产生条件：1）缺氧；2）存在有机物。
地下水化学成分性质
➢ 总含盐量——存在于地下水中的离子、分子和微粒（不含气 体）之总含量，用“g/L”表示。
溶滤作用的强度取决于下列因素： 1）组成岩土的矿物盐类 2）岩土的空隙特征 3）水的溶解能力 4）水中CO2、O2等气体成分的含量 5）水的流动状况
地下水在运动过程中的作用
浓缩作用——地下水在运动的过程中由干水分不断地蒸发(当埋藏 较浅时)，地下水中的含盐量便会相对地增加，这种作用即称为浓 缩作用。
地下水在运动过程中的作用
脱碳酸作用 碳酸盐类在地下水中的溶解度决定子水中的CO2的含量。当
地下水在运动过程中由于环境改变使地下水的温度增高或压力 减小时，水中的CO2便会从水中逸出，这时水中的HCO3-就会 与Ca2+、Mg2+结合形成CaCO3或MgCO3沉淀析出，从而改变 了地下水的化学成分，这种作用即脱碳酸作用。
1组成岩土的矿物盐类2岩土的空隙特征3水的溶解能力4水中co等气体成分的含量5水的流动状况地下水在运动过程中的作用浓缩作用地下水在运动的过程中由干水分不断地蒸发当埋藏较浅时地下水中的含盐量便会相对地增加这种作用即称为浓缩作用
第三章
地下水的物理性质和化学成分
1 地下水的物理性质 2 地下水的化学成分 3 地下水化学成分的形成与演变 4 与人类生存的关系
地下水在运动过程中的作用
脱硫酸作用 在缺氧的还原环境中，地下水含的SO42-在有机物存在的条件
下，由于微生物(脱硫细菌)作用的结果，使水中的SO42-可被还原 成为H2S，这样地下水中的SO42-就会减少甚至消失，而H2S气体 与HCO3-的含量则会增加，这种作用即脱硫酸作用
产生条件：1）缺氧；2）存在有机物。
地下水化学成分性质
➢ 总含盐量——存在于地下水中的离子、分子和微粒（不含气 体）之总含量，用“g/L”表示。
3 地下水的物理性质和化学成分
C）现代火山活动区，地下水中CO2＝500~10000mg/L。
④碳酸水的利用
A）天然饮料矿泉水：水中CO2大于250mg/L B）碳酸泉：水中CO2大于750mg/L C）碳酸饮料具有良好的医疗作用，增进食欲，改善消化功能等
D）医疗：治疗高血压、冠心病及外伤溃疡。
5）甲烷（CH4）
CH4是最简单的有机物，它可由有机质的各种生物化学作用 产生。一般地下水中含量不高，只有在封闭的还原环境的地下水 中达到较高含量。
B）平衡CO2
与HCO3-相平衡的CO2，称为平衡CO2
CO2 H 2O H HCO3
C）侵蚀性CO2 当水中“游离CO2”，大于“平衡CO2” 时，多余部分的CO2对碳酸和金属构 件等具有侵蚀性，这部分CO2，即为 “侵蚀性CO2”
CaCO3 CO2 H 2O 2HCO3 Ca2
②来源
1）氧（O2） ③氧的来源
A）主要来源于大气，O2占大气21%，所以地下水中O2 浓度主要取决于地下水与大气的隔离程度；
B）水生植物光合作用释放氧，光合作用把CO2转变为O2
6CO2 6H 2O光合作用C6H12O6 6O2
C）放射性作用使水或水中有机物质分解而释出氧。
④氧的水文地球化学作用
1）氯离子（Cl—） ①迁移性能
A）不形成难溶化合物； B）不被胶体所吸附； C）不被生物所吸附
②分布规律
地下水中的Cl－含量从几mg/L至100mg/L以上均有。地下水中 的Cl－含量随地下水矿化度的增高而增高。在高矿化度水中，占阴 离子首位，形成氯化物水。
③来源
A）来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解； B）来自岩浆岩中含氯矿物。 [氯磷灰石Ca5（PO4）3Cl]、方钠石[NaAlSiO4·NaCl]的风化溶 解；
④碳酸水的利用
A）天然饮料矿泉水：水中CO2大于250mg/L B）碳酸泉：水中CO2大于750mg/L C）碳酸饮料具有良好的医疗作用，增进食欲，改善消化功能等
D）医疗：治疗高血压、冠心病及外伤溃疡。
5）甲烷（CH4）
CH4是最简单的有机物，它可由有机质的各种生物化学作用 产生。一般地下水中含量不高，只有在封闭的还原环境的地下水 中达到较高含量。
B）平衡CO2
与HCO3-相平衡的CO2，称为平衡CO2
CO2 H 2O H HCO3
C）侵蚀性CO2 当水中“游离CO2”，大于“平衡CO2” 时，多余部分的CO2对碳酸和金属构 件等具有侵蚀性，这部分CO2，即为 “侵蚀性CO2”
CaCO3 CO2 H 2O 2HCO3 Ca2
②来源
1）氧（O2） ③氧的来源
A）主要来源于大气，O2占大气21%，所以地下水中O2 浓度主要取决于地下水与大气的隔离程度；
B）水生植物光合作用释放氧，光合作用把CO2转变为O2
6CO2 6H 2O光合作用C6H12O6 6O2
C）放射性作用使水或水中有机物质分解而释出氧。
④氧的水文地球化学作用
1）氯离子（Cl—） ①迁移性能
A）不形成难溶化合物； B）不被胶体所吸附； C）不被生物所吸附
②分布规律
地下水中的Cl－含量从几mg/L至100mg/L以上均有。地下水中 的Cl－含量随地下水矿化度的增高而增高。在高矿化度水中，占阴 离子首位，形成氯化物水。
③来源
A）来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解； B）来自岩浆岩中含氯矿物。 [氯磷灰石Ca5（PO4）3Cl]、方钠石[NaAlSiO4·NaCl]的风化溶 解；
工学水文地质学地下水的化学成分及其形成作用
HF SO2 Cl2
放射性和核反应来源的气体 He(氦) Rn（氡）
chd-qw
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1.氧和氮
①来源：
主要来自大气，随大气降水和地表水的入渗一起进入地下；也 有生物来源；对氮还有化学来源。
②影响氧含量的因素：
(1)淡水含量高。氧在水中的溶液度较大，在15℃、 101324 .62Pa（一个大气压 ）下，每升蒸馏水可溶解氧 10.06mg（7.04cm3/l）。
§ 5.3.1 主要气体成分
地下水中气体含量尽管很少，但对其研究：
①可以帮助弄清地下水赋存的环境；
②对其它组分的存在影响很大。
地下水中的气体成分：
空气来源 N2 O2 CO2 Ne(氖) Ar（氩）
生物来源 CH4 CO2 N2 H2S H2 O2
化学来源
CO2 H2S H2 CH4 CO N2 HCl
chd-qw
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一个大气压下，温度与氧含量的关系：
温度℃
氧含量
mg/l
cm3/l
0
14.56
10.19
10
11.25
7.87
15
10.06
7.04
20
9.09
6.36
chd-qw
15
③反映的环境：地下水中氧的多少，表明了地下水
所处的氧化还原的环境。O2较N2活泼的多，当处在封 闭环境中或水源被有机物污染时，由于氧化作用，溶 液氧很快被消耗，当得不到补充时，氧缺少；厌氧细 菌繁殖并活跃起来，有机物质发生腐败作用，使水源 产生臭气。
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2.H2S
水中的H2S气体具有臭鸡蛋味。 ①来源：主要来自硫酸盐的还原，另外可来
自火山喷发气体的析出。
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全分析： 出简分析外，再有NH4+，Fe2+， Fe3+， NO3-，侵蚀CO2，耗氧量， H2S，H2SiO3，干涸残余物，永久硬度，暂时硬度和总硬度。
3. 地下水在运动过程中的作用
溶滤作用——岩石中的某些可溶部分被溶解转入地下水中而成为 溶液的作用。
溶滤作用的强度取决于下列因素： 1）组成岩土的矿物盐类 2）岩土的空隙特征 3）水的溶解能力 4）水中CO2、O2等气体成分的含量 5）水的流动状况
第三章
地下水的物理性质和化学成分
1 地下水的物理性质 2 地下水的化学成分 3 地下水化学成分的形成与演变 4 与人类生存的关系
1. 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、比重、导电性、放射性等。
2. 地下水的化学成分
地下水中的元素一般以气体、粒子和分子状态存在。 ➢ 地下水中的气体成分
下，由于微生物(脱硫细菌)作用的结果，使水中的SO42-可被还原 成为H2S，这样地下水中的SO42-就会减少甚至消失，而H2S气体 与HCO3-的含量则会增加，这种作用即脱硫酸作用
产生条件：1）缺氧；2）存在有机物。
地下水在运动过程中的作用
脱碳酸作用 碳酸盐类在地下水中的溶解度决定子水中的CO2的含量。当
地下水在运动过程中由于环境改变使地下水的温度增高或压力 减小时，水中的CO2便会从水中逸出，这时水中的HCO3-就会 与Ca2+、Mg2+结合形成CaCO3或MgCO3沉淀析出，从而改变 了地下水的化学成分，这种作用即脱碳酸作用。
4. 地下水化学特征与人类生存的关系
地下水化学特征与人类生存的关系
➢ 氢离子含量 ➢ 硬度
——总硬度、暂时硬度和永久硬度。 ➢ 侵蚀性二氧化碳
地下水化学成分分析
当为饮用水源勘察时，应根据国家饮用水水质标准（GB 57492006）的要求分析；作为一般的供水勘察进行简分析和全分析。
简分析： Ca2+，Mg2+ ，Cl-，SO42-，HCO3-，pH值，游离CO2，硬度， K++Na+含量和总溶解固体。
—O2，N2、H2S、CH4、CO2。 ➢ 离子及分子成分
—Cl-1、SO4-2、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+
地下水化学成分性质
➢ 总含盐量——存在于地下水中的离子、分子和微粒（不含气 体）之总含量，用“g/L”表示。
➢ 总溶解固体（TDS）——通常在105~110℃温度下将水样蒸干 后所得干涸残余物的总量。
此它可吸附某些阳离子。当地下水与岩石表面接触时，地下水中 某些阳离子就会被岩石颗粒吸附以代替(按当量进行)原来被吸附 的阳离子；而原来被吸附在岩石表而的离子则进入地下水中，成 为地下水中新的化学成分。 决定因素：1）各种离子的吸附能；2）离子浓度。
地下水在运动过程中的作用
脱硫酸作用 在缺氧的还原环境中，地下水含的SO42-在有缩作用——地下水在运动的过程中由干水分不断地蒸发(当埋藏 较浅时)，地下水中的含盐量便会相对地增加，这种作用即称为浓 缩作用。
浓缩作用的结果： 1）使TDS升高 2）改变地下水的化学类型
地下水在运动过程中的作用
离子的交替和吸附作用 岩石颗粒的表面有较大的表面吸附能(往往带有负电荷)，因
地下水污染严重。 与人类生活密切相关。 1）粗脖子病 2）大骨节病与克山病 3）慢性氟中毒 4）其它几种病症与地下 水化学成分的关系。
3. 地下水在运动过程中的作用
溶滤作用——岩石中的某些可溶部分被溶解转入地下水中而成为 溶液的作用。
溶滤作用的强度取决于下列因素： 1）组成岩土的矿物盐类 2）岩土的空隙特征 3）水的溶解能力 4）水中CO2、O2等气体成分的含量 5）水的流动状况
第三章
地下水的物理性质和化学成分
1 地下水的物理性质 2 地下水的化学成分 3 地下水化学成分的形成与演变 4 与人类生存的关系
1. 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、比重、导电性、放射性等。
2. 地下水的化学成分
地下水中的元素一般以气体、粒子和分子状态存在。 ➢ 地下水中的气体成分
下，由于微生物(脱硫细菌)作用的结果，使水中的SO42-可被还原 成为H2S，这样地下水中的SO42-就会减少甚至消失，而H2S气体 与HCO3-的含量则会增加，这种作用即脱硫酸作用
产生条件：1）缺氧；2）存在有机物。
地下水在运动过程中的作用
脱碳酸作用 碳酸盐类在地下水中的溶解度决定子水中的CO2的含量。当
地下水在运动过程中由于环境改变使地下水的温度增高或压力 减小时，水中的CO2便会从水中逸出，这时水中的HCO3-就会 与Ca2+、Mg2+结合形成CaCO3或MgCO3沉淀析出，从而改变 了地下水的化学成分，这种作用即脱碳酸作用。
4. 地下水化学特征与人类生存的关系
地下水化学特征与人类生存的关系
➢ 氢离子含量 ➢ 硬度
——总硬度、暂时硬度和永久硬度。 ➢ 侵蚀性二氧化碳
地下水化学成分分析
当为饮用水源勘察时，应根据国家饮用水水质标准（GB 57492006）的要求分析；作为一般的供水勘察进行简分析和全分析。
简分析： Ca2+，Mg2+ ，Cl-，SO42-，HCO3-，pH值，游离CO2，硬度， K++Na+含量和总溶解固体。
—O2，N2、H2S、CH4、CO2。 ➢ 离子及分子成分
—Cl-1、SO4-2、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+
地下水化学成分性质
➢ 总含盐量——存在于地下水中的离子、分子和微粒（不含气 体）之总含量，用“g/L”表示。
➢ 总溶解固体（TDS）——通常在105~110℃温度下将水样蒸干 后所得干涸残余物的总量。
此它可吸附某些阳离子。当地下水与岩石表面接触时，地下水中 某些阳离子就会被岩石颗粒吸附以代替(按当量进行)原来被吸附 的阳离子；而原来被吸附在岩石表而的离子则进入地下水中，成 为地下水中新的化学成分。 决定因素：1）各种离子的吸附能；2）离子浓度。
地下水在运动过程中的作用
脱硫酸作用 在缺氧的还原环境中，地下水含的SO42-在有缩作用——地下水在运动的过程中由干水分不断地蒸发(当埋藏 较浅时)，地下水中的含盐量便会相对地增加，这种作用即称为浓 缩作用。
浓缩作用的结果： 1）使TDS升高 2）改变地下水的化学类型
地下水在运动过程中的作用
离子的交替和吸附作用 岩石颗粒的表面有较大的表面吸附能(往往带有负电荷)，因
地下水污染严重。 与人类生活密切相关。 1）粗脖子病 2）大骨节病与克山病 3）慢性氟中毒 4）其它几种病症与地下 水化学成分的关系。