专门水文地质学 07 地下水水质评价

地下水水质评价概述地下水质量综合评价供水水质评价矿泉水的水质评价（自学）供水水文地质工作的核心任务就是对地下水资源作出正确的评价。地下水资源评价包括两个方面：（1）水质；（2）水量。地下水水质是指水和其中所含的物质组分所共同表现的物理、化学和生物学的综合特征。地下水水质指标表示地下水中物质的种类、成分和数量，其可划分为物理性水质指标、化学性水质指标和生物性水质指标。概述物理性水质指标包括：（1）感官物理性状指标，如温度、色度、浊度、透明度、臭和味等；化学性水质指标：（1）常规化学性指标，如pH、碱度、硬度、各种阴阳离子、总盐含量等；（2）有毒的化学指标，如各种重金属、氰化物、多环芳烃、卤代烃、各种农药等；（3）氧平衡指标，如溶解氧、化学需氧量、生物需氧量等；生物性水质指标包括：细菌总数、总大肠杆菌数、各种病原菌及病毒等。概述

只有水质符合要求的地下水才是可以利用的地下水资源。不同用水单位对水质的要求不同，各部门都规定有相应的水质标准。供水水文地质工作者，只有了解各种目的供水对水质的要求，才能在勘察中选择适当的取水样地点，有针对性地提出水质分析项目，作出正确的水质评价。概述在进行水质评价时，应以最新标准为依据，不仅考虑水质的现状是否符合标准，还应考虑是否有改善的可能，即经过处理后能否达到用水标准；还应预测地下水开采后水质可能发生的变化，并提出卫生防护和管理的措施。地下水水质评价概述地下水质量综合评价供水水质评价矿泉水的水质评价（自学）地下水质量综合评价是研究地下水质量现状和时空变化规律同其所处的自然地理、地质、水文地质等条件之间的关系，以及人类活动对地下水质量影响。对地下水质量的优劣程度进行定量描述，即按一定的评价标准和评价方法对一个特定区域（或一个特定的含水系统）中的地下水质量进行说明、评定和预测《地下水质量标准》（GB/T14848—93）

主题内容与适用范围

本标准规定了地下水的质量分类，地下水质量监测、评价方法和地下水质量保护。

本标准适用于一般地下水，不适用于地下热水、矿水、盐卤水。地下水质量分类地下水质量分类指标地下水质量分类指标评价方法——单项组分评价计算公式如下：式中：Pi——某组分的水质指数Ci——某组分的实测含量Coi——某组分的标准含量Pi大于1时，认为是超标的，可能受到了某种组分污染。评价方法——加附注的评分法单项组分评分值类别IIIIIIIVVFi013610地下水质量级别划分标准级别优良良好较好较差极差F<0.80.8-2.52.5-4.254.25-7.20>7.20例题实例1995年洛阳地下水监测资料单位（pH值除外）：mg/L地下水水质评价概述地下水质量综合评价供水水质评价矿泉水的水质评价（自学）生活饮用水水质评价工业用水水质评价农业灌溉用水水质评价供水水质评价

作为饮用水，必须满足人们生理感觉良好，并对人体健康无害的要求。因此，评价时，应考虑水的物理性质、溶解的普通盐类（主要离子），特别应注意地下水是否受到细菌和毒物的污染。饮用水水质评价

饮用水的物理性质应当是无色、无味、无臭、不含可见物，清凉可口（水温7—11℃）。水的物理性质不良，会使人产生厌恶的感觉，说明它含有一定的化学成分。例如，含腐殖质的水呈黄色，含低价铁的水呈淡蓝色，含高价铁或锰的水呈黄色至棕黄色；水中悬浮物多时呈混浊的浅灰色；含硫化氢的水有臭鸡蛋味，含有机物及原生动物的水，可能有腐味。饮用水水质评价一、对饮用水中物理性质的要求

水中溶解的普通盐类，主要指常见的离子成分，如CI－、SO42－、HCO3－、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe、Mn、I等。它们大都来源于天然矿物，在水中的含量变化很大。它们含量过高时，会损及水的物理性质，使水过咸或过苦，不能饮用。它们含量过低时，会对人体健康产生不良影响。

饮用水标准中规定，水的总矿化度不应超过1g/L。由于人体对饮用水中普通盐类的含量多少具有很快的适应能力，所以在一些淡水十分缺乏的地区，总矿化度为1-2g/L的水，也可用于饮用。饮用水水质评价二、对饮用水中普通溶解盐类的评价

水的硬度：水中所含钙、镁离子的总量。按水质标准（GB5749－85），饮用水的总硬度（以碳酸钙计）不应超过450mg/L的限量。但硬度太小的水，对人体也不宜，规定不得小于8度，最好是10一15度。饮用水水质评价

硫酸盐（SO42-）：水中硫酸盐含量过高时，会使水味变坏，甚至引起腹泻，使肠道机能失调。水中硫酸盐的含量应在250mg／L以下。在水中缺钙的地区，当硫酸盐含量低于10mg／L时，易患大骨节病。碘（I-）：人体需要适量的碘，以制造甲状腺激素，维持碘代谢。碘在淡水中含量一般很低（0.002—0.01mg／L）。人体缺碘，会发生甲状腺肿大病和克汀病。

锶（Sr）和铍（Be）：天然水中锶和铍含量一般甚微。当其含量增高时，可引起大骨节病、锶佝偻病和铍佝偻病。饮用水对锶的限量为0.003mg／L。铜（Cu）和锌（Zn）：是人体必需的元素，其限量皆为1.0mg／L；若摄取过量，也有毒性。硫酸铜的毒性较大，会引起肠胃炎、肝炎等。锌的毒性较弱，但食得过多，也可引起肠胃炎及消化道粘膜被腐蚀等疾病。氧化亚铁和锰：这两种物质影响水的味道。当氧化亚铁含量达到0.3mg／L时，水具有墨水味。当锰的含量达到0.lmg／L时，水也有不良味道。饮用水水质评价

水中的有毒物质主要有砷、硒、镉、铬、汞、铅、氟、氰化物、酚类，有时还有洗涤剂及农药。这些物质在地下水中出现，主要是地下水受到污染所致，少数也有天然形成的。砷（As）：砷的毒性较大。当饮水中砷的含量大于0.lmg／L时，能麻痹细胞的氧化还原过程，使人患溶血性贫血，并有致癌作用。饮用水中砷的允许含量一般为0.01—0.02mg／L，超过0.05mg／L时，不能作为饮用水。硒（Se）：硒对人体也有较强的毒性。它在人体中的蓄积作用明显，易引起慢性中毒，损害肝脏和骨骼的功能。1975年后，人们认识到硒在生物学功能方面具有双重性。它既是有毒元素，又是生命所必需的微量元素。三、对饮用水中有毒物质的限制饮用水水质评价

镉（Cd）：镉有很强的毒性，能在细胞中蓄积，是一种不易被人体排出的有毒元素。它可使肠、胃、肝、肾受损，还能使骨骼软化变脆，产生骨痛病。有人认为，贫血及高血压也与镉在机体内蓄积有关。饮用水对镉的限量为0.005mg／L。铬（Cr）：特别是六价铬对人体有害，当饮水中含铬量大于0.1mg／L时，会刺激和腐蚀人体的消化系统，能破坏鼻内软骨，甚至可致肺癌。饮用水对铬的限量为0.05mg／L。汞（Hg）：汞为蓄积性毒物。它进入人体后，可使人的中枢神经、消化道及肾脏受损害，使细胞的蛋白质沉淀，形成细胞原浆毒。妇女、儿童及肾病患者对汞敏感。汞还能从妇女乳腺排出，影响婴儿健康。饮用水对汞的限量为0.001mg／L。饮用水水质评价

铅（Pb）：铅为蓄积性毒物。当人体内蓄积铅较多时，会使高级神经活动发生障碍，产生中毒症状，甚至侵入骨髓内，使人瘫痪。它也能从妇女乳腺中排出，影响婴儿健康。饮用水对铅的限量为0.01mg／L。氟（F）：氟与人的牙齿和骨骼健康有关。饮用水中含氟量过低或过高，都对人体有害。当含氟过低（小于0.3mg／L）时，会失去防止龋齿的能力；含氟量过高（大于1.5mg／L）时，可使牙齿釉质腐蚀，出现氟斑齿，甚至造成牙齿损坏。长期饮用高氟水，还能引起骨骼变形等慢性疾病（氟骨症），甚至残废。饮用水中含氟量的最高限量为1.0mg／L。饮用水水质评价氰化物：毒性大。它进入人体后，会使人中毒；当达到一定浓度时，可使人急性死亡。饮用水中的氰化物限量为0.05mg／L。酚类：各种酚类是强毒性有机化合物。当水中含酚量达到0.005mg／L时，如用氯消毒处理饮用水，会产生使人难忍的氯酚味，不能饮用。饮用水对酚类的限量为0.002mg／L。饮用水水质评价

当地下水被生活污水污染时，水中常含有各种细菌、病原菌、病毒和寄生虫等。这种水不能作为饮用水。然而，水中的细菌，特别是病原菌不是随时都能检出和查清的。因此，为了保障人体健康和预防疾病，便于随时判断致病的可能性和水受污染的程度，一般是取水样检验细菌总数、总大肠菌群、粪大肠菌群。四、对饮用水细菌及有机污染物的限量饮用水水质评价

细菌总数：指水样在相当于人体温度（37℃）下经24h培养后，每毫升水中所含各种细菌的总个数。饮用水标准规定，此数不应超过100cfu/mL。

总大肠杆菌群和粪大肠杆菌群：大肠杆菌本身并非致病菌，一般对人体无害。但若在水中发现很多大肠杆菌，则说明水已被污染，存在有病原菌的可能性。饮用水标准规定，总大肠杆菌群和粪大肠杆菌群在每100ml水中不得检出。饮用水水质评价

各种工业生产几乎都离不开水，不同的生产部门对水质的要求也不同。只有了解这些要求，才能在供水水文地质勘察中有的放矢地确定水质分析项目，对水质作出正确的评价。工业用水水质评价锅炉用水的水质评价地下水侵蚀性评价

在工业用水中，锅炉用水是比较普遍的，对水质的要求也较高。水在蒸气锅炉中是处在高温、高压的条件下，水中的一些化学物质会发生各种不良化学反应，主要有成垢作用、起泡作用和腐蚀作用等。这些作用可给锅炉带来一些不良影响。工业用水水质评价1．成垢作用当水被煮沸时，水中所含的一些离子、化合物可以相互作用而生成沉淀，并依附于锅炉壁上，形成锅垢，这种作用称为––––成垢作用。当锅垢厚时，不仅不易传热，浪费燃料，而且易使金属炉壁过热融化，引起锅炉爆炸。锅垢的成分通常有CaO、CaCO3、CaSO4、CaSiO3、Mg(OH)2、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3及悬浊物质的沉渣等。这些物质是由于溶解于水中的钙、镁盐类及胶体SiO2、Al2O3、Fe2O3和悬浊物沉淀而产生的。例如：工业用水水质评价MgCO3再分解，沉淀出镁的氢氧化物：与此同时，还可以沉淀出CaSiO3及MgSiO3，有时还沉淀出CaSO4等。所有这些产物沉淀在锅炉壁上，便形成了锅垢。锅垢的总重量，可根据水质分析资料用下式计算：式中：H0––––锅垢的含量（mg／L或g／m3）；S––––悬浮物含量（mg／L）；C––––胶体物含量（SiO2＋Al2O3＋Fe2O3＋……），（mg／L）；[Fe2＋]、[Al3＋]……––––各种离子的浓度（mmol／L）。工业用水水质评价

按锅垢总量对成垢作用进行评价时，可将水分为四个等级：

H0＜125时，为锅垢很少的水；

H0＝125—250时，为锅垢较少的水；

H0＝250一500时，为锅垢较多的水；

H0＞500时，为锅垢很多的水。工业用水水质评价

锅垢中包括硬质的垢石（硬垢）及软质的垢泥（软垢）两部分。硬垢主要是由碱土金属的碳酸盐、硫酸盐及硅酸盐构成，附壁牢固，不易清除。故在评价锅垢时，还要计算硬垢数量，评价锅垢的性质。硬垢量常用下式计算：式中：Hh––––硬垢总量（g／rn3）；SiO2––––二氧化硅重量（mg／L）。如果括弧中结果为负数时，说明水中没有钙镁的碳酸盐和硫酸盐，则可略去不计。对锅垢的性质进行评价时，可采用硬垢系数（Kn），即Kn=Hh/H0。当Kn＜0.25时，为软垢水；当Kn＝0.25-0.5时，为软硬垢水；当Kn＞0.5时，为硬垢水。工业用水水质评价2．起泡作用指水在锅炉中煮沸时，在水面上产生大量气泡的作用。如果气泡不能立即破裂，就会在水面以上形成很厚的极不稳定的泡沫层。当泡沫太多时，会使锅炉内水的汽化作用极不均匀，水位急剧地升降，致使锅炉不能正常运转。产生这种现象的原因是，水中易溶解的钠盐、钾盐以及油脂和悬浊物受炉水的碱度作用，发生皂化的结果。钠盐中，促使水起泡的物质为苛性钠和磷酸钠。苛性钠，除了可使脂肪和油质皂化外，还能促使水中的悬浊物变为胶体悬浊物。磷酸根与水中的钙、镁离子作用，能在炉水中形成高度分散的悬浊物。水中的胶体状悬浊物，增强了气泡薄膜的稳固性，因而加剧了起泡作用。工业用水水质评价

起泡作用可用起泡系数（F）评价。起泡系数根据钠、钾的含量（mg/l）计算：当F＜60时，为不起泡的水（机车锅炉须一周换一次水）；当F＝60-200时，为半起泡的水（机车锅炉须2一3d换一次水）；当F＞200时，为起泡的水（机车锅炉须l一2d换一次水）。工业用水水质评价3．腐蚀作用水通过化学的和物理化学的或其他作用对炉壁的侵蚀破坏称为腐蚀作用。溶解于水中的气体成分，如氧、硫化氢及二氧化碳等也是造成腐蚀作用的重要因素。锰盐、硫化铁、有机质及脂肪油类，皆可作为接触剂而加强腐蚀作用。温度增高及由此而产生的局部电流，均可促进腐蚀作用。腐蚀作用对锅炉的危害极大，不仅能减少锅炉的寿命，还可能发生爆炸事故。工业用水水质评价水的腐蚀性可以按腐蚀系数（Kk）进行评价。对酸性水：对碱性水：Kk=1.008（γMg2+－HCO3-）当Kk＞0时，为腐蚀性水；当Kk＜0，但Kk十0.0503Ca2十＞0时，为半腐蚀性水；当Kk十0.0503Ca2十＜0时，为非腐蚀性水（其中，Ca2十的单位以mg/L表示）。工业用水水质评价

当地下水中含有某些成分时，水对建筑材料中的混凝土、金属等有侵蚀性和腐蚀性。当建筑物经常处于地下水的作用下，应评价地下水的侵蚀性。大量试验证明，地下水对混凝土的破坏是通过分解性侵蚀、结晶性侵蚀和分解结晶复合性侵蚀作用进行的。地下水的这种侵蚀性主要取决于水的化学成分，同时也与水泥类型有关。二、水的侵蚀性评价工业用水水质评价（1）分解性侵蚀。指酸性水溶滤氢氧化钙或侵蚀性碳酸溶滤碳酸钙，使水泥分解破坏的作用。此作用可分为一般性侵蚀和碳酸性侵蚀两种。

一般性侵蚀是水中的氢离子与氢氧化钙起反应，使混凝土溶滤破坏。其反应式为：一般性侵蚀性主要取决于水的pH值，pH值越低，水对混凝土的侵蚀性越强。工业用水水质评价

碳酸性侵蚀是由于碳酸钙在侵蚀性二氧化碳的作用下溶解，使混凝土遭受破坏。混凝土表面的水泥，在空气和水中CO2的作用下，首先生成一层碳酸钙；进一步作用，形成易溶于水的重碳酸钙；重碳酸钙溶解后，使混凝土破坏。其反应式为：工业用水水质评价（2）结晶性侵蚀。指混凝土与水中硫酸盐发生反应，在混凝土的空隙中形成石膏和硫酸铝盐晶体。这些新化合物，因结晶膨胀作用体积增大（石膏可增大体积1-2倍，硫酸铝盐可增大体积2.5倍），导致混凝土力学强度降低，以致破坏，这种侵蚀也可称为硫酸侵蚀性。工业用水水质评价这种结晶性侵蚀并不是孤立进行的，它常与分解性侵蚀作用相伴生。有分解性侵蚀时，往往更能促进这种作用的进行。（3）分解结晶复合性侵蚀。

主要是地下水中弱盐基硫酸盐离子的侵蚀，即当水中Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、NH4+……等含量很多时，它们与水泥发生化学反应，使混凝土力学强度降低，甚至破坏。例如，水中的MgCl2与混凝土中结晶的Ca(OH)2起交替反应，形成Mg(OH)2和易溶于水的CaCl2，使混凝土遭受破坏。工业用水水质评价分解结晶复合性侵蚀的评价指标为弱基硫酸盐离子总量Me，主要用于被工业废水污染的侵蚀性鉴定。当Me＞1000mg／L，且满足下式、时，即有侵蚀性：Me＞（K3－SO42－）式中：Me––––水中Mg2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、Zn2+、NH4+等的总量（mg／L）；SO42–––––水中硫酸根离子的含量（mg／L）；K3––––随水泥种类不同而异的一个常数，介于6000—9000之间，可由有关手册中查得。当Me＜1000（mg／L）时，不论SO42–含量多少，均无侵蚀性。工业用水水质评价灌溉用水水质的好坏，主要是从水温、水的总矿化度及溶解盐类的成分对农作物和土壤的影响来考虑的。有时，还要考虑水的pH值和水中有毒元素的含量对农作物和土壤的影响。灌溉水的温度应适宜。在我国北方，以10一15℃为宜；在南方的水稻生长区，以15一25℃为好。温度过低或过高，对作物生长都不利。一、农田灌溉用水对水质的要求农田灌溉用水水质评价灌溉用水的矿化度不能太高，一般以不超过1.7g／L为宜；若大于1.7g／L，则应视作物种类和所含盐类成分而定。不同作物有不同的耐盐性。例如，在华北平原灌溉矿化度小于1g／L的水，一般作物生长正常；灌溉矿化度为1一2g／L的水，水稻、棉花生长正常，小麦受抑制；灌溉矿化度达5g／L的水，且水量充足时，水稻可以生长，棉花受显著抑制，小麦不能生长；矿化度达20g／L的水，作物不能生长，只能生长少量耐盐牧草。农田灌溉用水水质评价水中所含盐类成分不同，对作物有不同的影响。对作物生长最有害的是钠盐，尤以Na2CO3（纯碱）危害最大，它能腐蚀农作物根部，使作物死亡，还能破坏土壤的团粒结构。其次为NaCl（盐），它能使土壤盐化，变成盐土，使作物不能正常生长，甚至枯萎死亡。水中有些盐类对作物生长并无害处，例如CaCO3和MgCO3。还有一些盐类不但无害，而且还有益，例如硝酸盐和磷酸盐，具有肥效，有利于作物生长。农田灌溉用水水质评价水中含盐分的多少和盐类成分对作物的影响受许多因素的控制，如气候条件、潜水位埋深、土壤性质、作物种类和生育期，以及灌溉方法、制度等。因此，对水中有害盐分的允许含量规定出适于各种条件的统一标准是困难的。农田灌溉用水的水质，不仅应考虑对作物生长有无影响，还应注意不要造成环境污染。特别是城市郊区，常用废水作为灌溉水源，对水质必须严格限制。农田灌溉用水水质评价农田灌溉用水水质评价二、农田灌溉水质评价方法钠吸附比值法灌溉系数法盐碱度法

在50及60年代，我国常用原苏联的灌溉系数评价法，后来又用美国的钠吸附比的方法。近来，北方多采用河南省地矿局提出的盐度、碱度评价法。农田灌溉用水水质评价钠吸附比值（A）的计算公式为：式中，Na+、Ca2+、Mg2+表示各离子在每升水中的毫克当量数（等于mmol／L×离子价数）。当A＞20时，为有害的水；当A＝15-20时，为有害边缘水；当A＜8时，为相当安全的水。钠吸附比值法农田灌溉用水水质评价灌溉系数法水的化学类型灌溉系数(Ka)计算公式γNa+<γCl-，只有氯化钠存在时Ka=288/(5γCl-)γCl-+γSO42->γNa+>γCl-