供水水文地质课件

第三章

地下水的物理性质、化学成分与水质评价

概述1.1地下水的物理性质1.2地下水的化学成分1.3地下水化学成分的形成与演变1.4地下水化学特征与人类健康1.5地下水水质评价概述1、地下水不是化学纯水，地下水与环境（自然地理、地质背景及人类活动）长期相互作用，呈现出不同的物理性质和化学成分。2、地下水所含有的各种成分对人类有着显著的害益差异，不同实际目的所利用的地下水，对其水质（物理性质、化学成分和微生物种类和数量）有不同的要求，因此，选择水源时必须根据生产和生活的需要对水源作出水质评价。

返回1.1地下水的物理性质一、水温二、颜色

三、透明度

四、气味五、味道

六、导电性七、放射性

返回3、H深度处地下水的温度（TH）：

TB-年常温带温度，℃；h-年常温带深度，m；G-地热增温级，m／℃

。4、地下水按水温分类：

类型过冷水冷水温水热水过热水水温，℃<00~2020~4242~100>100返回地下水一般无色，只有当水中含有某些离于成分、悬浮物或胶体成分时，才呈现不同的颜色。如：有机质—黄色；硫化氢—翠绿色；氧化铁—浅红褐色；氧化亚铁—浅蓝绿色；硬水—浅蓝色。

地下水中色度的测定采用铂钴标准比色法。最低检测色度为5度。测定范围:5度～50度。二、地下水的颜色返回

（三）地下水的透明度

地下水通常是无色透明的，当水中含有某种离子、胶体、有机质或悬浮物质时，透明度将降低。透明度的野外分级：

（3mm的粗线）返回五、味道地下水的味道取决于水中所含的化学成分和气体成分。地下水一般淡而无味，若含有较多的氯化钠，水具咸味；含较多的二氧化碳，水清凉可口，含碳酸钙、镁的水味美适口，称“甜水”，若含有较多的有机质或腐植质，水有腻人的土甜味，不宜饮用；合硫酸纳的水味涩，含氯化镁和硫酸镁较多的水味苦，且可引起呕吐和腹泻；含氧化铁的水具有铁锈味。返回六、导电性地下水的导电性取决于水中溶解的电解质的数量和性质，即取决于各种离子的含量和离子价。离子含量越多，价数越高，则水的导电性越强。此外，温度也影响导电性。

返回七、放射性地下水的放射性取决于水中放射性物质的含量。大多数地下水都具有放射性，但其含量微弱。放射性矿床与酸性火成岩地区的地下水具有较高的放射性。水按放射性分级：

分级水中放射气含量（埃曼）镭水中镭的含量（g/l)强放射性水>300>10-9中等放射性水100~30010-10~

10-9弱放射性水35~10010-11~

10-10注：氡的浓度一般用单位体积空气中所含的放射性活度来表示，其国际单位为贝可/升(Bq/L)，非国际单位有居里/升，艾曼。1居里/升=1×1010艾曼=3.7×1010Bq/L。1Bq=1次衰变/秒返回1、地下水中的主要气体地下水中常见的气体成分有O2、N2、CO2、H2S和CH4等，气体在地下水中的含量通常不高，每升水数毫克到数十毫克。但是它们能很好地反映地下水的形成环境（温、压条件和地质条件），同时某些气体的含量会影响盐类在水中的溶解度以及其它化学反应。

返回2、地下水中主要离子成分地下水中含很多离子成分．但是在水中分布最广、含量最多的主要有七种，即Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。它们是人们评价地下水化学成分的主要项目。次要离子有CO32-、NO3-、NO2-、OH-、H+、NH4+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、PO43-等。

返回3、地下水中的其他化学成分

（1）微量成分：如Br、I、F、Ba、Li、Sr、Se、Co、Mo、Cu、Pb、Zn、B、P、As等。它们来源于地球深部或海洋。微量元素对人体健康有明显的影响。（2）胶体化合物：地下水中分布最广的胶体化合物有Fe(OH)3、A1(OH)3和SiO2等及有机胶体。有机胶体分布较广，在气候炎热的沼泽地带含量较高。（3）有机物：地下水中常含一定数量的有机质。有机质是以碳、氢、氧为主的高分子化合物，其他成分尚有氮、磷、硫等。有机质中稳定的腐植酸主要以胶体形式存在于地下水中，部分呈悬浮状态的有机酸及特殊高分子腐植酸能溶于水成为真溶液，富集于土壤及沼泽水中，其含量从小于1mg／L到数百mg/L，一般在10mg／L左右。呈黄色、黑色及灰黑色，并有特殊的气味和味道。有机质的形成主要由于生物化学作用，由生物的排泄物或生物遗骸分解形成。（4）微生物：①氧化环境：硫细菌、铁细菌等；②还原环境：脱硫酸细菌等；③污染水：致病细菌。返回1、总矿化度

总矿化度表示地下水中含盐量的多少，是表征水矿化程度的指标。它指地下水中所含各种离于、分子及化合物的总量，以g/L表示。它包括所有溶解状态和胶体状态的成分，但不包括游离状态的气体成分。总矿化度可根据化学分析所得全部离子量、分子量及化合物量相加求得（总含盐量）。也可以在105—110℃的温度下将水烘干所得的干涸残余物表示（总溶解固体）。总溶解固体（TDS）≈总含盐量-1/2HCO3-

地下水按总溶解固体分类：地下水类型TDS（g/l)地下水类型TDS（g/l)淡水<1盐水10~50微咸水1~3卤水>50咸水3~10返回2、酸碱度水的酸碱度取决于水中H+浓度。水的酸碱度对人体健康和金属设备有重要影响。如弱碱性水对人体健康有利；地下水的pH值小于4时，对金属有剧烈的腐蚀作用，矿井酸性水强烈腐蚀井下排水设备和管道，并污染环境。地下水按酸碱度分类：水的类型pH值水的类型pH值强酸性水<5弱碱性水7~9弱酸性水5~7强碱性水>9中性水7返回3、硬度硬度是由于水中含有Ca2+、Mg2+而具有的性质。硬度大的水对生活和工业用水都有不良的影响：硬度大的水味道差，且易引起肠胃不适，我国饮用水规定“不超过25度”，用硬水洗衣使肥皂泡沫减少，煮菜、煮饭不易烧熟，锅炉用硬水易形成锅垢，甚至因不均匀导热引起锅炉爆炸，硬度大的水会影响印染、造纸等工业的质量。总硬度：水中含Ca2+、Mg2+的总量称为总硬度。暂时硬度：指水加热沸腾后，由于脱碳酸作用，而从水中失去的那部分Ca2+、Mg2+含量，主要为Ca2+、Mg2+的碳酸盐。永久硬度：水加热沸腾后，仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量称为水的永久硬度，主要为Ca2+、Mg2+的硫酸盐和氯化物。现阶段根据国家化学分析标准计量要求，硬度按mg/L（以CaCO3计）表示。硬度1Mmol/L=100mg/L（以CaCO3计）硬度1度=17.9mg/L（以CaCO3计）

4、侵蚀性地下水的侵蚀性主要表现为含侵蚀性CO2水对混凝土的侵蚀，硫酸对混凝土的侵蚀及酸性水对机械设备的侵蚀。

返回1、地下水化学成分的分析与表示当为饮用水水源勘察时，应根据饮用水水质标准（GB5749-85）的要求进行分析，分简分析和全分析两种。简分析多采用简易水质分析箱在现场进行分析。全分析一般是对简分析结果进行检验和补充，目的在于比较全面地了解区域地下水化学特征。通常是在简分析取样的基础上，选取有代表性的水样，在专门化验室进行化验。

简分析项目：除物理性质（温度、颜色、透明度、嗅味、味道等）外，还应定量分析以下各项：PH值、游离CO2

、Cl-、SO4-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+及TDS-总矿化度等。

全分析项目：除简分析项目外，增加分析NH4+、Fe3+、Fe2+、CO32-

、NO2-、NO3-、侵蚀性CO2、耗氧量、H2S、H2SiO3，并计算总硬度、永久硬度和暂时硬度。此外，有时还需作专项分析，如增加分析细菌及有毒成分。地下水的常用表示方法--库尔洛夫式：

1、将阴、阳离子分别标示在横线上、下,按毫克当量百分数自大而小的顺序排列,小于10%的离子不予标示。

2、横线前依次标示气体成分、特殊成分及矿化度(用M表示),单位均为g/L。

3、横线后以字母t为代号,表示水温,单位为℃。

4、式中各成分含量一律标于该成分符号的右下角,原子数则移至右上角。即：

阴离子成分原子数毫克当量百分数

气体成分含量特殊成分含量M含量t水温℃

阳离子成分毫克当量百分数例如某水样的库尔洛夫式为：

返回第二步，按矿化度（M）的大小划分为4组。A组——M≤1.5g/L；

B组——1.5＜M≤10g/L；C组——10＜M≤40g/L；

D组——M＞40g/L。第三步，将地下水化学类型用阿拉伯数字（1～49）与字母

（A、B、C或D）组合在一起的表达式表示。例如，1—A型，表示矿化度（M）不大于1.5g/L的HCO3-Ca型水，沉积岩地区典型的溶滤水；49—D型，表示矿化度大于40g/L的Cl-Na型水，该型水可能是与海水及海相沉积有关的地下水，或是大陆盐化潜水。阴离子阳离子HCO3-HCO3-+SO42-HCO3-+SO42-+Cl-HCO3-+Cl-SO42-SO42-+Cl-Cl-Ca2+181522293643Ca2++Mg2+291623303744Mg2+31017？24？3138？45Na++Ca2+4111825323946Na++Ca2++Mg2+5121926334047Na++Mg2+6132027344148Na+7142128354249返回1.3化学成分的形成和演变一、原始成分的影响

地下水大都来源于大气降水、地表水和凝结水补给，继承了各种补给源的原始成分。二、水文地球化学作用1、溶滤作用：岩石中的可溶部分被溶解转入地下水；2、蒸发浓缩作用：地下水中的含盐量相对增加；3、离子的交换和吸附作用：地下水与岩石之间发生物质交换；4、脱硫酸作用：在有机物和脱硫酸细菌作用下，硫酸盐被分解成H2S和HCO3-；5、脱碳酸作用：在温度升高、压力降低的情况下CO2自水中逸出并形成碳酸盐沉淀。三、人类活动返回二、研究表明其他一些常见病也与饮用水有一定关系：如饮用软水的城市心血管病死亡率高，饮用硬水的城市心血管病死亡率低。高血压症、脑溢血症死亡率高的地区多为酸性硅质水；当SiO2含量高于20mg/L时可促使癌症的高发，足够的钙对“抵御”癌症有明显的作用，胃癌的分布与酸性软水区有关，苏格兰皮肤癌的发病率高与饮用水中As高有关，太行山中南部的食管癌高发区与饮用“死水”（用旱井、涝池、坑塘等贮存的雨水）有关。而含适量某些成分的地下水有医疗价值。如饮用含锂的水可减少动脉硬化及降低精神错乱的患病率。三、饮用被重金属（汞、镉、铅、铬、钒、钴、钡等）和难分解有机物（多氯联苯、有机农药、多环芳烃等）污染的地下水轻则身体出现不适，重则致命。返回1.5地下水水质评价一、地下水水质的概念二、评价依据三、评价指标四、地下水分类五、评价方法六、评价的一般步骤七、供水水质评价

1、生活饮用水水质评价；2、饮用天然矿泉水水质评价；3、工业用水水质评价；4、农田灌溉用水水质评价返回一、地下水水质的概念地下水水质是地下水对人类生活及生产活动用水要求的适宜程度。地下水水质的好坏不仅取决于其本身的物理性质、化学组成及生物特性，而且与其具体用途有关。返回二、评价依据地下水水质评价依据为GB／T14848-1993《地下水质量标准》。或根据用水目的选择相应的用水标准。返回三、评价指标《地下水质量标准》涉及指标共39项，其中：感官性状指标4项：色、嗅和味、浑浊度、肉眼可见物；细菌学指标2项：总大肠菌群、细菌总数；放射性指标2项：总a放射性、总B放射性；有机组分指标4项：挥发性酚类、阴离子合成洗涤剂、滴滴涕、六六六；一般化学指标和无机组分指标28项：pH值、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、铁、锰、氟化物、硝酸盐、锌等。其中规定为水质监测项目（20项）为：pH值、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、挥发性酚类、氰化物、砷、汞、铬(六价)、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、总溶解固体、高锰酸盐指数、硫酸盐、氯化物、大肠菌群，以及反映地区主要水质问题的其他项目。同时还明确规定了参加地下水水质综合评价的项目应不少于标准规定的监测项目，但不包括细菌学标准。

返回类别用途Ⅰ类主要反映地下水化学组分的天然低背景含量，适用于各种用途Ⅱ类主要反映地下水化学组分的天然背景含量，适用于各种用途Ⅲ类以人体健康基准值为依据，主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水Ⅳ类以农业和工业用水要求为依据，除适用于农业和部分工业用水外。适当处理后可作生活饮用水Ⅴ类不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用四、地下水水质分类《地下水质量标准》还参照了生活饮用水、工业、农业用水水质最高要求，根据地下水各指标的含量特征，将地下水水质分为五类，不同的类别反映了不同的水质状况和该类别水体的主要用途。

返回1、单因子评价方法2、综合评价方法（1）综合指数法（2）人工神经网络模型（3）模糊综合评判法（4）灰色聚类法五、地下水水质评价方法返回1、确定评价范围2、通过水质监测查明地下水的物理性质、化学成分、卫生条件和变化规律。检验方法，按国家标准GB5750《生活饮用水标准检验方法》执行。监测频率不得少于每年二次(丰、枯水期)。3、选择评价标准、评价指标及评价方法4、总结评价结果

六、地下水水质评价的一般步骤返回地下水质量分类指标

项目序号

项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类1色(度)≤5≤5≤15≤25>252嗅和味无无无无有3浑浊度(度)≤3≤3≤3≤10>104肉眼可见物无无无无有5pH

≤1506.5～8.5

5.5～6.5

8.5～9<5.5，>96总硬度≤150≤300≤450≤550>5507TDS≤50≤500≤1000≤2000>20008硫酸盐≤50≤150≤250≤350>3509氯化物≤0.1≤150≤250≤350>35010铁≤0.05≤0.2≤0.3≤1.5>1.511锰≤0.01≤0.05≤0.1≤1.0>1.012铜≤0.05≤0.05≤1.0≤1.5>1.513锌≤150≤0.5≤1.0≤5.0>5.0项目序号

项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类14钼≤0.001≤0.01≤0.1≤0.5>0.515钴≤0.005≤0.05≤0.05≤1.0>1.016挥发性酚类≤0.001≤0.001≤0.002≤0.01>0.0117阴离子合成洗涤剂不得检出≤0.1≤0.3≤0.3>0.318高锰酸盐指数≤1.0≤2.0≤3.0≤10>1019硝酸盐≤2.0≤5.0≤20≤30>3020亚硝酸盐≤0.001≤0.01≤0.02≤0.1>0.121氨氮≤0.02≤0.02≤0.2≤0.5>0.522氟化物≤1.0≤1.0≤1.0≤2.0>2.023碘化物≤0.1≤0.1≤0.2≤1.0>1.024氰化物≤0.001≤0.01≤0.05≤0.1>0.125汞≤0.00005≤0.0005≤0.001≤0.001>0.00126砷≤0.005≤0.01≤0.05≤0.05>0.0527硒≤0.01≤0.01≤0.01≤0.1>0.128镉≤0.0001≤0.001≤0.01≤0.01>0.01项目序号

项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类29铬(六价≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.130铅≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.131铍≤0.00002≤0.0001≤0.0002≤0.001>0.00132钡≤0.01≤0.1≤1.0≤4.0>4.033镍≤0.005≤0.05≤0.05≤0.1>0.134滴滴涕不得检出≤0.005≤1.0≤1.0>1.035六六六≤0.005≤0.05≤5.0≤5.0>5.036总大肠菌≤3.0≤3.0≤3.0≤100>10037细菌总数(个/L)≤100≤100≤100≤1000>100038总σ放射性(Bq/L)≤0.1≤0.1≤0.1>0.1>0.139总β放射性(Bq/L)≤0.1≤1.0≤1.0>1.0>1.0返回1、单因子评价方法项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类硒（mg/l）≤0.01≤0.01≤0.01≤0.1>0.1汞（ug/l）≤0.05≤0.5≤1≤1>1总硬度（mg/l）≤150≤300≤450≤550>550硝酸盐（mg/l）≤2.0≤5.0≤20≤30>30锰（mg/l）≤0.01≤0.05≤0.1≤1.0>1.0亚硝酸盐（mg/l）≤0.001≤0.01≤0.02≤0.1>0.1表2三个地区水质状况表1地下水质量标准地区号硒（mg/l）汞（ug/l）总硬度（mg/l）硝酸盐（mg/l）锰（mg/l）亚硝酸盐（mg/l）100.02360.825.60.6020.020.4420.732.50.20.0230.030.5380.912.40.080.01地区号硒（mg/l）汞（ug/l）总硬度（mg/l）硝酸盐（mg/l）锰（mg/l）亚硝酸盐（mg/l）1Ⅰ类Ⅰ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅰ类2Ⅳ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅴ类Ⅳ类Ⅲ类3Ⅳ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅲ类Ⅲ类Ⅱ类返回(1)综合指数法1、首先进行各单项组分评价，划分组分所属质量类别。类别ⅠⅡⅢⅣⅤFi0136102、对各类别按下表分别确定单项组分（不包括细菌学指标）评价分值Fi。地区号硒（mg/l）汞（ug/l）总硬度（mg/l）硝酸盐（mg/l