水文地球化学电子教案3

水文地球化学主讲：苏春利中国地质大学（武汉）环境学院第三讲天然水化学成分的组成及水化学资料的获取与整理第一部分天然水化学成分的组成

天然水的分类

大气降水与地表水的化学特征地下水的化学特征天然水化学成分的综合指标地下水化学成分的数据处理天然水的组成天然水是组成复杂的溶液存在于地壳中的87种稳定的化学元素中，在天然水中就发现了70种以上天然水的化学成分是指离子、络阴离子、复杂络合物无机分子(O2、CO2、H2、CH4、H4SiO4)有机分子(HCl-C=C-Cl2,Cl2-C=C-Cl2)微生物（细菌、病毒、寄生虫）（存活时间、吸附、酸性土壤）胶体(10-9-10-7m)天然水组成的分类天然水组成可按溶质颗粒大小、化合物类型、相对浓度及相态等分类按溶质颗粒大小

真溶液胶体

悬浮液

按化合物类型无机物有机物

无机络合物及有机络合物按相态固相液相气相

按相对浓度宏量组分中量组分

微量组分大气降水的一般特征大气降水是含杂质较少、矿化度较小的软水，其含盐量一般为20—50mg/L。干旱地区的雨水杂质较多，潮湿地区雨水中杂质较少。滨海地区降水中的Na+和Cl-含量较高，而内地降水中的Na+和Cl-含量较低。初降雨水杂质较多，而长期降雨后的雨水杂质较少。大气降水中的气体组分大气降水中一般溶有较多的CO2，因此酸性较强，具有强烈破坏岩石的能力。含CO2气体的降水入渗地下后，可发生一系列化学反应，在改变水自身的溶解组分的同时，也强烈地改变着所流经的岩土体的形状，并形成不同类型的次生矿物。大气降水中还溶有一定量的惰性气体，它们可随水一直下渗到深处，基本上不改变原来状态，因此可用惰性气体作为判别地下水补给来源与运动途径的指标。

大气降水中的其他化学特征大气降水的pH值一般为5.5-7.0左右；大气降水的主要盐类成分为HCO3-，CO32-，SO42-，Cl-，Ca2+，Mg2+，Na+，K+；大气降水中二氧化硅含量很小，一般不超过0.5mg/L；海水的化学特征海水的无机组分

宏量组分（含量>10mg/L）：按含量由大到小的顺序依次为Cl-，Na+，SO42-，Mg2+，Ca2+，K+，HCO3-，Br-；中量组分（含量在0.1mg/L-10mg/L）：包括Sr，SiO2，B，F，NO3-，Li，Rb等；微量组分（含量<0.1mg/L）：包括I，Ba，Mo，Zn，Ni，As等。海水的有机组分海水中有机物的来源为海生生物所释放的碳水化合物、蛋白质等，其有机碳含量一般处于0.1mg/L-2.7mg/L之间。河水的化学特征河水的无机组分

主要离子含量的大小顺序与海水相反：即Ca2+>Na+，HCO3->SO42->Cl-；总含盐量在100-200mg/L之间，一般不超过500mg/L；基本化学组成与河水流经地区的岩土类型直接相关，如石灰岩区的河水中富含Ca2+与HCO3-，流经含石膏地层的河水SO42-含量较高，等等。河水的有机组分河水中的有机组分来源于地面植物腐烂或死亡后的分解物质，总含量一般在10-30mg/L之间。湖泊与水库水的化学特征湖泊水的化学特征

湖泊水的补给源为河流或地下水；湖泊水的含盐量受补给量与蒸发量大小关系的影响；氮、磷营养物质含量很高的污水排入湖泊后，可引起藻类大量繁殖，是湖泊中常见的一种污染，称为富营养化。水库水的化学特征

水库为人工的淡水湖泊，其水质状态与淡水湖非常相近。地下水的化学特征地下水中的Si

Si广泛存在于地壳上的各种岩石与矿物中，包括石英、铝硅酸盐、粘土矿物等；在一般环境条件下，石英的溶解非常缓慢；硅酸盐和铝硅酸盐（如钾长石、钠长石、钙长石、黑云母、白云母、钠蒙脱石、钙蒙脱石、镁橄榄石等）的不全等溶解可产生硅酸；不论是石英还是硅酸盐和铝硅酸盐的溶解，水中的Si几乎全部以H4SiO4的形式存在，H3SiO4-相对很少，H2SiO42-则极少。地下水中SiO2的含量一般在10-30mg/L之间，一般不超过100mg/L。地下水的化学特征铝硅酸盐与地下水的反应

辉石：[CaMg0.7Al0.6Si1.7]O6+3.4CO2+4H2O=0.3Al2Si2O5(OH)4+Ca2++0.7Mg2++1.1H4SiO4+3.4HCO3-黑云母：KMg3AlSi3O10(OH)2+7CO2+7.5H2O=0.5Al2Si2O5(OH)4+K++3Mg2++2H4SiO4+7HCO3-钙长石：CaAl2Si2O8+2CO2+3H2O=Al2Si2O5(OH)4+Ca2++2HCO3-钠长石：2NaAlSi3O8+2CO2+11H2O=Al2Si2O5(OH)4+2Na++4H4SiO4+2HCO3-地下水的化学特征地下水中的Al

地下水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物（三水铝石）的溶度积的控制；换言之，地下水中铝的浓度与pH值有关系，酸性条件有利于Al2O3的溶解；地下水中铝的存在形式也与pH值有关系。在pH<4的地下水中，铝主要以Al3+的形式存在，而在碱性地下水中，可形成AlO2-、AlO33-等离子。地下水的化学特征地下水中的Fe地下水中的铁的水文地球化学特性受pH值与氧化还原条件的影响很大；例如：当地下水的pH值从8减小到6，Fe3+在水中的溶解度将增加106倍；所以，在河流入海处的沉积物中常会出现Fe(OH)3沉淀。原因为陆地上的河水常呈弱酸性，而海水则呈弱碱性。地下水的化学特征地下水中的Ca、MgCa2+、Mg2+在地下水中的行为受水溶CO2的影响非常大，换言之，碳酸平衡是控制钙、镁离子在水中溶解或沉淀的主导因素；以钙为主的地下水的TDS一般小于1g/L；虽然镁盐在水中的溶解度比钙盐大，但由于Mg2+相对于Ca2+易被植物吸收，故其在地下水中的含量一般小于后者。地下水的化学特征地下水中的Na、K地下水中的钠、钾一般来源于硅酸盐地层及易溶盐类地层；钠是高矿化度水的主要成分；钾在地壳中的含量与钠相似，钾盐也非常易溶于水，但钾是营养元素，及其容易被植物吸收，所以在地下水中含量非常低；钾在海水中的含量可以达到很高。地下水的化学特征地下水中的C地下水中的碳主要来源于石灰岩、白云岩、泥灰岩的溶解；地下水中溶解的CO2气体对地下水中的碳酸平衡有非常重要的意义，并控制着碳的浓度与水的酸碱性。地下水中的各种含碳组分的含量受pH影响非常大；地下水的化学特征地下水中的SSO42-也是地下水的重要成分之一，来源于石膏等硫酸盐的溶解，也可能来自硫化矿床氧化产物的溶解。地下水中硫的主要存在形式为SO42-，在酸性条件下出现HSO4-，在还原环境出现H2S，在还原的碱性条件下出现HS-；在富含有机物的地下环境中，如油田、富腐殖质的土壤，脱硫酸作用将使地下水中的SO42-含量极少或不含SO42-。地下水的化学特征地下水中的Cl地下水中的Cl-主要来源于岩盐的溶解，Cl是高矿化度水的主要成分；Cl在地下水中含量变化规律一般与TDS一致。地下水的化学特征地下水中的N地下水中高含量的含氮离子的出现往往是人类污染的结果；当氧化环境的水进入富有机质的还原性地层时，水中组分被氧化的次序是：从还原环境的水进入氧化环境的水，其组分被氧化的次序是：地下水的化学特征地下水中的P地下水中的磷来自于污染或磷酸盐矿物的风化。磷酸盐矿物的溶解度都很低，土壤中动植物及微生物的作用是使难溶性或不溶性磷酸盐进入地下水循环的关键所在。/地下水中P的的存在形式有四种，即H3PO4(aq)、H2PO4-、HPO22-和PO43-。水中pH的的存在形式严格受pH控制：pH<4时，才出现H3PO4(aq);pH<10时，才出现PO43-pH=7.21时，H2PO4-和HPO22-各占一半总溶解固体(TDS)指水中溶解组分的总量，包括溶于水中的离子、分子、络合物，但不包括悬浮物与气体；通常以105-110℃下水蒸干后留下的干涸残余物的重量来表示，单位为mg/L；常用的TDS计算方法为水中溶解组分总和减去HCO3-浓度的一半。含盐量指水中各种组分的总和；为计算值，与TDS的差别在于不需减去HCO3-浓度的一半。天然水化学成分的综合指标硬度总硬度：水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等碱土金属离子的总和，计算方法为Ca2+、Mg2+毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，单位为mg/L。碳酸盐硬度（暂时硬度）：指与CO32-、HCO3-结合的硬度，可通过煮沸的方式除去。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。非碳酸盐硬度（永久硬度/负硬度）：指与Cl-、NO3-、SO42-结合的硬度，不能通过煮沸的方式除去。计算方法为总硬度减去暂时硬度，如结果为负值称为负硬度。钠吸附比用于评价灌溉水水质或土壤与地下水之间的阳离子交换反应。SAR值高的水灌溉会引起土壤板结。天然水化学成分的综合指标化学需氧量(COD)指在强酸性条件下化学氧化剂氧化水中有机物所消耗的氧量，以mg/L为单位，通常所用氧化剂为KMnO4、K2Cr2O7。生化需氧量(BOD)指微生物降解水中有机物所消耗的氧量，以mg/L为单位，通常采用20℃条件下，培养微生物5天所得的BOD值。总有机碳(TOC)水中各种形式有机碳的总量，以mg/L为单位。氧化还原电位(Eh)为表征水系统氧化还原状态的指标，单位为V，正值表明水系统处于相对氧化状态，负值表明水系统处于相对还原状态。天然水化学成分的综合指标碱度表征水系统中和酸的能力的指标，主要取决于水中CO32-、HCO3-的含量；天然水中的OH-、硼酸、磷酸、硅酸也具有中和酸的能力，但由于含量甚小而一般不予考虑。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+称为离子酸度，与pH值一致。天然水化学成分的综合指标第二部分水化学资料的获取与整理方法AcquisitionandProcessingofHydrochemicalData在自然界中，单纯由H2O分子组成的化学意义上的“纯水”是不存在的。1、天然水都是成分复杂的多相水溶液。2、地下水中存在着各种元素、气体、有机化合物、胶体等3、随着测试技术的完善，地下水中测出的元素和化合物种类越来越多。天然水都是水溶液1、首先在野外现场取样，现场测试，水样预处理2、将水样带回室内，送实验室分析3、获得水质报告在这种报告中，通常仅有水中化学组分的含量。4、对这些组分进行分类、整理。从中提取水文地球化学信息，并揭示其蕴含之内在的规律性。可以说，不进行水化学资料的获取和整理工作，就谈不上水文地球化学工作。获取地下水的化学成分资料是水文地球化学工作的第一步第一节水分析概述

IntroductiononWaterAnalysis

水分析的目的：获取所研究水体水质的数据。要求有：1）灵敏度高，精密度好的分析方法

2）根据使用目的，正确选定采样时间、地点、取样深度以及样品的保存技术。在现行的工作实践中，有许多人简单地把水化学工作理解成取样——化验（分析）——水质评价，是大错而特错的！上面提到的这几项需正确选定的内容，都不可忽视。一、地下水样品的采集、保存与现场分析二、水分析方法的分类三、水分析结果质量评估主要内容：一、地下水样品的采集、保存与现场分析（一）采样时间（t）→旱、雨两季取样（二）采样地点（x，y）→直接关系到水样的典型性或代表性（三）取样深度（z）：在目前的地下水采样工作中，深度而言，有两种：

1、不分深度的采样

2、分深度取样（四）样品的现场保存与分析Collection,Preservationandin-situAnalysisofWaterSamples1、不分深度的采样作用：判别地下水化学成分区域性变化规律及其与围岩的关系时十分有用。缺点：①所取水样实际上是不同成分水的混合物；②在取样过程中，就可能导致出现混合作用。因此，所采水样并不能代表含水层中水的真实化学面貌，从而阻碍了正确认识地下水水质状况和含水层中所发生的地球化学过程。

Q长滤网Q短滤网2、分深度取样滤网或长眼端头测压管A常规测压管三种常用分深度取样技术的固定装置细径测压管套管滤网充气栓塞B单个套管多层测压管C单个长过滤管中栓塞取样（四）样品的现场保存与分析当地下水被带至地表时，它便进入了一个与含水层中不同的新的物理化学环境中，从而使其成分发生变化。因此，采样送往实验室分析之前，需要采取一系列的措施，防止/减缓水样化学成分的变化。（1）选择和清洗容器（2）样品保存（添加试剂、温度）（3）现场分析（4）地下水采样所记录的内容（1）选择和清洗容器容器选择高密度聚乙烯：硅、钠、总钾、氯化物、电导率、pH和硬度玻璃容器：有机化合物和微生物塑料容器：放射性核素和大部分无机物琥珀色玻璃瓶：对光敏性物质塑料瓶：冷冻保存的样品不锈钢容器：高温或高压样品或痕量浓度的有机物样品采样瓶清洗程序以清洁剂清洗的塑料瓶或玻璃瓶⑴清洁剂稀水溶液和自来水清洗样品瓶和瓶盖⑵用自来水彻底冲洗⑶用适当质量的纯水连续冲洗三次⑷彻底排干并盖上盖子注：自动洗碟机可用于此清洗程序采样瓶清洗程序以酸清洗的塑料或玻璃瓶⑴用清洁剂稀水溶液和自来水清洗样品瓶和瓶盖⑵用自来水彻底冲洗⑶用10%硝酸溶液冲洗⑷排除残液后用10%硝酸溶液完全充满⑸加盖并存放至少24小时⑹倒出样品瓶中的硝酸，用适当质量的水冲洗后立即旋紧瓶盖注：全自动强酸洗涤器可用于此清洗程序

采样瓶清洗程序以溶剂清洗的玻璃瓶⑴用清洁剂稀水溶液和自来水清洗样品瓶和瓶盖⑵用自来水彻底冲洗⑶用适当质量的纯水连续冲洗三次并干燥⑷用适当质量的丙酮冲洗并排空⑸用适当质量的适合于特定检测组分的溶剂冲洗、干燥后立即旋紧瓶盖注：所用清洗溶剂应与被测组分所用检测方法中使用的溶剂一致，例如萃取溶剂（2）样品的保存金属元素和阳离子一般通过加酸（硝酸）来实现100ml水样加入0.7ml65%HNO3，即可中和其碱，使其pH<2目的：消除绝大多数细菌的生长，阻碍氧化反应和成络反应，防止阳离子的吸附或沉淀。为说明样品保存方法对水分析结果的影响，这里我们举一个例子某些特殊组分（不易进行现场测定，不易保存）添加试剂形成沉淀物，以便室内分析H2S：加入醋酸锌和NaOH，以生成ZnS沉淀；侵蚀性CO2：加入化学纯CaCO3粉末，室内测定侵蚀性CO2与CaCO3粉末生成的HCO3-含量，再推求侵蚀性CO2含量例铁氧化对水分析结果的影响

某处地下水含Fe2+20mg/l。若不加酸处理，Fe2+在取样瓶中被氧化形成Fe(OH)3沉淀，试求：此过程发生后，碱度（HCO3-）含量如何变化？解：取样瓶中发生的反应是：20mg/LFe2+相当于20/55.8=0.36×10-3mol/L，该反应消耗了2倍的HCO3-

，故碱度减少了：此例说明：正确的进行样品的保存，不仅可确保被测定项目的真实客观，而且可防止出现改变水质的一些反应醋酸锌溶液(ρ=0.10g/l),C4H6O4Zn磷酸(ρ=1.7g/ml),H3PO4盐酸(ρ=1.16g/ml),HCl硝酸(ρ=1.42g/ml),HNO3硫酸(8mol/l),H2SO4氢氧化钠(ρ=0.40g/ml),NaOH甲醛溶液（φ＝37%）（福尔马林），CH2O乙二胺四乙酸二钠(EDTA)水溶液(ρ=0.025g/ml),C10H14N2Na2O8•2H2O乙醇（φ＝96%），CH3CH2OH碱性罗戈氏溶液（含乙酸钠）酸性罗戈氏溶液（含乙酸）试剂五水硫代硫酸钠，Na2S2O3•5H2O抗坏血酸，C6H8O6氢氧化钠，NaOH重铬酸钾，K2Cr2O7硫酸铜，CuSO4四硼酸钠，Na2B4O7•10H2O环六亚甲基四胺（乌洛托品），C6H12N4溶液试剂固体试剂（3）现场分析实例：某不含碳酸盐的砂岩含水层中现场与实验室测定pH值对比4567456788实验室测pH现场测pH从该图不难看出：落在对角斜线上的实测点很少，绝大多数都不吻合，且实验室测pH偏高。究其根本是水的pH值易变性，或不稳定性与之相似的指标还有EC（电导率，μs/cm）Eh(mV),O2，T（水温,℃）、游离CO2，NO2-，NH4+，NO3-。

（4）地下水采样记录内容⑴采样点名称和位置⑵采样日期和时间⑶含水层和赋存水体的类型⑷采样点类型（如钻孔、井或泉）⑸应叙述的任何相关信息（如井的容积）⑹抽水情况和泵汲水和/或涌水深度⑺井或钻孔中的水位⑻采样方法（4）地下水采样所记录的内容（续）⑼采样深度⑽采样时的样品外观（如颜色、透明度和气味）⑾现场分析结果（例如pH、溶解氧等）⑿所用样品保存技术的详细描述⒀对所用现场过滤方法和装置的详细描述（例如滤膜孔径）⒁对所使用（需要使用）的样品储存方法的详细描述；⒂采样人姓名（签名）二、水分析方法的分类（一）根据被测组分的相对百分含量常量分析(>1%)，微量分析(0.01～1%)和痕量分析(<0.01%)（二）根据试样用量常量分析(>0.1g或10－100ml)，半微量(0.01～0.1g或1－10ml),微量(0.1～10mg或0.01－1ml，如流动注射分析法，只需几μl)和超微量(<0.1mg或<0.01ml)。（三）根据测试原理化学分析法和仪器分析法。

完成野外现场分析、采样和样品保存后，水样被送到实验室进行内分析测试。其任务就是测定水的化学成分及其赋存状态ClassificationofWaterAnalysisMethod1、化学分析法化学分析法重量分析法滴定分析法沉淀法电解法气化法沉淀法是利用沉淀剂将被测组分转化为沉淀物，经过滤、洗涤、烘干或灼烧后，称取沉淀的重量，算出被测组分的含量电解法是利用电解作用，使被测组分转化为金属或其它形式析出在铂电极上，根据电极增加的重量，算得被测组分的含量

气化法是利用加热等方法使被测组分转化为挥发性物质逸出，根据试样减轻的重量算出被测组分的含量；也可用吸收剂将逸出组分吸收，根据吸收剂增加的重量，算出被测物之重量

将一种已知准确浓度的试剂溶液（标准溶液滴定相），滴加到待测物质溶液中，直到所加试剂恰好与待遇测组分按化学计量定理反应为止，从而根据滴加试剂的准确体积计算待测组分含量。2、仪器分析法以物质的物理性质或物理化学性质为基础的分析方法。需用除分析天平和滴定管以外的较特殊的仪器。常与PC机联机，快速、灵敏，适用于微量组分的分析利用物质电学或电化学性质电化学分析法利用物质光学性质光学分析法新技术色谱分析法极谱分析：Mo、Se、Ba、NO3-等电位分析：pH、Eh、F-、Cl-等AAS(AtomicAdsorptionSpectrometry)ICP(InductivelycoupledPlasma)………气相色谱：各种气体及有机污染物离子色谱：F-,Cl-,NO3-,SO42-,Na+等质谱、能谱、中子火化……..三、水分析结果质量评估1、水溶液均呈中性阳离子的毫克当量总数（∑c）与阴离子的毫克当量总数（∑a）应是相当的实际上存在各种误差，故当∑c+∑a>5meq/L时，要求：（1）一般天然水：（2）一般污染水

不适用于卤水、严重污染水及∑c+∑a<5meq/L的样品。QualityAssessmentofWaterAnalysisData2、在简分析中，Na+、K+是计算值。其算法是：将Na++K+含量换算成mg/L时，要乘25，一般地下水中，K+远低于Na+

（约占1/10），而Na+的原子量为23，K+的原子量为39。三、水分析结果质量评估（续）3、据碳酸平衡理论，当pH>8.3时，水中不应含H2CO3,当pH<8.3时，不应含CO32-，若不符，则说明pH值或CO32-

、HCO3-的测定有问题。4、核准TDS实测值与计算值之间的误差。

三、水分析结果质量评估（续）两值误差不得超过±5％第二节

水化学资料的整理方法一、常用浓度量纲（复习）ConcentrationDimension1、体积量纲：克/升（g/l）、毫克/升（mg/l）

2、摩尔量纲（M）：mol/l（克/升/摩尔分子数）

3、重量量纲

ppm（Partpermillion,百万分之一)=10-6=1mg/kgppb(Partperbillion,十亿分之一)=10-9=10-3ppm

ProcessingofHydrochemicalData4、毫克当量浓度（毫克当量／升）以meq/L表示毫克当量百分数（meq％）＝近年来，水分析中倾向于使用mg/l，因为mg/l法代表了大多数成分所用的分析方法，即分析一已知体积溶液中的物质质量，而不是一已知质量溶液中物质的质量。

二、库尔洛夫式库尔洛夫式具有一目了然的特点，是以数学分式形式表示水的化学成分的方法，但并无数学上的意义。其主体分式的写法为：在分子、分母的位置，按meq%大小顺序写出各主要阴、阳离子的化学式及其meq%值。沿用惯例，只列出meq%>10%的阴、阳离子，若认为需要，也可将<10%者列入，用［］表示。

写出主体分式后，在其前面依次列出微量元素、气体成分和矿化度，其单位均为g/l。在分式后面列出温度（℃）、pH值、流量（l/s）微量元素和气体成分的书写要注意几点：１、一般只写出其含量超过区域背景值或国家水质标准（为矿泉水标准，饮用水标准，渔业用水标准）的微量元素和气体组分。如山东某温泉水库尔洛夫式为：此水样的Si(以H2SiO3表示)和H2S含量均超出了写矿水的最低含量，CO2含量也超出了区域背景值。２、水中偏硅酸根、硝酸根含量有时较高，构成了主要阴离子（>10%），这时，主体式中就须列出实例：江西崇仁县马鞍坪，某下降泉水化学成分为（mg/L）Ca2+：1.02（8.2%）Mg2+：0.912（12.3%）Na++K+：10.235（78.7%）Fe3+：0.08（0.6%）Fe2+：0.02（0.1%）pH为6.3、Eh为475.5mv、耗氧量为0.24、M为43.28，t为14℃其库尔洛夫式为：Cl-：1.7（7.6%）SO42-：0.5（1.6%）HCO3-：16.71（44.3%）HSiO3-：22.1（46.4%）3、气体成分的单位一般为g/l，只有放射性气体氡气例外，其单位是ME（马赫）,爱曼，或Bq(贝可)，1ME=3.64爱曼，1爱曼＝3.7Bq。如某放射性泉的化学成分库尔洛夫式为：

课堂作业3：一水样成分如下(meq/L):（简分析结果）Cl-为1.0、SO42-为1.0、HCO3-为2.0Ca2+为1.5、Mg2+为1.0pH为7.3、T为15℃、M为340mg/L

试写出其库尔洛夫式三、水化学图示法用内容明确、重点突出、简明易懂的图件来表达自已的思想观点，整理在工作中搜集到的资料。表达天然水化学成分的图示法有:水化学玫瑰花图、Stiff图、柱状图、圆形图、三线图等等。目前应用最广、最实用的是三线图，当一个地区水样测试数据较丰富时，用三线图解可有助于分析该地区的地下水化学成分的空间分布规律和形成作用。DiagrammaticRepresentationofWaterChemicalComponents（一）圆形图示法CaMgK+NaHCO3SO4Cl总meq/L（二）柱状图示法(P.90)CaMgNa+KHCO3SO4Cl020406080100meq%碱性增强酸性增强直观、有效地表现水化学成分的方法。以meq%表示离子含量左侧自上而下按碱性由弱到强，依次列出Ca、Mg、Na+K右侧自上而下按酸性由弱到强，依次列出CO3、HCO3、SO4和Cl一般地下水中CO32-和K+含量较低，故一般不列出CO32-和K+

。

柱状图示法实例多边形图示法半对数图示法（一）三线图（p.91）三线图解由两个三角形及一个菱形组成，左下角三角形的三条边线分别代表阳离子中Na++K+、Ca2+及Mg2+的meq%；右下角三角形表示阴离子Cl-、SO42-及HCO3-的meq%.任一水样的阴阳离子的相对含量分别在两个三角形中用标点、圆圈或圆点表示，引线在菱形中得出交点以圆圈或圆点表示，按一定比例尺画出的圆圈大小表示矿化度高低。优点：

(1)能把大量的分析资料点绘在图上，依据其分布情况可以解释许多水文地质问题。（2）Piper认为该法能判断某种水是否是另外两种水简单混合的结果。000000100100100100100100K+Na:15Ca:60Mg:25Cl:20SO4:40HCO3:40四、水化学分类为了科学、合理地开发利用地下水资源，除了要定量地评价水资源的量，而且必须评价水质在水量方面可把水资源分为补给资源和储存资源在水质方面对地下水的划分有三种：A按成因分：渗入成因、沉积成因、内生成因B按溶解组分和水化学指标分（本节讲）。C按潜在用途分：饮用水、农业用水、用业用水、医疗矿水、工业矿水……HydrochemicalClassificationofWater１、按矿化度（总溶解固体）分类：通过溶解组分之和减去1/2HCO3-,可得到TDS的计算值。A矿化度(mineralization，M)：水中所含各种离子、分子及化合物的总量，以克／升(g/L)表示B总溶解固体（TDS，totaldissolvedsolids），亦称固形物（欧美常用）:包括分解和未分解的物质，但不包括悬浮物质、胶体或溶解气体。一般是通过蒸干水样后，在105-110℃下烘干1-2小时后得到。在蒸干过程中，碳酸盐和硫酸盐要沉淀，一些物质（有机物、氯化物、硝酸盐等）要损失。CO2的损失为按照矿化度大小，可将地下水分为以下几类：淡水M<1.0g/l微咸水M=1.0-3.0g/l咸水M=3.0-10.0g/l盐水M=10.0-50.0g/l卤水M>50.0g/l欧美划分（据TDS,mg/L）淡水0-1000咸水1000-10000盐水10000-100000卤水>1000002、按温度划分地下水的温度变化范围较宽。我国目前把水温低于25℃的地下水称地下冷水，高于25℃的地下水称地下热水，并细分：25-40℃温水40-60℃温热水60-90℃热水90-150℃中温地热资源﹥150高温地热资源3、按硬度(Hardness)划分此外，水中Ca离子含量多少与人体健康密切相关。人骨骼主要成分是磷酸钙，血液中也含有一定的钙离子，没有它，皮肤划破了，血液不易凝结。临床研究表明，长期饮用硬水，可防止高血压和其它心血管疾病。但也有报导，长期饮用硬水，可导致尿石症等结石病。由上述可见，水的硬度与人民生活和经济建设关系密切。研究水的硬度，具有重要的实际意义。水中含有一些容易生成难溶盐类的金属阳离子，如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Sr2+、Fe3+、Al3+等，其中最主要的是Ca2+、Mg2+，其它离子一般在水中含量较低3、按硬度划分（续）总硬度：水体中所含Ca、Mg离子的总量［Ca2++Mg2+］暂时硬度：水中［HCO3-+CO32-］（如此命名是因为加热时Ca、Mg与之生成沉淀析出）或碳酸盐硬度永久硬度：［Ca2++Mg2+］-［HCO3-+CO32-］自然界还存在另外一种情况：即［Ca2++Mg2+］<［HCO3-+CO32-］,这时只有暂时硬度和总硬度，而没有永久硬度，这时若加热水样，HCO3-和CO32-

只有一部分与Ca2+

、Mg2+结合，沉淀析出，而另有一部分HCO3-和CO32-与K+、Na+等结合，构成非硬度离子对，把这部分称为负硬度。负硬度：［HCO3-+CO32-］－［Ca2++Mg2+］3、按硬度划分（续）硬度的单位常用meq/L，但最常用的单位是德国度，定义为每升水中含CaO10mg/L时为1德国度（1H°），简称德度meq/L与德度的换算关系为：1meq/L=1×28.04/10=2.8H°根据硬度值大小，可把天然水作以下划分：（德度）极软水<4软水4-8

微硬水8-16

硬水16-30极硬水>304、按主要离子组分分类大多考虑主要阴、阳离子的相对含量。两种常用的水化学分类方法。（１）舒卡列夫分类：①编号命名法②顺序命名法（２）苏林分类①编号命名法根据地下水中Ca、Mg、Na(Na+K)、Cl、SO4、HCO3将含量大于25meq%的阴离子和阳离子进行组合，每型以阿拉伯数字为代号，共49型；按矿化度又分为4组：A组矿化度<1.5g/l，B组1.5-10g/l，C组10-40g/l，D组>40g/l。命名时在数字与字母间加连接号，如1-A型：指的是M<1.5g/l,阴离子只有HCO3>meq25％，阳离子只有Ca大于25meq%。不足之处：有的水型至今在自然界未见到；未能包括一些其它类型的水如偏硅酸钠水、硝酸钙水；从此分类中看不出阴阳离子的大小顺序。含量>25%meq的离子HCO3HCO3+SO4H+S+ClH+ClSO4SO4+ClClCa181522293643Ca+Mg291623303744Mg3101724313845Na+Ca4111825323946Na+Ca+Mg5121926334047Na+Mg6132027344148Na7142128354249①编号命名法②顺序命名法按水中阴阳离子含量>25meq%的顺序排列命名，阴离子在前，阳离子在后如：HCO3-SO4-Ca水、SO4-Na水。这样命名，有时涉及的离子就不限于上述六种，而可以是NO3-Na-Ca水，H4SiO4-HCO3-Na水等。这种命名法应用十分广泛。（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。具体划分方案如下：rCl-﹤rNa+（毫克当量数）时rCl-﹥rNa+（毫克当量数）时（1）rCl-﹤rNa+（毫克当量数）CaMgNaHCO3SO4Clmeq%碱性增强酸性增强Na2SO4型水A：B：CaMgNaHCO3SO4Clmeq%碱性增强酸性增强NaHCO3型水（2）rCl->rNa+（毫克当量数）CaMgNaHCO3SO4Clmeq%碱性增强酸性增强MgCl2型水A：B：CaMgNaHCO3SO4Clmeq%碱性增强酸性增强CaCl2型水苏林分类的意义苏林1948年提出这一分类原则时，是为了区分四种产于不同环境中的地下水：大陆环境重碳酸钠型水、硫酸钠型水海洋环境氯化镁型水（如海水）深成环境氯化钙型水但已有资料表明，在苏林上述四种水化学类型与地下水形成环境之间并不存在唯一的对应关系。比如，CaCl2型水确实多见于深成环境，但在浅部地下水中由于阳离子交替吸附作用，也可发育CaCl2型水。但考虑到苏林分类已在我国被广泛采用，还要求同学们加以掌握。

1、某地下水样分析结果如下(mg/L)：t=10C,pH=7.06,Ca2+=71,Mg2+=43,Na+=9.9,K+=1.2,HCO3-=292,SO42-=87,Cl-=17,NO3-=38求：A：水样的库尔洛夫式

B：苏林分类和舒卡列夫分类

C：水样各种硬度例题：阳离子当量浓度及百分数(%)Ca2+=3.55,Mg2+=3.58,Na+=0.43,K+=0.03Tc=7.59Ca2+=46.8,Mg2+=47.1,Na+=5.7,K+=0.4阴离子当量浓度及百分数(%)HCO3-=4.79,SO42-=1.81,Cl-=0.48,NO3-=0.61Ta=7.69HCO3-=62.3,SO42-=23.5,Cl-=6.2,NO3-=7.9A：水样的库尔洛夫式地下水样分析结果如下(mg/L)：t=10C,pH=7.06,Ca2+=71,Mg2+=43,Na+=9.9,K+=1.2,HCO3-=292,SO42-=87,Cl-=17,NO3-=38M＝∑i＝559.1mg/L库尔洛夫式:苏林和舒卡列夫分类阴阳离子当量浓度百分数Ca2+=46.8,Mg2+=47.1,Na+=5.7,K+=0.4HCO3-=62.3,SO42-=23.5,Cl-=6.2,NO3-=7.9舒卡列夫分类HCO3-Mg-Ca水苏林分类∵γNa/γCl<1∴苏林分类为MgCl2型水总硬度：[Ca]+[Mg]=7.13meq/L暂时硬度：[HCO3-]=4.79meq/L永久硬度：2.34meq/LB：水样各种硬度Ca2+=3.55,Mg2+=3.58,Na+=0.43,K+=0.03HCO3-=4.79,SO42-=1.81,Cl-=0.48,NO3-=0.61空气来源的气体：N2、O2、CO