水文地球化学教学辅导书（教案）

水文地球化学教学辅导书（教案）《水文地球化学》学习辅导第一章地下水的化学成分一、学习要点（一）内容：水的结构与特性，水的内部结构；地下水的化学成分；地下水的综合指标。（二）基本要求：1．了解地下水分子的内部结构、水分子间的联结与排布以及水的特异性质；2．掌握水的几个化学组分；3．了解精地下水的综合指标；4．了解水质分析结果的可靠性检验方法方法；5．了解水化学成分的图形表示。（三）重点：水的特异性质；水的无机组分、有机组分；地下水的综合指标。（四）难点：水分子间的联结与排布二、复习题（一）名词解释1．氢键2．质量浓度3．BOD（二）问答题水的特异性质有哪些？三、复习题参考答案（一）名词解释1．氢键：指水分子中氢原子，在保持同本水分子中的氧原子最基本的共价键的同时，又能同相邻水分子中的氧原子产生一种静电吸引。2．质量浓度：每升水中所含溶质的毫克数或微克数（或每千克溶液中含溶质的毫克数或微克数）3．BOD：水中的微生物在降解水中有机物的过程中所消耗的氧的量，以mg/L表示。（二）问答题答：（1）水具有独特的热理性质（2）水具有较大的表面张（3）水具有较小的粘滞度和较大的流动性（4）水具有使盐类离子产生水化作用的能力（5）水具有良好的溶解性能（6）水具有高介电效应第二章地下水成分的形成作用一、学习要点（一）内容：化学热力学基础；溶解/沉淀作用；碳酸平衡；氧化还原平衡；吸附解吸及离子交替吸附作用。（二）基本要求：1．掌握热力学状态函数与平衡判据、各种形态物质化学势的表达式；了解平衡常数的计算。2．了解地下水系统固体物质的组成；掌握溶解/沉淀作用。3．掌握碳酸盐的溶解平衡；了解离子的影响；掌握方解石和白云石的非全等溶解。4．了解氧化还原基本概念；掌握氧化还原强度；了解pE（Eh）-pH图6．了解地下水系统的氧化还原条件及其影响因素。7．掌握离子交替吸附作用的概念。（三）重点：热力学状态函数与平衡判据；各种形态物质的化学势；溶解/沉淀作用；碳酸平衡；氧化还原强度；离子吸附交替作用概念。（四）难点：平衡常数的计算；碳酸盐的溶解平衡；pE（Eh）-pH图；等温吸附方程二、复习题（一）名词解释1．全等溶解2．非全等溶解3．离子交替吸附作用（二）问答题1．松散沉积物的阳离子交换容量受到哪些因素的影响？2．根据Gibbs自由能判断等温等压系统中化学反应进行的方向的依据是什么？（三）计算题确定25℃和40℃时萤石（CaF2）溶解反应的平衡常数。三、复习题参考答案（一）名词解释1．全等溶解：指矿物与水接触发生溶解反应时，其反应产物均为溶解组分。2．非全等溶解：指矿物与水接触发生溶解反应时，其反应产物除了溶解组分外，还生成了一种或多种矿物或非晶质固体物质。3．离子交替吸附作用：指当溶液中的一种离子被吸附到固体表面上时，固体表面上的另一种同性离子发生解吸并释放出其所占据的表面空间。（二）问答题1．答：（1）沉淀物中吸附剂的种类和数量（2）沉淀物颗粒的大小（3）水溶液的ph值2．答：依据是：dG=0表明反应达到了平衡状态；dG<0表明反应可正向自发进行；dG>0表明反应可逆向自发进行；即dG≤0这里等号表示平衡状态，不等号表示化学反应能够自发正向进行。（三）计算题解：（1）首先写出化学反应的反应式CaF2=Ca2++2F-,,-RffGGGθθθ=?∑∑产物反应物=51.16kj/mol(4)则可求得25℃时萤石溶解反应的平衡常数为lgK25=51.162.3035.708-RRTGθ-==-8.96故K25=10-8.96（5）可求得萤石溶解反应的标准焓变为RHθ?=-542.83–332.6×2+3203.3=1992.27kj/mol50℃时萤石溶解反应的平衡常数为lnK50=lnK25+=39.4故K50=1039.4第三章化学元素在地下水中的迁移一、学习要点（一）内容：水动力弥散现象及机理；弥散通量与弥散系数；水动力弥散方程的推导；定解问题的类别与定解条件；简单问题的解析解；弥散参数的确定方法。（二）基本要求：1．了解水动力弥散现象，掌握弥散现象的概念与机理；2．掌握弥散通量的概念，了解弥散系数；3．掌握水动力弥散方程的推导；4．了解溶质运移定解问题的类别与定解条件5．了解半无限含水层的一维问题，瞬时及连续点状注入示踪剂的二维弥散问题；6．了解弥散参数的确定方法。（三）重点弥散现象机理和概念，弥散通量，弥散方程；（四）难点：弥散方程的推导，弥散系数的确定二、复习题（一）名词解释1．弥散通量2．水动力弥散理论（二）问答题1．关于液体的微观运动速度（V）与宏观运动速度（V）的不一致性，我们可以从那几个方面来理解？2．关于溶质浓度（c）的边界条件有几类？分别是什么？三、复习题参考答案（一）名词解释1．弥散通量：由于弥散作用所引起的单位时间通过单位溶液面积的溶质质量。2．水动力弥散理论：研究化学元素在地下水中迁移规律的理论。（二）问答题1．首先，我们知道V是以V为基础通过在表征体元（REV）上积分而得到的平均速度。显然，这样的V在大小与方向上一般都不同于各点水流的实际（微观）流速V，当然也不同于REV中心点处水流的实际流速V。其次，由于实际存在于孔隙间中的水流是示踪剂的携带者和输运者，因此，孔隙水流的实际流线偏离宏观平均流线必然引起示踪剂分布范围偏离按宏观平均流动考虑所预期的范围。再次，在某些点上，V与V可能具有相同或大致相同的方向，但它们的大小却可能相差很大。由以上分析可以看到，V与V的不一致导致了机械弥散。2.答：关于溶质浓度（c）的边界条件有两类，即第一类边界条件和第二类边界条件。第一类边界条件是已知研究区域边界上溶质浓度分布状况的边界条件，第二类边界条件是已知研究区域边界上溶质通量的边界条件。第四章同位素水文地球化学一、学习要点（一）内容：同位素基本理论（地下水的同位素及分类、同位素组成及表示方法）；天然水的氢氧稳定同位素组成及应用；放射性同位素及地下水定年；地下水污染研究中环境同位素方法的应用。（二）基本要求；1．掌握同位素分类、组成、表示方法，了解同位素分馏；2．掌握大气降水的几个效应，掌握氢氧稳定同位素在水文地质研究中的应用；3．了解放射性衰变定律，掌握根据氚同位素确定地下水年龄的方法；4．了解氮同位素及硼同位素的应用。（三）重点：同位素分类、组成、表示方法，氢氧稳定同位素在水文地质研究中的应用，根据氚同位素确定地下水年龄的方法（四）难点：根据氚同位素确定地下水年龄的方法，氢氧稳定同位素在水文地质研究中的应用二、复习题（一）名词解释1．同位素分馏2．维度效应3．大陆效应4．高度效应（二）问答题1．试用蒸发与凝结的机理加以解释天然水的氢氧稳定同位素的大陆效应。2．同位素分馏的分类。（三）推导题请写出根据氚衰变过程中所形成的氦的含量计算地下水的绝对年龄的具体计算方法。三、复习题参考答案（一）名词解释1.同位素分馏：同位素以不同比例分配于两种物质或物相中的现象。2．维度效应：大气降水的2Hδ和18Oδ值随着维度的增高而减小的现象。3．大陆效应：指从海岸区向大陆内部，大气降水的2Hδ和18Oδ值逐渐减小的现象。4．高度效应：大气降水的2Hδ和18Oδ值随着地形高程的增高而减小的现象。（二）问答题1．降雨过程开始于海水蒸发并在海洋上方形成云团，当云团中的水蒸气冷凝形成降雨时，与气相相比，液相中的2H和18O发生了富集，因此最初形成的雨水的同位素组成与海水接近。降雨过程不断发生，云团中的重同位素逐渐贫化，从而使降雨中的重同位素含量逐渐减小。2．分为同位素平衡分馏和同位素动力分馏。（三）推导题解：由式0ttaaeλ-=?，初始含量为3H的氚，经过t时间后剩余含量为33tteHHλ-=（1）经过t时间后，由氚的衰变所形成的氦的含量（3tHe）就等于氚的初始含量与氚的剩余含量之差，则3333000(1)tttHeeeHHHλλ--=-=-（2）由（1）式有330tteHHλ=（3）将式（3）带入式（2）得33(1)tttHeeHλ-=-这里，氦的含量也用氚单位来表示。一般情况下，样品中的氦同时包括了天然大气氦以及由氚的衰变所形成的氦。对样品中的来源于大气氦的那部分进行校正后，地下水的年龄便可使用下式来进行计算3312.42ln(1)ln2tttHeH=+第五章地下水污染一、学习要点（一）内容：地下水污染的含义及特征，地下水的污染源与污染物；几种常见地下水污染源的分析；地下水的水质评价；地下水污染治理。（二）基本要求：1．了解地下水污染的含义与特征，掌握地下水的污染物与污染源；2．了解工业垃圾填埋场及液体废弃物的处置，了解污水处理。3．了解地下水水质评价的方法；4．掌握地下水污染治理方法（物理化学方法，生物净化法）。（三）重点：地下水污染源；地下水污染治理方法（四）难点：地下水水质评价方法。二、复习题（一）名词解释生物净化法（二）问答题1．地下水的污染源按成因分类可以分为哪两类？2．地下水污染的特征。3．完整的水质评价工作包括哪些方面？三、复习题参考答案（一）名词解释生物净化法：利用微生物处理被污染地下水的方法。（二）问答题1．认为污染源和天然污染源2．（1）隐蔽性（2）难以逆转性（3）滞后性3．包括选择评价因子、制定评价标准、选择评价方法、计算因子权重和分析评价结果五个方面。第六章水文地球化学模拟一、学习要点（一）内容：水溶组分平衡分布计算；质