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1、第四章 地下水的物理性质与化学性质 4-1 地下水的物理性质,一、温度：地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。公式中：H-地下水的埋藏深度 过冷水：（0）g-地热增温率（m/）冷 水：（0-20）TH-地下水水温 温 水：（20-42）tB-年平均气温 热 水：（42-100）h-年常温带深度 过热水：（100）,变温带,常温带,增温带,地下水温度随气温的变化而变化的深度,地下水温度随气温的变化幅度趋于0的深度,地下水温度随深度的增加而增加的地带,季节变化（0-5m）,较稳定（5-50m）,与地温相近,H=g(TH-tB)+h,50m,地下水的一般温度为7-15,二、颜色,地下水的颜色取决于
2、它的化学成分和悬浮于其中的杂质，颜色深浅决定于含量的多少。测定地下水颜色的方法：取两支无色透明玻璃试管，一支装蒸馏水，一支装被测地下水，在管下衬以白纸，自上而下观测其颜色。,常见各种颜色的地下水,一般地下水与化学纯水,无色地下水,含硫化氢气体的水,翠绿色地下水,含氧化亚铁的水,浅蓝绿色地下水,含氧化铁的水,褐红色地下水,含锰化合物的水,暗红色地下水,含硫细菌的水,红色地下水,含腐殖质的水,暗黄褐色地下水,含粘土的水,淡黄色地下水,三、透明度,地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、混浊的、极浊的。透明度的测定方法：通过盛水样的试管，以看清 3mm
3、粗线的水深来确定。,四、嗅用鼻子闻。地下水一般是无气味的，但当其中含有某些离子或某种气体时，则出现特殊的气味。例如：水中含有H2S气体时，具有臭鸡蛋气味；水中亚铁盐含量很高时具有铁腥气味；含有腐殖质时具有腐草（沼泽）气味。水的气味在低温时很难判断，加热到40 时气味最明显。五、味用嘴尝。地下水的味道取决于它的化学成分。,水的味道,墨水味,味美适口,锈 味,甜 味,咸 味,涩 味,苦 味,清凉可口,水中含有氧化亚铁,水中含有氧化铁,水中含有大量有机质,水中含有 NaCL,水中含有 Na2SO4,水中含有 MgCL2或 MgSO4,水中含有 CO2,水中含有重碳酸钙、镁,六、比重 地下水的比重取决
4、于其中所溶解盐分的含量。地下淡水的比重通常认为与化学纯水的比重相同，其数值为1。水中溶解的盐分越多，比重越大，有的可达1.2-1.3。七、导电性 地下水的导电性取决于其中所含电解质的数量和质量，即各种离子的含量与其离子价。离子含量愈多，离子价愈高，则水的导电性愈强。此外水温对导电性也有影响。八、放射性 地下水在不同程度上都含有放射性，含量多少取决于水中所含放射性元素的数量。储存和运动于放射性矿床及酸性火成岩分布区的地下水，其放射性相应增强。放射性高的水对金属起破坏作用，但对医疗却很有价值。,4-2 地下水的化学性质 一、地下水的化学成分（目前已发现62种化学元素）地下水中主要离子成分：CL-、
5、SO4 2-、HCO3-、Na+、K+、Ca 2+、Mg 2+地下水中占主要地位的离子成分随矿化度（总溶解固体）变化而变化。,主要气体成分,O2、N2,CO2,H2S、CH4,主要源于大气，近地表含量大，愈深愈少，封闭环境有 N2 无 O2,源于有机质氧化和深部CaCO3高温分解,水中CO2含量高,溶解能力强,封闭还原环境中有机质存在，微生物作用生成 H2S、CH4,高矿化水,CL-Na+,中矿化水,SO42-Na+Ca2+,低矿化水,HCO3-Ca2+、Mg2+,二、地下水的主要化学性质 酸碱度-PH=lg H+PH5 5-7 PH=7 7-9 PH 9 矿化度-地下水中总的含盐量（g/L）
6、1 1-3 3-10 10-50 50,。,主要离子成分,CL-,SO42-,HCO3-,源于盐岩矿床、氯化物沉积物、海水、火成岩和动物排泄物，分布最广,源于硫化物矿物氧化、石膏和含硫酸盐沉积物，中矿化水中的主要离子,源于碳酸盐沉积物、铝硅酸盐矿物的风化溶解，低矿化水中的主要离子,Na+K+,Ca2+,Mg2+,源于岩盐、钠和钾盐类沉积物、分布低矿化水中,K+易被植物根系吸收,源于碳酸盐类、含石膏沉积物、岩浆岩、变质岩含钙矿物的溶解,分布广,源于含镁碳酸盐类沉积物、岩浆岩、变质岩含镁矿物的溶解,分布较广,淡水,微咸水,咸水,盐水,卤水,强酸性,弱酸性,中性,弱碱性,强碱性,硬 度-水中Ca2+
7、和Mg2+构成水的硬度总 硬 度-水中Ca2+和Mg2+含量的总和暂时硬度-水在加热时流失的Ca2+和Mg2+含量永久硬度-水在加热时保留的Ca2+和Mg2+含量 单 位:Ca2+和Mg2+毫克当量/L；德国度（相当于7.1 Ca2+或4.3 Mg2+的量）,极软水,软 水,微硬水,硬 水,极硬水,Ca2+和Mg2+毫克当量/L,德国度,分 类,1.5,1-3,3-6,6-10,10,4.2,4.2-8.4,8.4-16.8,16.8-25.2,25.2,侵蚀性-水对机械设备和集水构筑物的腐蚀,侵蚀性CO2,碳酸侵蚀,主要侵蚀混凝土CaCO3+H2O+CO2=Ca2+2HCO3-,PH6.5,
8、酸性侵蚀,主要侵蚀机械设备 Fe+2H+=Fe+H2,游离H2SO4,硫酸侵蚀,SO4 2-250mg/L、CL-1000mg/L开始侵蚀,侵蚀机械设备、水泥,影响溶滤作用的因素：,溶滤作用的过程：如图示,影响溶滤作用的因素,矿物岩类的溶解度,溶解度越大溶滤作用越强,岩石的空隙度,空隙度越大溶滤作用越强,水的溶解能力,CO2、O2 含量高和低矿化水溶滤作用强,水的径流速度,径流速度大溶滤作用越强,4-3 地下水化学成分的形成作用溶滤作用：在水与岩土相互作用下，岩土中的一部分物质 转入地下水中。溶滤作用的结果：岩土中失去一部分可溶物质，水中获得 新的物质。,溶滤作用的过程,浓缩作用：地下水埋藏较
9、浅时，水分不断蒸发，水中盐分浓度增加的作用,脱碳酸作用：地下水溶解碳酸岩盐的能力取决于水中CO2。当温度升高 或压力减小，水中CO2逸出，含量减少，即为脱碳酸作用。Ca2+2HCO3-CO2+H2O+CaCO3 Mg2+2HCO3-CO2+H2O+MgCO3 野外常见上升泉泉口的白色沉积物-泉（钙）华就是脱碳酸作用形成脱硫酸作用：还原环境中，在水中脱硫细菌的作用下，SO-24还原为H2S，水中SO4-2减少以至消失，这种作用为脱硫酸作用。SO42-+2C+2H2O H2S+2HCO3-地下深处缺氧的地质构造中，当有机物存在时，最易发生脱硫酸作用。储油构造是脱硫酸作用的理想条件。油田水中SO4-
10、2含量极少，H2S气体含量很高，这点可作为找油辅助标志。,产生浓缩作用的条件,干旱、半干旱气候，地形低洼，包气带厚度小,水位埋深较浅，水流动缓慢，毛细上升高度大,阳离子交替吸附作用：岩土颗粒表面的负电荷吸附地下水中的某些 阳离子，而将其原来的阳离子转为地下水中的 组分，即为阳离子交替吸附作用。,H+Fe3+AL3+Ca2+Mg2+K+Na+岩土颗粒细,比表面积大,交替吸附作用规模大,混合作用：成分不同的两种水汇合在一起，形成与原来两者化学成分 都不相同的地下水的作用为混合作用。混合作用的结果：发生化学反应 Ca(HCO3)2+Na2SO4 CaSO4+NaHCO3 不发生化学反应 高、低矿化水
11、的混合,阳离子吸附能力,影响地下水化学成分 形 成的 因 素,地质因素,自然地理因素,时间因素,人为因素,岩性、构造,气象、水文、地形、生物,灌溉、采矿、施肥、改良盐碱地,浓缩、混合、溶滤、脱硫酸作用,溶滤、脱硫酸作用,时间越长，化学作用越彻底,浓缩、溶滤、混合作用,简分析,K+、Na+、Ca2+、Mg2+HCO3-、SO42-、CL-、PH、总硬度,全分析,NH4+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+NO2-、NO3-、CO3-、F-、SiO2、PO43-,+,4-4 地下水化学成分的分析与资料整理地下水化学成分的分析内容：,专项分析的内容随具体目的需要而定：生活用水水质评价，
12、需进行有毒元素（As、Sb、Se、Hg、Cd、Cr6+、氰化物）、细菌分析等；工业锅炉用水要测定地下水的硬度等；工程建设中遇到地下水，需进行侵蚀性测定，等等。,地下水化学成分的分析资料整理：库尔洛夫式：阴离子毫克当量%（含量10%由大到小顺序排列）阳离子毫克当量%（含量10%由大到小顺序排列）,微量元素、气体成分、矿化度（g/L）,水温,根据库尔洛夫式可对水进行命名，也便于将不同水进行比较。命名时：含量25%毫克当量的参加命名，先读阴离子，后读阳离子；先读含量少的，后读含量多的。,例：根据水分析资料，某温泉水的总矿化度3.27g/L，各主要离子成分的毫克当量百分数如下：CL-占84.76%，S
13、O42-占14.34%，HCO3-占0.78%；Na+占71.63%，Ca2+27.78%，Mg2+占0.59%。H2S为20.8mg/L，游离CO2为31mg/L，H2SiO3为700mg/L，水温52。用库尔洛夫式表示。CL84.76 SO414.34 Na71.63 Ca27.78 命名为：氯化物钙钠型水地下水化学类型的分类：舒卡列夫分类：根据地下水中六种主要离子（K+合并于Na+中）及 矿化度划分，含量25%毫克当量的阴、阳离子进行组合，分为49型水。矿化度分为4组：A组1.5g/L，B组1.5-10g/L，C组10-40g/L，D组 40g/L。,H 2SiO 3 0.7H2S 0.021 CO 2 0.031M 3.27,t。52,不同化学成分的水可用一个简单符号代替，并赋以一定的成因特征。优点：简明易懂。缺点：未反映含量大小的次序，反映水质变化不够细致。,例：1-A型水是矿化度1.5g/L的HCO3-Ca型水，是沉积岩地区 典型的溶滤水，49-D型水是矿化度40g/L的CL-Na型水。,舒卡列夫分类图表,作业,
