供水水文地质.ppt
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1、第三章第三章 地下水的物理性质、化学成分与地下水的物理性质、化学成分与水质评价水质评价 概概概概 述述述述 1.1 1.1 1.1 1.1 地下水的物理性质地下水的物理性质地下水的物理性质地下水的物理性质 1.2 1.2 1.2 1.2 地下水的化学成分地下水的化学成分地下水的化学成分地下水的化学成分 1.3 1.3 1.3 1.3 地下水化学成分的形成与演变地下水化学成分的形成与演变地下水化学成分的形成与演变地下水化学成分的形成与演变 1.4 1.4 1.4 1.4 地下水化学特征与人类健康地下水化学特征与人类健康地下水化学特征与人类健康地下水化学特征与人类健康 1.5 1.5 1.5 1.
2、5 地下水水质评价地下水水质评价地下水水质评价地下水水质评价 概概 述述1、地下水不是化学纯水,地下水与环境(自然地理、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。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、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
3、和生活的需要求,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。要对水源作出水质评价。返回1.1 1.1 地下水的物理性质地下水的物理性质 一、水温一、水温二、颜色二、颜色 三、透明度三、透明度 四、气味四、气味 五、味道五、味道 六、导电性六、导电性七、放射性七、放射性 返回1 1、影响因素:影响因素:地下水的温度主要受地温控制,影响地温的热源主要地下水的温度主要受地温控制,影响地温的热源主要有太阳辐射热和地热。有太阳辐射热和地热。2 2、地温变化规律:地温变化规律:地温从上到下可分三个带:地温从上到下可分三个带:变温带变温带(01020m):地温随昼夜季节变化地温随昼夜季节变化
4、常温带常温带:厚度厚度1020m,地温一般略高于当地年平均气温1-2增温带增温带:按地热增温级(温度每升高:按地热增温级(温度每升高1所需要的深度,平均平均3333m/)m/)升高。升高。一、水温一、水温3 3、H H深度处地下水的温度(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 4、地下水按水温分类:、地下水按水温分类:类型类型过冷水过冷水冷水冷水温水温水热水热水过热水过热水水温,水温,0100100返回 地地下下水水一一般般无无色色,只只有有当当水水中中含含有有某某些些离离于于成成分分、悬悬浮物或胶体成分时,才呈现不同的颜色。如:
5、浮物或胶体成分时,才呈现不同的颜色。如:有有机机质质黄黄色色;硫硫化化氢氢翠翠绿绿色色;氧氧化化铁铁浅浅红红褐褐色色;氧氧化亚铁化亚铁浅蓝绿色;硬水浅蓝绿色;硬水浅蓝色。浅蓝色。地地下下水水中中色色度度的的测测定定采采用用铂铂钴钴标标准准比比色色法法。最最低低检检测测色度为色度为5 5 度。度。测定范围测定范围:5:5 度度50 50 度。度。二、地二、地下水的颜色下水的颜色返回 (三)地下水的透明度(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)的粗线)返回四、地下水的气味四、地下水的气味(嗅嗅)地下
6、水的气味取决于水中所含的气体成分和有机物质的含量。地下水一般无气味,若含有H2S气体,水有臭鸡蛋味,含Fe2+,水有铁腥味;含腐植质有腐草味或淤泥臭味。水中气味强弱程度和水温有关,一般在低温时气味不明显,若将水加热至40-60时,气味显著,根据气味强度,可将地下水分为六级:等等级级气味强度气味强度说明说明等级等级气味强气味强度度说明说明o o无无没有任何气味没有任何气味显著显著易于觉察,不加处易于觉察,不加处理不能饮用理不能饮用极微弱极微弱有经验分析者能有经验分析者能觉察觉察强强气味引人注意,不气味引人注意,不适饮用适饮用弱弱注意辨别时,一注意辨别时,一般人能觉察般人能觉察极强极强气味强烈扑鼻
7、,不气味强烈扑鼻,不能饮用能饮用返回五、五、味道味道 地下水的味道取决于水中所含的化学成分和气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,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,称含碳酸钙、镁的水味美适口,称“甜水甜水”,若含有,若含有较多的有机质或腐植质,水有腻人的土甜味,不宜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;
8、含氧化铁的水具的水味苦,且可引起呕吐和腹泻;含氧化铁的水具有铁锈味。有铁锈味。返回六、六、导电性导电性 地下水的导电性取决于水中溶解的电解质的数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,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。温度也影响导电性。返回七、放射性七、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:分级分级水中放射气含量水
9、中放射气含量(埃曼)(埃曼)镭水中镭的含量镭水中镭的含量(g/l)g/l)强放射性水强放射性水3003001010-9-9中等放射性水中等放射性水1003001003001010-10-10 1010-9-9弱放射性水弱放射性水35100351001010-11-11 1010-10-10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=11010 艾曼=3.71010 Bq/L。1Bq=1次衰变/秒返回1.2 1.2 地下水的化学成分地下水的化学成分一、地下水的常见化学成分一、地下水的常见化学成分1 1、地下水中
10、的主要气体、地下水中的主要气体 2 2、地下水中主要离子成分、地下水中主要离子成分 3 3、其他化学成分、其他化学成分二、地下水的化学成分的性质二、地下水的化学成分的性质 三、地下水化学成分分析与按化学成分的分类三、地下水化学成分分析与按化学成分的分类1 1、地下水化学成分的分析与表示、地下水化学成分的分析与表示2 2、地下水按化学成分的分类、地下水按化学成分的分类返回1、地下水中的主要气体 地下水中常见的气体成分有地下水中常见的气体成分有O2、N2、CO2、H2S和和CH4等,气体在地下水中的含量通常不高,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每升水数毫
11、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),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。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+。它们是人们评价它们是人们评价地下水化学成分的主要项目。次要离子有地下水化学成分的主要项目。次要离子有CO32-、NO3-、NO2-、
12、OH-、H+、NH4+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、PO43-等。等。返回3、地下水中的其他化学成分 (1)微量成分)微量成分:如: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。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。微量元素对人体健康有明显的影响。(2)胶体化合物)胶体化合物:地下:地下水中分布最广的胶体化合物有水中分布最广的胶体化合物有Fe(OH)3、A1(OH)3和和SiO2等及等及有机胶体。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。较高。(
13、3)有机物)有机物:地下水中常含一定数量的有机质。有机: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、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,其含量从小于于水成为真溶液,富集于土壤及沼泽水中,其含量从小于1mgL到数百到数百mg/L,一般在一般在10mgL左右。呈黄色、黑色及左右。呈黄色、黑色及灰黑色
14、,并有特殊的气味和味道。有机质的形成主要由于生灰黑色,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。物化学作用,由生物的排泄物或生物遗骸分解形成。(4)微微生物生物:氧化环境:硫细菌、铁细菌等;氧化环境:硫细菌、铁细菌等;还原环境:脱硫还原环境:脱硫酸细菌等;酸细菌等;污染水:致病细菌。污染水:致病细菌。返回二、地下水的化学成分的性质1、总矿化度 2、酸碱度3、硬度4、侵蚀性返回1、总矿化度 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、分子及化合物的总度的指标。它
15、指地下水中所含各种离于、分子及化合物的总量,以量,以g/L表示。它包括所有溶解状态和胶体状态的成分,但表示。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。不包括游离状态的气体成分。总总矿矿化化度度可可根根据据化化学学分分析析所所得得全全部部离离子子量量、分分子子量量及及化化合合物物量量相相加加求求得得(总总含含盐盐量量)。也也可可以以在在105105110110的的温温度度下下将水烘干所得的干涸残余物表示(将水烘干所得的干涸残余物表示(总溶解固体总溶解固体)。)。总溶解固体(总溶解固体(TDSTDS)总含盐量总含盐量-1/2-1/2HCOHCO3 3-地下水按总溶解固体分类:
16、地下水按总溶解固体分类:地下水类型地下水类型TDSTDS(g/l)g/l)地下水类型地下水类型TDSTDS(g/l)g/l)淡水淡水15050咸水咸水310310返回2、酸碱度 水的酸碱度取决于水中水的酸碱度取决于水中H H+浓度。水的酸碱度对人浓度。水的酸碱度对人体健康和金属设备有重要影响。如体健康和金属设备有重要影响。如弱碱性水对人体弱碱性水对人体健康有利健康有利;地下水的;地下水的pH值小于值小于4时时,对金属有剧烈的对金属有剧烈的腐蚀作用腐蚀作用,矿井酸性水强烈腐蚀井下排水设备和管,矿井酸性水强烈腐蚀井下排水设备和管道,并污染环境。道,并污染环境。地下水按酸碱度分类:地下水按酸碱度分类
17、:水的类型水的类型pHpH值值水的类型水的类型pHpH值值强酸性水强酸性水599中性水中性水7 7返回3、硬度硬硬度度是是由由于于水水中中含含有有CaCa2+2+、MgMg2+2+而而具具有有的的性性质质。硬硬度度大大的的水水对对生生活活和和工工业业用用水水都都有有不不良良的的影影响响:硬硬度度大大的的水水味味道道差差,且且易易引引起起肠肠胃胃不不适适,我我国国饮饮用用水水规规定定“不不超超过过2525度度”,用用硬硬水水洗洗衣衣使使肥肥皂皂泡泡沫沫减减少少,煮煮菜菜、煮煮饭饭不不易易烧烧熟熟,锅锅炉炉用用硬硬水水易易形形成成锅锅垢垢,甚甚至至因因不不均均匀匀导导热热引引起起锅锅炉炉爆爆炸炸,
18、硬硬度度大大的的水水会会影影响响印印染染、造造纸等工业的质量。纸等工业的质量。总硬度总硬度:水中含:水中含CaCa2+2+、MgMg2+2+的总量称为总硬度。的总量称为总硬度。暂暂时时硬硬度度:指指水水加加热热沸沸腾腾后后,由由于于脱脱碳碳酸酸作作用用,而而从从水水中中失失去去的的那部分那部分CaCa2+2+、MgMg2+2+含量,主要为含量,主要为CaCa2+2+、MgMg2+2+的碳酸盐。的碳酸盐。永永久久硬硬度度:水水加加热热沸沸腾腾后后,仍仍留留在在水水中中的的CaCa2+2+、MgMg2+2+含含量量称称为为水水的永久硬度,主要为的永久硬度,主要为CaCa2+2+、MgMg2+2+的
19、硫酸盐和氯化物。的硫酸盐和氯化物。现现阶阶段段根根据据国国家家化化学学分分析析标标准准计计量量要要求求,硬硬度度按按mg/Lmg/L(以以CaCOCaCO3 3计)表示。计)表示。硬度硬度1 1M mol/L=100mg/LM mol/L=100mg/L(以以CaCOCaCO3 3计)计)硬度硬度1度度=17.9 mg/L(以以CaCOCaCO3 3计)计)地下水按硬度分类:地下水按硬度分类:类别类别硬度硬度(mg/Lmg/L,以以CaCOCaCO3 3计)计)类别类别硬度硬度(mg/Lmg/L,以以CaCOCaCO3 3计)计)极软水极软水75450450弱硬水弱硬水150300150300
20、返回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,分的要求进行分析,分简分析简分析和和全分析全分析两种。两种。简分析多采用简分析多采用简易水质分析箱简易水质分析箱在现场进行分析。在现场进行分析。全分析一全分析一般是对简分析结果进行检验和补充般是对简分析结果进行检验和补充,目的在于比较全面地,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,了解区域地下水
21、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,在选取有代表性的水样,在专门化验室专门化验室进行化验。进行化验。简分析项目简分析项目:除物理性质(温度、颜色、透明度、嗅味、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:味道等)外,还应定量分析以下各项:PHPH值、游离值、游离COCO2 2、ClCl-、SOSO4 4-、HCOHCO3 3-、K K+、NaNa+、CaCa2+2+、MgMg2+2+及及TDS-TDS-总矿化度总矿化度等。等。全分析项目全分析项目:除简分析项目外,增加分析:除简分析项目外,增加分析NHNH4 4+、FeFe3+3+、FeFe2+
22、2+、COCO3 32-2-、NONO2 2-、NONO3 3-、侵蚀性、侵蚀性 COCO2 2、耗氧量、耗氧量、H H2 2S S、H H2 2SiOSiO3 3,并计算总硬度、永久硬度和暂时硬度。此外,有,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。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地下水的常用表示方法-库尔洛夫式库尔洛夫式:1 1、将阴、阳离子分别标示在横线上、下、将阴、阳离子分别标示在横线上、下,按按毫克当量百毫克当量百分数自大而小的顺序排列分数自大而小的顺序排列,小于小于10%10%的离子不予标示。的离子不予标示
23、。2 2、横线前依次标示气体成分、特殊成分及矿化度、横线前依次标示气体成分、特殊成分及矿化度(用用M M表表示示),),单位均为单位均为g/Lg/L。3 3、横线后以字母横线后以字母t t为代号为代号,表示水温表示水温,单位为单位为 。4 4、式中各成分含量一律标于该成分符号的右下角、式中各成分含量一律标于该成分符号的右下角,原子原子数则移至右上角。即:数则移至右上角。即:阴离子成分原子数毫克当量百分数阴离子成分原子数毫克当量百分数气体成分含量气体成分含量 特殊成分含量特殊成分含量 M M含量含量 t t水温水温阳离子成分阳离子成分毫克当量百分数毫克当量百分数例如例如某水样的库尔洛夫式某水样的
24、库尔洛夫式为:为:返回舒卡列夫的水化学类型分类舒卡列夫的地下水化学类型分类是根据地下水中舒卡列夫的地下水化学类型分类是根据地下水中6 6种主要离种主要离子(子(Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-,K+合并于合并于Na+)及矿化度划分的。具体步骤如下:及矿化度划分的。具体步骤如下:第一步第一步,根据水质分析结果,根据水质分析结果,将将6 6种主要离子中含量大于种主要离子中含量大于2525毫毫克当量克当量的阴离子和阳离子进行组合的阴离子和阳离子进行组合,可组合出,可组合出4949型水,并将每型水,并将每型用一个阿拉伯数字作为代号(见下表)。型用一个阿拉伯数字作为代号(见下表
25、)。阴离子阴离子阳离子阳离子HCO3-HCO3-+SO42-HCO3-+SO42-+Cl-HCO3-+Cl-SO42-SO42-+Cl-Cl-Ca2+18 815152222292936364343Ca2+Mg2+2 29 916162323303037374444Mg2+3 310101717?2424?31313838?4545Na+Ca2+4 4111118182525323239394646Na+Ca2+Mg2+5 5121219192626333340404747Na+Mg2+6 6131320202727343441414848Na+7 7141421212828353542424
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