【正文】 溶物質 ， 地下水中 獲得相應 的化學成分使水中 TDS↑ 。 溶濾過程包括了 溶解和結晶 兩種作用 。 （ 水巖作用 ） ? ? 1）巖土性質 ? 礦物組分： （如：石灰?guī)r HCO3Ca水、花崗巖 HCO3Na水 ) ? 礦物組分的可溶性 （溶解度、溶解速度） 組分溶解度的差異導致易溶先進入水中，難溶的后進入水中 ? 空隙特征： ：缺乏裂隙的致密基巖，水難于與礦物鹽類接觸，因此溶濾作用難以發(fā)育 一、 溶濾作用 ——影響因素 ?2）水性質 ? 水的溶解能力（ TDS， O CO2氣體組分，水的流動性） 水中已溶組分的多少 —水中鹽份含量增高，溶解能力降低 水中某些氣體組分 O2—增加硫化物的 … ， CO2—增加碳酸鹽類 ... 水交替強度 水交替強度越大，地下水的溶解能力就越大；反之溶解能力就越小。 通常剛滲入到地下的水，礦化度很低，隨著水在地下含水巖層的運移，不斷有新的鹽份溶解到水中，水中 TDS↑ ，水的溶解能力下降，最終水的溶解能力 → 0， 溶濾作用將會停止？是 地下水是如何保持它的溶解能力的？ 地下水的流動（交替）性： 地下水的徑流速度和交替強度（ V 與 Q ） ?水如果流動速度快，水交替（更新）迅速， CO2， O2不斷被補充，低 TDS水不斷更新溶解能力已降低的水。 ?停滯與流動很緩慢的地下水，溶解能力最終會降為零，溶濾作用停止。 ?徑流速度和 交替強度是決定溶濾作用強度最活躍最關鍵的因素 如果 某地區(qū)地下水流動很快，水交替（循環(huán)）迅速，溶濾作用很強烈，長期作用下去， 地下水水化學特征如何？ ? 該地區(qū)地下水中的 水質 礦化度是高（ TDS）？還是低？水中以哪種陰、陽離子為主？ ? 長期、強烈溶濾作用的結果： 地下水以低礦化度的難溶離子為主， HCO3—Ca水 或 HCO3—Ca Mg水 。 這是由 溶濾作用的階段性決定 ！在由多種鹽類組成的巖石中： 早期 ： Cl鹽最易溶于水中 → 隨水帶走； 中期： 巖土貧 Cl鹽類， 繼續(xù)作用 ，較易溶 SO42鹽類被溶入中 → 隨水帶走： 晚期： 貧 SO42鹽類， 持續(xù) 作用， 巖土中只剩較難溶的碳酸鹽類。 一、 溶濾作用 ——結果 ? 因此，分析溶濾作用及其地下水的成分特征： ① 要從地質歷史發(fā)展的眼光（角度）來理解 —它是地質歷史長期作用的結果 ② 地下水是不斷運動的 —溶解的組分會被帶去（巖土組分變化） 前期溶濾作用 —溶濾什么組分，水中獲得相應組分 后期溶濾作用 —長期強烈溶濾作用的結果是難溶成分的低礦化水 要用地質歷史的觀點去考察，去分析與研究問題??！ 一、 溶濾作用 ——結果 二、 濃縮作用 ? 定義： 地下水在 蒸發(fā)排泄 條件下 ， 水分不斷失去 ， 鹽分相對濃集 ， 從而引起的一系列地下水化學成分的變化過程 。 ? 濃縮作用 （ 過程 ） ——理想的蒸發(fā)濃縮模式 ? 水份失去過程 → 鹽分相對濃集 ， 化學成分的變化 （ 實際上與上述理想模式是不同的 ） ? 地下水在蒸發(fā)過程中 ， 水分失去還有補充；鹽分積累也有補充 。 因此 ， 實際的蒸發(fā)作用可以產(chǎn)生含鹽量很高的地下水 (鹵水 )或鹽漬化的土地 ? 濃縮作用的結果： 往往形成高礦化度 、 以易溶離子為主的地下水 （ Cl—Na+為主 ） ? 影響因素 —氣候 、 地下水位 、 土層巖性 、 地形等 。 理想模式圖 Company Logo 丘陵 傾斜平原區(qū) 低平原 濃縮作用 水流遲緩 礦化度高、 ClNa 過渡區(qū) 礦化度中、 SO4MgCa 地下水化學特征具有分帶性 溶濾作用 水交替迅速 礦化度低、 HCO3Ca 由于地下水化學成分形成作用受區(qū)域自然地理與地質條件的影響，地下水的化學特征往往具有一定的分帶性（空間上的）。 三 、 脫碳酸作用 （ 鐘乳石 、 石筍 、 泉華 ） ? 定義： 指由于水的溫度增加或壓力 P下降，溶于水中 CO2從水中逸出，從而引起水質發(fā)生變化的過程。 Ca2+(Mg2+) + 2HCO3 → CO2↑+ H2O + CaCO3↓ 結果： 引起地下水中 Ca2+ 、 Mg2+、 HCO CO2減少；礦化度下降 ； pH下降（略有變化） 四 、 脫硫酸作用 定義： 指還原環(huán)境中 ， 有有機質存在時 ， 脫硫酸細菌使 SO42還原成 H2S， 引起水質發(fā)生變化的過程 。 SO42 + 2C + 2H2O → H2S↑+ 2HCO3 結果： 地下水中 SO42減少甚至消失； 2HCO3增加； H2S增加； pH值升高。 尋找油田的輔助標志。 地下水的化學特征 五 、 陽離子吸附交替作用 ? 定義： 指巖土顆粒表面因靜電作用而吸附的陽離子在一定條件下部分轉入水中 ， 而水中的某些陽離子轉入吸附到巖土顆粒表面的過程 。 ? 影響因素 1） 陽離子本身吸附能力的大小 水中吸附能力大的陽離子可以交替巖土顆粒表面吸附能力小的陽離子。陽離子吸附能力由大至小的順序： H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+ 2）水中陽離子的濃度 水中某種陽離子濃度越大，則其交替吸附能力就越強，甚至可以發(fā)生吸附能力小的交替巖土顆粒表面吸附能力大的陽離子。 五 、 陽離子吸附交替作用 ? 影響因素 2） 水中陽離子的濃度 例如：在海水入侵大陸時可以發(fā)生如下反應： 3）巖土本身吸附能力的大小 主要取決于其比表面積（ 1克重的巖土顆粒表面積），比表面積越大，則巖土本身吸附能力就越大，交替吸附能力越強；反之，交替吸附能力越弱。 22 22 C a C lNaCaN a C l ??? ?? （吸附）（吸附）六 、 混合作用 ? 定義： 指成分或礦化度不同的兩種地下水相遇 ， 引起水質發(fā)生變化的過程 。 ? 結果： 可能發(fā)生化學反應而形成化學類型完全不同的地下水 ， 如淺部的 HCO3Ca型水與深部的 SO4Na型水 ， 由于導水斷層的溝通而相遇時 ， 將形成一種新的 HCO3— Na型水 ： 兩種水的混合也可能不產(chǎn)生明顯的化學反應 ， 如當高礦化的 ClNa型海水與低礦化的 HCO3CaMg型地下水混合 ， 基本上不產(chǎn)生化學反應 。 混合水的礦化度與化學類型取決于參與混合的兩種水的成分及其混合比例 。 344223 2)( N a H C OC a S OSONaH C OCa ???? 地下水的化學特征 七 、 人為活動的作用 （ 影響 ） 人類活動對地下水化學成分的影響： 1） 人類生活與生產(chǎn)活動產(chǎn)生的廢棄物污染地下水； 2） 人為作用大規(guī)模地改變了地下水形成條件 ， 從而使地下水化學成分發(fā)生變化 。 總礦化度與地下水化學成分分類 一、地下水化學成分的分析內容 — 是水質評價基礎 ? 分為 簡分析 和 全分析 ，某些專門性工作進行 專項分析 。 簡分析： 除物理性質（色、味、嗅、透明度、懸浮物等）外，主要定量分析： HCO SO2 Cl、 Ca2+、 Mg2+、 總硬度、 pH、 K++Na+ 及 礦化度。 定性分析： NO3， NO2 ， NH4， Fe2+ Fe3+， H2S，耗氧量等 總礦化度與地下水化學成分分類 一、地下水化學成分的分析內容 全分析： 項目較多，要求精度高，通常在簡分析得基礎上選擇代表性水樣進行全分析 ? 一般定量分析 ： HCO3,SO24,Cl， Ca2+, Mg2+, K+, Na+， NO3， NO2 ， NH4， Fe2+ Fe3+， H2S， CO2, 耗氧量， 總硬度， pH, 及干涸殘余物（礦化度）；某些 微量元素、有毒 組分；研究水的侵蝕性時需分析水的 侵蝕性 CO2。 全國地下水污染防治規(guī)劃 —— 調查指標 全國地下水污染防治規(guī)劃 ——調查指標 （ 1） ① 感官指標 ：肉眼可見物、顏色、嗅、味、透明度、渾濁度、色度、水溫等。 ② 常規(guī)組分 ： pH值、游離二氧化碳、 Cl、 SO HCO CO3 K+、 Ca2+、 Na+、 Mg2+、 NH4+、 Fe2+、 Fe3+、 NO NO F、 Br、 I、 PO4 COD、可溶性二氧化硅、總硬度、礦化度等。 ③ 重金屬組分 ： Hg、 Cu、 Pb、 As、 Cd、 Mn、 Zn、 Ni、 Co、 Cr6+、總 Cr、 V、 W、 Sr、 Ba、 U、 Ra、 Se、 Al3+等。 全國地下水污染防治規(guī)劃 ——調查指標 （ 2） ④ 有機污染組分 ：三氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、二氯甲烷、 1， 2二氯乙烷、環(huán)氧氯丙烷、氯乙烯、 1， 1二氯乙烯、 1， 2二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、氯丁二烯、六氯丁二烯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、三氯乙醛、苯、乙苯、二甲苯、異丙苯、氯苯、 1， 2二氯苯、 1， 4二氯苯、三氯苯、四氯苯、六氯苯、硝基苯、二硝基苯、 2， 4二硝基甲苯、 2， 4， 6三硝基甲苯、硝基氯苯、 2， 4二硝基氯苯、 2， 4二氯苯酚、 2， 4， 6三氯苯酚、五氯酚、苯胺、聯(lián)苯胺。 ……DDT 、六六六（總量）、林丹（ γ六六六）、 2， 4滴、七氯、呋喃丹、敵敵畏（含敵百蟲）。 ⑤ 生物學指標 ：總大腸菌群、菌落總數(shù)。 礦化度或總固體溶解物 (TDS） ? 定義： 地下水中各種離子 、 分子與化合物的總量 。 ? 測定方法： ① 直接測定 ： 105～ 110℃ 溫度下 ， 水樣烘干后的干涸殘余物質 ， 單位為 g/L, mg/L (ppm) ② 計算法： 用全分析實驗結果 ， 陰陽離子總和減 1/2 HCO3含量求算 ? 據(jù)礦化度的水樣分類： 1g/L, 1～ 3g/L, 3～ 10g/L, 10～ 50g/L, 50g/L 淡水 微咸水 咸水 鹽水 鹵水 礦化度或總溶解固體 (TDS） （ total dissolved solids， total dissolved salt) 水化學成分的表示方法 —庫爾洛夫式 ? 分式前： 特殊成分、氣體成分、礦化度 M ，單位 (g/L) ? 分式上下 ：陰、陽離子（毫克當量百分數(shù) ≥ 10%） ? 分式后 ：水溫（ oC) ? 特點 是直觀、表示簡單也較全面，可以反映水的成因類型（常用方法） 0522 7 . 87 1 . 6414853 . 220 . 0 3 130 . 0 72CaNaSOClMCOS i OH t庫爾洛夫式 : Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質學基礎 第五章 地下水系統(tǒng)及其循環(huán)特征 主講教師：王 濤 ? 系統(tǒng)與系統(tǒng)方法 ? 系統(tǒng)： 由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合而成的具有特定功能的整體 – 相互作用 ， 相互依賴 → 不是各部分或零部件的簡單堆積 ， 而是有規(guī)則的組織 。 – 整體 → 功能大于局部 （ 要素 ） 之和 ? 系統(tǒng)方法： 用系統(tǒng)思想去分析與研究問題方法 ? 系統(tǒng)思想： 就是把研究對象看作一個有機整體 ，從整體角度去考察 、 分析與處理問題的方法 ? 系統(tǒng)目標 ： 系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)化 （ 不是局部的 ） 地下水系統(tǒng)的概念 （ 1） 地下水含水系統(tǒng) Groundwater aquifer system （ 2） 地下水流動系統(tǒng) Groundwater flow system ? 地下水含水系統(tǒng) 是指有隔水或相對隔水巖層圈閉的 ， 具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖系 ? 地下水流動系統(tǒng) 是指從源到匯的流面群構成的，具有統(tǒng)一時空演變過程的地下水體 地下水含水系統(tǒng)與地下水流動系統(tǒng)的比較 (1)兩者的共同點 : 突破了把單個含水層作為功能單元的傳統(tǒng) ， 力求以系統(tǒng)的觀點去考察 、 分析與處理地下水體 潛水承壓含水層 流網(wǎng)圖 (2)兩者的不同點 含水系統(tǒng) 流動系統(tǒng) ? 根本不同 — 一個是靜態(tài)系統(tǒng) 一個是動態(tài)系統(tǒng) ?分類依據(jù) 根據(jù)儲水構造劃分 根據(jù)水的流動特征 —以介質場為依據(jù) —以滲流場為依據(jù) ?系統(tǒng)發(fā)育史 共同的地質演變歷史 共同的地下水演變歷史 —地層形成史一致