【正文】 溶物質(zhì) ， 地下水中 獲得相應(yīng) 的化學(xué)成分使水中 TDS↑ 。 溶濾過(guò)程包括了 溶解和結(jié)晶 兩種作用 。 （ 水巖作用 ） ? ? 1）巖土性質(zhì) ? 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(dǎo)致易溶先進(jìn)入水中，難溶的后進(jìn)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(zhì) ? 水的溶解能力（ TDS， O CO2氣體組分，水的流動(dòng)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(qiáng)度 水交替強(qiáng)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(yùn)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(huì)停止？是 地下水是如何保持它的溶解能力的？ 地下水的流動(dòng)（交替）性： 地下水的徑流速度和交替強(qiáng)度（ V 與 Q ） ?水如果流動(dòng)速度快，水交替（更新）迅速， CO2， O2不斷被補(bǔ)充，低 TDS水不斷更新溶解能力已降低的水。 ?停滯與流動(dòng)很緩慢的地下水，溶解能力最終會(huì)降為零，溶濾作用停止。 ?徑流速度和 交替強(qiáng)度是決定溶濾作用強(qiáng)度最活躍最關(guān)鍵的因素 如果 某地區(qū)地下水流動(dòng)很快，水交替（循環(huán)）迅速，溶濾作用很強(qiáng)烈，長(zhǎng)期作用下去， 地下水水化學(xué)特征如何？ ? 該地區(qū)地下水中的 水質(zhì) 礦化度是高（ TDS）？還是低？水中以哪種陰、陽(yáng)離子為主？ ? 長(zhǎng)期、強(qiáng)烈溶濾作用的結(jié)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(jié)果 ? 因此，分析溶濾作用及其地下水的成分特征： ① 要從地質(zhì)歷史發(fā)展的眼光（角度）來(lái)理解 —它是地質(zhì)歷史長(zhǎng)期作用的結(jié)果 ② 地下水是不斷運(yùn)動(dòng)的 —溶解的組分會(huì)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(yīng)組分 后期溶濾作用 —長(zhǎng)期強(qiáng)烈溶濾作用的結(jié)果是難溶成分的低礦化水 要用地質(zhì)歷史的觀點(diǎn)去考察，去分析與研究問(wèn)題??！ 一、 溶濾作用 ——結(jié)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(duì)濃集 ， 從而引起的一系列地下水化學(xué)成分的變化過(guò)程 。 ? 濃縮作用 （ 過(guò)程 ） ——理想的蒸發(fā)濃縮模式 ? 水份失去過(guò)程 → 鹽分相對(duì)濃集 ， 化學(xué)成分的變化 （ 實(shí)際上與上述理想模式是不同的 ） ? 地下水在蒸發(fā)過(guò)程中 ， 水分失去還有補(bǔ)充；鹽分積累也有補(bǔ)充 。 因此 ， 實(shí)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(jié)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 —?dú)夂?、 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(guò)渡區(qū) 礦化度中、 SO4MgCa 地下水化學(xué)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(xué)成分形成作用受區(qū)域自然地理與地質(zhì)條件的影響，地下水的化學(xué)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(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程。 Ca2+(Mg2+) + 2HCO3 → CO2↑+ H2O + CaCO3↓ 結(jié)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(jī)質(zhì)存在時(shí) ， 脫硫酸細(xì)菌使 SO42還原成 H2S， 引起水質(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程 。 SO42 + 2C + 2H2O → H2S↑+ 2HCO3 結(jié)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(biāo)志。 地下水的化學(xué)特征 五 、 陽(yáng)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(yáng)離子在一定條件下部分轉(zhuǎn)入水中 ， 而水中的某些陽(yáng)離子轉(zhuǎn)入吸附到巖土顆粒表面的過(guò)程 。 ? 影響因素 1） 陽(yáng)離子本身吸附能力的大小 水中吸附能力大的陽(yáng)離子可以交替巖土顆粒表面吸附能力小的陽(yáng)離子。陽(yáng)離子吸附能力由大至小的順序： H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+ 2）水中陽(yáng)離子的濃度 水中某種陽(yáng)離子濃度越大，則其交替吸附能力就越強(qiáng)，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(yáng)離子。 五 、 陽(yáng)離子吸附交替作用 ? 影響因素 2） 水中陽(yáng)離子的濃度 例如：在海水入侵大陸時(shí)可以發(fā)生如下反應(yīng)： 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(qiáng)；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(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程 。 ? 結(jié)果： 可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成化學(xué)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(dǎo)水?dāng)鄬拥臏贤ǘ嘤鰰r(shí) ， 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(xué)反應(yīng) ， 如當(dāng)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(xué)反應(yīng) 。 混合水的礦化度與化學(xué)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(xué)特征 七 、 人為活動(dòng)的作用 （ 影響 ） 人類活動(dòng)對(duì)地下水化學(xué)成分的影響： 1） 人類生活與生產(chǎn)活動(dòng)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(xué)成分發(fā)生變化 。 總礦化度與地下水化學(xué)成分分類 一、地下水化學(xué)成分的分析內(nèi)容 — 是水質(zhì)評(píng)價(jià)基礎(chǔ) ? 分為 簡(jiǎn)分析 和 全分析 ，某些專門(mén)性工作進(jìn)行 專項(xiàng)分析 。 簡(jiǎn)分析： 除物理性質(zhì)（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(xué)成分分類 一、地下水化學(xué)成分的分析內(nèi)容 全分析： 項(xiàng)目較多，要求精度高，通常在簡(jiǎn)分析得基礎(chǔ)上選擇代表性水樣進(jìn)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(shí)需分析水的 侵蝕性 CO2。 全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃 —— 調(diào)查指標(biāo) 全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃 ——調(diào)查指標(biāo) （ 1） ① 感官指標(biāo) ：肉眼可見(jiàn)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(guó)地下水污染防治規(guī)劃 ——調(diào)查指標(biāo) （ 2） ④ 有機(jī)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(chóng)）。 ⑤ 生物學(xué)指標(biāo) ：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(cè)定方法： ① 直接測(cè)定 ： 105～ 110℃ 溫度下 ， 水樣烘干后的干涸殘余物質(zhì) ， 單位為 g/L, mg/L (ppm) ② 計(jì)算法： 用全分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ， 陰陽(yáng)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?cè)芙夤腆w (TDS） （ total dissolved solids， total dissolved salt) 水化學(xué)成分的表示方法 —庫(kù)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(yáng)離子（毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù) ≥ 10%） ? 分式后 ：水溫（ oC) ? 特點(diǎn) 是直觀、表示簡(jiǎn)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(kù)爾洛夫式 : Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 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(jié)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(jiǎn)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(wèn)題方法 ? 系統(tǒng)思想： 就是把研究對(duì)象看作一個(gè)有機(jī)整體 ，從整體角度去考察 、 分析與處理問(wèn)題的方法 ? 系統(tǒng)目標(biāo) ： 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(dòng)系統(tǒng) Groundwater flow system ? 地下水含水系統(tǒng) 是指有隔水或相對(duì)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(dòng)系統(tǒng) 是指從源到匯的流面群構(gòu)成的，具有統(tǒng)一時(shí)空演變過(guò)程的地下水體 地下水含水系統(tǒng)與地下水流動(dòng)系統(tǒng)的比較 (1)兩者的共同點(diǎn) : 突破了把單個(gè)含水層作為功能單元的傳統(tǒng) ， 力求以系統(tǒng)的觀點(diǎn)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(diǎn) 含水系統(tǒng) 流動(dòng)系統(tǒng) ? 根本不同 — 一個(gè)是靜態(tài)系統(tǒng) 一個(gè)是動(dòng)態(tài)系統(tǒng) ?分類依據(jù) 根據(jù)儲(chǔ)水構(gòu)造劃分 根據(jù)水的流動(dòng)特征 —以介質(zhì)場(chǎng)為依據(jù) —以滲流場(chǎng)為依據(jù) ?系統(tǒng)發(fā)育史 共同的地質(zhì)演變歷史 共同的地下水演變歷史 —地層形成史一致