水文地质学第4章课件.ppt

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1、第四章 地下水的物理性质与化学性质 4-1 4-1 地下水的物理性质地下水的物理性质 一、温度：地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。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：公式中：H-地下水的埋藏深度地下水的埋藏深度 过冷水：（过冷水：（0）g-地热增温率（地热增温率（m/）冷冷 水：（水：（0-20）TH-地下水水温地下水水温 温温 水：（水：（20-42）tB-年平均气温年平均气温 热热 水：（水：（42-100）h-年常温带深度年常温带深度 过热水：（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

2、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)+h50m地下水的一般温度为地下水的一般温度为7-15 二、颜色二、颜色u地下水的颜色取决于它的化学成分和悬浮于其中的杂质，颜地下水的颜色取决于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。色深浅决定于含量的多少。测定地下水颜色的方法：测定地下水颜色的方法：取两支无色透明玻璃试管，一支装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

3、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：地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、混浊的、极浊的。透明的、微浊的、混浊的、极浊的。透明度的测定方法：透明度的测定方法：通过盛水样的试管，通过盛水样的试管，以看清以看清 3mm粗线的水深来确定粗线的水深来确定。四、嗅四、嗅用鼻子闻。用鼻子闻。地下水一般是无气味的，地下水一般是

4、无气味的，但当其中含有某些离子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：或某种气体时，则出现特殊的气味。例如：水中含有水中含有H2S气气体时，具有臭鸡蛋气味；体时，具有臭鸡蛋气味；水中亚铁盐含量很高时具有铁腥气水中亚铁盐含量很高时具有铁腥气味；味；含有腐殖质时具有腐草（沼泽）气味。含有腐殖质时具有腐草（沼泽）气味。水的气味在低温水的气味在低温时很难判断，时很难判断，加热到加热到40 时气味最明显。时气味最明显。五、味五、味用嘴尝。用嘴尝。地下水的味道取决于它的化学成分。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

5、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、比重六、比重 地下水的比重取决于其中所溶解盐分的含量。地下淡水地下水的比重取决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。水中溶水中溶解的盐分越多，比重越大，解的盐分越多，比重越大，有的可达有的可达1.2-1.3。七、导电性七、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，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。即

6、各种离子的含量与其离子价。离子含量愈多，离子价愈高，离子含量愈多，离子价愈高，则水的导电性愈强。则水的导电性愈强。此外水温对导电性也有影响。此外水温对导电性也有影响。八、放射性八、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。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。对金属起破坏作用，但对医疗却很有价值。4-2 4-2 地下水的化学性质

7、地下水的化学性质 一、地下水的化学成分（目前已发现一、地下水的化学成分（目前已发现62种化学元素种化学元素）地下水中主要离子成分：地下水中主要离子成分：CL-、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）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。变化而变化。主要气体成分O2、N2CO2H2S、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

8、矿化水SO42-Na+Ca2+低矿化水HCO3-Ca2+、Mg2+二、地下水的主要化学性质二、地下水的主要化学性质 酸碱度酸碱度-PH=lg H+PH5 5-7 PH=7 7-9 PH 9 矿化度矿化度-地下水中总的含盐量地下水中总的含盐量（g/L）1 1-3 3-10 10-50 50。主要离主要离子成分子成分 CL-SO42-HCO3-源源于于盐盐岩岩矿矿床床、氯氯化化物物沉沉积积物物、海海水水、火火成成岩岩和和动动物物排排泄泄物物，分分布布最最广广源源于于硫硫化化物物矿矿物物氧氧化化、石石膏膏和和含含硫硫酸酸盐盐沉沉积积物物，中中矿矿化化水水中中的的主主要要离离子子源源于于碳碳酸酸盐盐沉

9、沉积积物物、铝铝硅硅酸酸盐盐矿矿物物的的风风化化溶溶解解，低低矿矿化化水水中中的的主主要要离离子子Na+K+Ca2+Mg2+源源于于岩岩盐盐、钠钠和和钾钾盐盐类类沉沉积积物物、分分布布低低矿矿化化水水中中,K+易易被被植植物物根根系系吸吸收收源源于于碳碳酸酸盐盐类类、含含石石膏膏沉沉积积物物、岩岩浆浆岩岩、变变质质岩岩含含钙钙矿矿物物的的溶溶解解,分分布布广广源源于于含含镁镁碳碳酸酸盐盐类类沉沉积积物物、岩岩浆浆岩岩、变变质质岩岩含含镁镁矿矿物物的的溶溶解解,分分布布较较广广淡水淡水微咸水微咸水咸水咸水盐水盐水卤水卤水强酸性强酸性弱酸性弱酸性中性中性弱碱性弱碱性强碱性强碱性硬硬 度度-水中水中

10、Ca2+和和Mg2+构成水的硬度构成水的硬度总总 硬硬 度度-水中水中Ca2+和和Mg2+含量的总和含量的总和暂时硬度暂时硬度-水在加热时流失的水在加热时流失的Ca2+和和Mg2+含量含量永久硬度永久硬度-水在加热时保留的水在加热时保留的Ca2+和和Mg2+含量含量 单单 位位:Ca2+和和Mg2+毫克当量毫克当量/L；德国度（相当于德国度（相当于7.1 Ca2+或或4.3 Mg2+的量）的量）极软水极软水软软 水水微硬水微硬水硬硬 水水极硬水极硬水Ca2+和和Mg2+毫克当量毫克当量/L德国度德国度分分 类类1.51-33-66-10104.24.2-8.48.4-16.816.8-25.2

11、25.2侵蚀性侵蚀性-水对机械设备和集水构筑物的腐蚀水对机械设备和集水构筑物的腐蚀侵蚀性侵蚀性CO2碳酸侵蚀碳酸侵蚀主要侵蚀混凝土主要侵蚀混凝土CaCO3+H2O+CO2=Ca2+2HCO3-PH6.5酸性侵蚀酸性侵蚀主要侵蚀机械设备主要侵蚀机械设备 Fe+2H+=Fe+H2游离游离H2SO4硫酸侵蚀硫酸侵蚀SO4 2-250mg/L、CL-1000mg/L开始侵蚀开始侵蚀,侵蚀机械设备、水泥侵蚀机械设备、水泥 影响溶滤作用的因素：影响溶滤作用的因素：溶滤作用的过程：溶滤作用的过程：如图示如图示影响溶影响溶滤作用滤作用的因素的因素矿物岩类的溶解度矿物岩类的溶解度溶解度越大溶滤作用越强溶解度越大

12、溶滤作用越强岩石的空隙度岩石的空隙度空隙度越大溶滤作用越强空隙度越大溶滤作用越强水的溶解能力水的溶解能力CO2 、O2 含量高和低矿化水溶滤作用强含量高和低矿化水溶滤作用强水的径流速度水的径流速度径流速度大溶滤作用越强径流速度大溶滤作用越强4-3 4-3 地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用溶滤作用：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。转入地下水中。溶滤作用的结果：溶滤作用的结果：岩土中失去一部分可溶物质，水中获得岩土中失去一部分可溶物质，水中获得 新的物质。新的物质。溶滤作用的过程溶滤作用的过程 浓缩作用浓缩作

13、用：地下水埋藏较浅时，水分不断蒸发，水中盐分浓度增加的作用地下水埋藏较浅时，水分不断蒸发，水中盐分浓度增加的作用 脱碳酸作用脱碳酸作用：地下水溶解碳酸岩盐的能力取决于水中：地下水溶解碳酸岩盐的能力取决于水中CO2。当温度升高。当温度升高 或压力减小，水中或压力减小，水中CO2逸出，含量减少，即为脱碳酸作用。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泉（钙）华就是脱碳酸作用形成脱硫酸作用脱硫酸作用：还原环境中，在水中脱

14、硫细菌的作用下，：还原环境中，在水中脱硫细菌的作用下，SO-24还原为还原为H2S，水中水中SO4-2减少以至消失，这种作用为脱硫酸作用。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。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。油田水中储油构造是脱硫酸作用的理想条件。油田水中SO4-2含量极少，含量极少，H2S气气体含量很高，这点可作为找油辅助标志。体含量很高，这点可作为找油辅助标志。产生浓缩产生浓缩作用的条件作用的条件干旱、半干旱气候，地形低洼

15、，包气带厚度小干旱、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：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。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：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成分不同的两种水汇合在一起，形成与原来两者化

16、学成分 都不相同的地下水的作用为混合作用。都不相同的地下水的作用为混合作用。混合作用的结果：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、低矿化水的混合 阳离子吸附能力影响地下影响地下水化学成水化学成分分 形形 成成的的 因因 素素地质因素地质因素自然地理因素自然地理因素时间因素时间因素人为因素人为因素岩性、构造岩性、构造 气象、水文、地形、生物气象、水文、地形、生物灌溉、采矿、施肥、改良盐碱地灌溉、采矿、施肥、改良盐碱地浓缩、混合、溶滤、脱硫酸作用浓缩、混合、溶滤、脱硫酸作用溶滤、脱硫酸作用溶滤、脱硫酸作用时间越长，化学作用越

17、彻底时间越长，化学作用越彻底 浓缩、溶滤、混合作用浓缩、溶滤、混合作用简分析简分析K+、Na+、Ca2+、Mg2+HCO3-、SO42-、CL-、PH、总硬度、总硬度全分析全分析 NH4+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+NO2-、NO3-、CO3-、F-、SiO2、PO43-+4-4 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与资料整理l地下水化学成分的分析内容：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：专项分析的内容随具体目的需要而定：生活用水水质评价，需进行生活用水水质评价，需进行有毒元素（有毒元素（As、Sb、Se、Hg、Cd、Cr6+

18、、氰化物）、细菌分析等；、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，需工程建设中遇到地下水，需进行侵蚀性测定，进行侵蚀性测定，等等。等等。l地下水化学成分的分析资料整理：地下水化学成分的分析资料整理：l库尔洛夫式：库尔洛夫式：阴离子毫克当量阴离子毫克当量%（含量（含量10%由大到小顺序排列）由大到小顺序排列）阳离子毫克当量阳离子毫克当量%（含量（含量10%由大到小顺序排列）由大到小顺序排列）微量元素、气体成分、矿化度（微量元素、气体成分、矿化度（g/L）水温水温 根据库尔洛夫式可根据库尔洛夫式可对水进行命名对水进行命名，也便

19、于将不同，也便于将不同水进行比较水进行比较。命名时：命名时：含量含量25%毫克当量的参加命名，毫克当量的参加命名，先读阴离子，后读阳离子；先读阴离子，后读阳离子；先读含量少的，后读含量多的。先读含量少的，后读含量多的。l例：例：根据水分析资料，某温泉水的总矿化度根据水分析资料，某温泉水的总矿化度3.27g/L，各主要离子成分的各主要离子成分的毫克当量百分数如下：毫克当量百分数如下：CL-占占84.76%，SO42-占占14.34%，HCO3-占占0.78%；Na+占占71.63%，Ca2+27.78%，Mg2+占占0.59%。H2S为为20.8mg/L，游离游离CO2为为31mg/L，H2Si

20、O3为为700mg/L，水温水温52。用库尔洛夫式表示。用库尔洛夫式表示。CL84.76 SO414.34 Na71.63 Ca27.78 命名为：氯化物钙钠型水命名为：氯化物钙钠型水l地下水化学类型的分类：地下水化学类型的分类：l舒卡列夫分类：舒卡列夫分类：根据地下水中根据地下水中六种主要离子六种主要离子（K+合并于合并于Na+中）及中）及 矿化度矿化度划分，含量划分，含量25%毫克当量的阴、阳离子进行组合毫克当量的阴、阳离子进行组合，分为，分为49型水。型水。矿化度分为矿化度分为4组：组：A组组1.5g/L，B组组1.5-10g/L，C组组10-40g/L，D组组 40g/L。H 2SiO 3 0.7H2S 0.021 CO 2 0.031M 3.27t。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。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：优点：简明易懂。简明易懂。缺点：缺点：未反映含量大小的次序，反映未反映含量大小的次序，反映水质变化不够细致。水质变化不够细致。例：例：1-A型水是矿化度型水是矿化度1.5g/L的的HCO3-Ca型水，是沉积岩地区型水，是沉积岩地区 典型的溶滤水，典型的溶滤水，49-D型水是矿化度型水是矿化度40g/L的的CL-Na型水。型水。舒卡列夫分类图表,作业