水文地球化学教学大纲
《水文地球化学》教学大纲
一、课程名称：水文地球化学
Hydrogeochemistry
二、课程编号：
三、学分学时：2学分/32学时
四、使用教材：沈照理等编，《水文地球化学基础》，地质出版社，1993年5月第一版，1999年第二次印刷
五、课程属性：专业内选修课
选修
六、教学对象：地质工程专业本科生
七、开课单位：地球科学与工程学院地质科学与工程系
八、先修课程：普通化学、普通地质学、岩石矿物学、构造地质学、水文地质学基础等。
九、教学目标：
通过比较系统地介绍有关水文地球化学的基础理论，掌握水-岩相互作用在天然和人类活动条件下导致的地下水各溶解组分的迁移转化规律，熟悉应用水化学的分析理论与方法解决各种环境和工程问题。
十、课程要求：
通过本课程的学习，使学生掌握水文地球化学的平衡理论，学会水文地球化学的分析方法，基本要求是：
1．掌握水化学平衡原理；
2．掌握地下水溶解组分的迁移和转化规律；
3．学会应用水文地球化学的基本原理和分析方法解决自然和人类活动条件下的各种地下水环境问题；
十一、教学内容：
本课程主要由以下内容组成：
第一章水化学基础（12学时）
?知识要点：溶解平衡、碳酸平衡、洛河计算、氧化还原作用、吸附平衡
?重点难点：各种平衡的计算方法
?教学方法：课堂教学
第二章地下水化学成分的组成（4学时）
?知识要点：天然水的化学特性、元素的水文地球化学特性、天然水化学成分的综合指标、
地下水化学成分的数据处理
?重点难点：各天然水体的常量和微量及痕量化学成分特性
?教学方法：课堂教学
第三章地下水化学成分的形成与特征（4学时）
?知识要点：渗入成因地下水、沉积成因地下水和火山成因地下水的化学成分的形成与特征
?重点难点：各种成因水的化学成分的形成机理与演化
?教学方法：课堂教学
第四章水的地球化学循环（4学时）
?知识要点：地下水圈、地壳中水的地球化学循环、成矿过程中的地球化学循环
?重点难点：地下水循环过程中元素的迁移转化
?教学方法：课堂教学
第五章水文地球化学的应用（8学时）
?知识要点：地下水污染、地球化学环境与人体健康、矿泉水
?重点难点：如何应用水文地球化学的基本原理分析和评价各种水环境问题
?教学方法：课堂教学
十二、实践环节：
主要是习题：
?络合计算
?饱和指数计算
?Eh-pH计算
?吸附平衡计算
?水化学成分的图示
?应用分析
十三、教学参考：
1．参考教材
?沈照理等编，《水文地球化学基础》，地质出版社，1993年5月第一版，1999年第二次印刷
2．参考文献
?杨忠耀，环境水文地质，原子能出版社，1990年
十四、考核方式：
笔试、水环境问题分析报告
十五、课程说明：
本课程为研究型人才培养方向课程
大纲编写人：刘建刚
大纲编写时间：2012年3月30日
东华理工大学水文地球化学试卷
2006-2007第一学期《水文地球化学》期末试卷(B)－参考答案班级（）学号（）姓名（） 一、名词解释（每题3分，共21分） 1、盐效应：矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含盐量水中的溶解度，这种含盐量升高而使矿物溶解度增大的现象。 2、阳离子交替吸附作用：在一定条件下，岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的某些阳离子转入水中，从而改变了地下水的化学成分，这一作用即为阳离子交替吸附作用。 3、氧化垒：在还原条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。 4、侵蚀性CO2：当水中游离CO2大于平衡CO2时，水中剩余部分的CO2对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性，这部分即为侵蚀性CO2。 5、TDS：指水中溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解的气体。 6、硅质水与硅酸水：SiO2含量大于50mg/L的水称为硅质水（1.5分）；在阴离子中，HSiO3-占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5分）。 7、硬度：是以水中Ca2+和Mg2+来量度，其计算方法是以Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位为mg/L。 二、填空（每题1分，共14分） 1、Fe2+在（酸）性中迁移强，而在（碱）性中迁移弱。 2、地球化学垒按成因可分为（机械）垒、（物理化学）垒、（生物）垒和（复合）垒。 3、碱度主要决定于水中的（HCO-3，CO2-3）的含量。硬度是以（Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（HCO-3，CO2-3）的毫克当量总数乘以 50。 4．大气CO2的δ13C平均值是（-7‰），而土壤CO2的δ13C平均值是（ -25‰）。5．标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（它的迁移能力）。 6．弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（渗透分散）。 7、SiO2和Na/K地热温度计适用的温度范围分别为（0~250℃）和（150~350℃）。8．近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2-4SO2-4 -Cl），而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO-3）。 9．海水的水化学类型为（Cl-Na），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na -Ca）。 10、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（氢键）的破坏需要较大的能量。 11、在35℃下，pH=7的地下水是（碱）性。在天然水化学成分的综合指标中，体现水的质量指标的有（TDS，硬度，含盐量或含盐度,电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（COD，BOD，TOC，Eh）。 12、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于（0.1mol/L），而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于（0.5mol/L）。 13、空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原）条件，而水迁移的标型元素主要决定环境的（酸碱）条件 14、在氮的化合物中，（NO-2，NH4+）可作为地下水近期受到污染的标志，而（NO-3）可作为地下水很早以前受到污染的标志。
水文地球化学
水文地球化学研究现状、基本模型与进展 摘要：1938 年, “水文地球化学”术语提出, 至今水文地球化学作为一门 独立的学科得到长足的发展, 其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究, 以及人类开发资源和保护生态的需要, 水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域, 并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。 早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开, 在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果( 沈照理, 1985) 。水文地球化学在利用地下水化学成分资料, 特别是在查明地下水 的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。20 世纪60 年代后, 水文地球化学向更深更广的领域延伸, 更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用( 任福弘, 1993) 。 1981 年, Stumm W 等出版了5水化学) ) ) 天然水化学平衡导论6 专著, 较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。1992 年, C P 克拉依诺夫等著5水文地球化学6分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分, 全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题, 以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等, 概括了20 世纪80 年代末期水文地球化学的研究水平。特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解答( 谭凯旋, 1998) , 逐渐构架起更为严密的科学体系。 1 应用水文地球化学学科的研究现状 1. 1 油田水研究 水文地球化学的研究在对油气资源的勘查和预测以及提高勘探成效和采收率等方面作出了重要的贡献。早期油田水地球化学的研究只是对单个盆地或单个坳陷, 甚至单个凹陷进行研究, 并且对于找油标志存在不同见解。此时油田水化学成分分类主要沿用B A 苏林于1946 年形成的分类。1965 年, E C加费里连科在其所著5根据地下水化学组分和同位素成分确定含油气性的水文地球化学指标6中系统论述了油气田水文地球化学特征及寻找油气田的水文地球化学方法。1975 年, A G Collins 在其5油田水地球化学6中论述了油田水中有机及无机组分形成的地球化学作用( 汪蕴璞, 1987) 。1994 年, 汪蕴璞等对中国典型盆地油田水进行了系统和完整的研究, 总结了中国油田水化学成分的形成分布和成藏规律性, 特别是总结了陆相油田水地球化学理论, 对油田水中宏量组分、微量组分、同位素等开展了研究, 并对油田水成分进行种类计算, 从水化学的整体上研究其聚散、共生规律和综合评价找油标志和形成机理。同时还开展了模拟实验、化学动力学和热力学计算, 从定量上探索油田水化学组分的地球化学行为和形成机理。 1. 2 洋底矿藏研究
水文地球化学试卷
09031123 一、名词解释（每题3 分，共21 分） 1、BOD： 指用微生物降解水中有机物过程中所消耗的氧量，以mg/L 为单位。 2、脱硫酸作用： 在缺氧和有脱硫酸菌存在的情况下，SO4 2- 被还原成H2S 或S2-的过 程。 3、同离子效应： 一种矿物溶解于水溶液，如若水溶液中有与矿物溶解相同的离子，则这种矿物的溶解度就会降低，这种现象在化学上称为同离子效应 4、降水氢氧稳定同位素的高程效应： 大气降水中的18O 和D 含量随着海拔高程的增加而不断下降的现象。 5、酸性垒： 当中性或碱性条件转变为弱酸性和酸性条件或在pH 值急剧降低的地段所形成的地球化学垒。 6、水分子的缔合作用： 由单分子水结合成比较复杂的多分子水而不引起水的物理化学性质改变的现象。7、硅质水与硅酸水： SiO2 含量大于50mg/L 的水称为硅质水（1.5 分）；在阴离子中，HSiO3 -占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5 分）。 二、填空（每题1 分，共14 分） 1、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（氢键）的破坏需 要较大的能量。 2、在35℃下，pH=7 的地下水是（碱）性。在天然水化学成分的综 合指标中，体现水的质量指标的有（TDS，硬度，含盐量或含盐度, 电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（COD，BOD，TOC，Eh ）。 3、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于（0.1 mol/L ），而 戴维斯方程的使用条件是离子强度小于（0.5 mol/L ）。
4、空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原）条件，而水迁移的标型元素主要决定环境的（酸碱）条件 5、在氮的化合物中，（NO- 2，NH4 + ）可作为地下水近期受到污染的 标志，而（NO- 3 ）可作为地下水很早以前受到污染的标志。 6、Fe2+在（酸）性中迁移强，而在（碱）性中迁移弱。 7、地球化学垒按成因可分为（机械）垒、（物理化学）垒、（生 物）垒和（复合）垒。 8、碱度主要决定于水中的（HCO- 3，CO2- 3 ）的含量。硬度是以 （Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（HCO- 3，CO2- 3 ）的毫克当量总数乘以50。 9．大气CO2 的δ13C 平均值是（-7 ‰），而土壤CO2 的δ13C 平均值是（-25‰）。 10．标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（它的迁移能力）。 11．弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（渗透分 散）。 12、SiO2 和Na/K 地热温度计适用的温度范围分别为（0~250 ℃）和（150~350 ℃）。 13．近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2- 4 SO2- 4 Cl- ）， 而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO- 3 ）。 14．海水的水化学类型为（Cl-Na ），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na -Ca）。 三.简答题（每题5 分，共30 分） 1、氧漂移及其影响因素?
水文地球化学教学大纲
《水文地球化学》教学大纲 一、课程名称：水文地球化学 Hydrogeochemistry 二、课程编号： 三、学分学时：2学分/32学时 四、使用教材：沈照理等编，《水文地球化学基础》，地质出版社，1993年5月第一版，1999年第二次印刷 五、课程属性：专业内选修课 选修 六、教学对象：地质工程专业本科生 七、开课单位：地球科学与工程学院地质科学与工程系 八、先修课程：普通化学、普通地质学、岩石矿物学、构造地质学、水文地质学基础等。 九、教学目标： 通过比较系统地介绍有关水文地球化学的基础理论，掌握水-岩相互作用在天然和人类活动条件下导致的地下水各溶解组分的迁移转化规律，熟悉应用水化学的分析理论与方法解决各种环境和工程问题。 十、课程要求： 通过本课程的学习，使学生掌握水文地球化学的平衡理论，学会水文地球化学的分析方法，基本要求是： 1．掌握水化学平衡原理； 2．掌握地下水溶解组分的迁移和转化规律； 3．学会应用水文地球化学的基本原理和分析方法解决自然和人类活动条件下的各种地下水环境问题； 十一、教学内容： 本课程主要由以下内容组成： 第一章水化学基础（12学时） ?知识要点：溶解平衡、碳酸平衡、洛河计算、氧化还原作用、吸附平衡 ?重点难点：各种平衡的计算方法 ?教学方法：课堂教学 第二章地下水化学成分的组成（4学时）
?知识要点：天然水的化学特性、元素的水文地球化学特性、天然水化学成分的综合指标、 地下水化学成分的数据处理 ?重点难点：各天然水体的常量和微量及痕量化学成分特性 ?教学方法：课堂教学 第三章地下水化学成分的形成与特征（4学时） ?知识要点：渗入成因地下水、沉积成因地下水和火山成因地下水的化学成分的形成与特征 ?重点难点：各种成因水的化学成分的形成机理与演化 ?教学方法：课堂教学 第四章水的地球化学循环（4学时） ?知识要点：地下水圈、地壳中水的地球化学循环、成矿过程中的地球化学循环 ?重点难点：地下水循环过程中元素的迁移转化 ?教学方法：课堂教学 第五章水文地球化学的应用（8学时） ?知识要点：地下水污染、地球化学环境与人体健康、矿泉水 ?重点难点：如何应用水文地球化学的基本原理分析和评价各种水环境问题 ?教学方法：课堂教学 十二、实践环节： 主要是习题： ?络合计算 ?饱和指数计算 ?Eh-pH计算 ?吸附平衡计算 ?水化学成分的图示 ?应用分析 十三、教学参考： 1．参考教材 ?沈照理等编，《水文地球化学基础》，地质出版社，1993年5月第一版，1999年第二次印刷 2．参考文献 ?杨忠耀，环境水文地质，原子能出版社，1990年 十四、考核方式：
第4章 水文地球化学参数
第四章水文地球化学参数 水文地球化学参数有三类：物性水文地球化学参数，条件水文地球化学参数，综合性水文地球化学参数。 第一节物性和条件水文地球化学参数 一、物性水文地球化学参数 物性水文地球化学参数是反映事物的性质（物质的性质和物质间相互作用时的质量和能量关系）的参数。如平衡常数，反应速度常数，分配系数，吸附容量，自由能，焓，熵，标准电子活度或标准电极电位，离子电位，离子半径和价态，以及原子结构和其外层的价电子层结构都是反映事和物内在本性的参数。这些参数反映的是事物的本性，或反映的仅仅是事物在理想状态时的特征。事物在理想条件下的状态与实际条件下是有一定的差距的。在研究客观具体事物时还需根据具体条件作具体分析。但尽管如此，收集和掌握这些参数对水文地球化学研究无疑是非常必要和有益的，因为这些参数是对事物进行分析判断的基础，是对事物进行理论计算和实践设计必不可少的参数。 二、条件水文地球化学参数 条件水文地球化学参数是反应体系及其环境所处的条件的参数，是用来描述事物或体系与环境的外观状态的参数，当然也是进行水文地球化学计算时所需要的基本数据。它们主要有水化学组分，含量，pH，pE或Eh，温度，压力等。无疑这些参数是水文地球化学研究和计算中必不可少的重要参数，因而也是我们野外和实验室工作中必须取得的主要资料。 第二节参比和综合性水文地球化学参数 上面已提及，仅有物性水文地球化学参数是不能对水岩体系的客观状态和变化作出确定性的定量回答，也是无法对水岩体系进行具体的水文地球化学计算。但是仅仅依靠条件水文地球化学参数也是不够的，因为同一个客观具体条件对不同的事物的影响显然是不尽相同的。对一个事物要作出既科学又符合客观实际的回答，必须将理论与实践相结合，也就是说，将事物的条件状态与该条件下事物发生变化的边界状态相比较，才能对事物的状态、发展结果和将可能发生的事件作出正确的论断。反映实际条件与该具体条件下的边界条件相比较的结果的参数
徐默淞水文地球化学期末复习
水文地球化学复习 静下心，一切都会过去----------徐默淞 1、理想溶液：任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律的溶液。（各组分分子的大小 及作用力彼此相似，当一种组分的分子被另一种组分的分子取代时，没有能量的变化或空间结构的变化。即：当各组分混合成溶液时，没有热效应和体积的变化。） **溶液中离子之间或分子之间没有相互作用。 2、活度※（考）定义：指实际参加化学反应的物质浓度，或指所研究的溶液体系中化学组分的有效浓度（校正后的浓度）。 ※离子的活度a与浓度c 通过活度系数r联系起来：a=r·m r—活度系数 m—实测浓度，物质的量浓度（mol/L） a—活度，物质在化学反应中表现出的有效浓度，单位（mol/L） 3、※活度系数r（了解）：衡量实际溶液对理想溶液的偏离程度。 ※活度系数随水中溶解固体（TDS）增加而减小，一般都小于1。当水中TDS很低时，r趋近于1，活度趋近于实测浓度。 ※强电解质溶液，当溶液的浓度极稀时，离子之间的距离是如此之大，以致离子之间的相互作用力可忽略不计，活度系数r≈1 ，所以a= c。 ※在化学平衡计算中，固体、纯液体和中性分子的活度系数：r＝1;离子强度与活度系数之间存在一定的关系，如已知某些离子强度，可查表或计算得活度系数。 ※分子（包括水分子）和不带电的离子对的活度系数为1 4、离子强度I 定义：溶液中某种离子i 的物质的量浓度乘以该离子的价数（Zi）的平方所得诸项之和的一半。用公式表示为: （必背此公式） 式中：Zi为i离子的电荷数；mi为i离子的浓度（mol/L）。 5、迪拜-休克尔方程（考）：对于离子半径较大，不能作为点电荷处理的体系，Debye-Hückel 极限定律公式修正为：当I<0.1mol/L时，该方程精确性很高 （必背此公式） 式中：r为活度系数；Z为离子的电荷数；I为离子强度（mol/L）；A和B为取决于水的介电常数、密度和温度的常数；a是与离子水化半径有关的常数。 ※（仅了解）对于高矿化度的地下水，即0.5mol/L＞I＞0.1mol/L，迪拜－休克尔公式就不适用了，为此应用戴维斯方程： 式中：A，B参数同上式；a与b参数，对于主要离子查表1.3，对于次要离子查表1.4，b
环境水文地球化学 第一篇 第一次作业
1.地下水的主要组成成分是什么？ 答：地下水是组成成分复杂的溶液，近八十种天然元素以离子、原子、分子、络合物和化合物等形式存在于地下水中，有些已溶解和活动于地下水中的有机质、气体、微生物和元素同位素的形式存在。这些可溶物质主要是岩石风化过程中，经过水文地球化学和生物地球化学的迁移、搬运到水中的地壳矿物质。 地下水中溶解的无机物主要组分（即浓度>5mg/L）为：HCO3-、Cl-、SO42-、Na+、K+、Ca+、Mg2+、SiO2。占地下水中无机物成分含量的90-95%，决定着地下水的化学类型。 地下水中有机组分种类繁多，主要有：氨基酸、蛋白质、糖（碳水化合物）、葡萄糖、有机酸、烃类、醇类、醚类、羧酸、苯酚衍生物、胺等。各种不同形式的有机物主要由C、H、O组成，这三种元素占全部有机物的98.5%，另外还存在有少量的N、P、K、Ca等元素。 地下水中常见溶解气体有：O2、CO2、CH4、N2、H2以及惰性气体Ar、Kr、He、Ne、Xe等。 微生物成分主要有三种类型：细菌、真菌和藻类。微生物在地下水化学成分的形成和演变过程中起着重要的作用。地下水中存在各种不同的细菌。有在氧化环境中的硝化菌、硫细菌、铁细菌等喜氧细菌;有在还原环境的脱氮菌、脱硫菌、甲烷生成菌、氨生成菌等。这些微生物活动可以发生脱硝酸作用、脱硫酸作用、甲烷生成作用和氨生成作用等还原作用，也可以发生硫酸根生成、硝酸根生成和铁的氧化等作用等，从而导致地下水化学成分的相应变化。 2.举例论述络合作用有何环境意义？ 答：地下水中大多数金属能与配体形成各种各样的络合物，这些络合物可能是电中性的，也可能是带正电或者带负电。金属络合作用对环境的意义在于：络合物的溶解度是影响金属形态迁移的重要因素；重金属离子与不同配体的配位作用，改变其化学形态和生化毒性，如铝离子(毒性很强)、有机铝络合物(毒性很弱)的生物毒性相差很大;络合作用影响络合剂的性质，如配位体的氧化还原性、脱羧及水解等;有些络合物可以通过化学絮凝、活性炭吸附或离子交换等方法容易地从水中去除。但有些重金属形成螯合物后很难用常规办法去除，影响水处理中对重金属的排除效率;络合作用会加速金属的腐蚀，比如氯离子和氨的作用。 3.胶体的稳定性和ζ电位有什么关系？研究胶体的ζ电位有何环境意义？ 答：ζ电位是胶体稳定性的一个重要指标，因为胶体稳定是与离子键的经典排斥力密切相关的。ζ电势的降低会使静电排斥力减小，致使粒子之间范德华力占优势，从而引起胶体的聚沉难和破坏。故研究ζ电势的变化规律是十分重要的。 4.地球化学垒和水文地球化学分带形成的原因是什么？ 答：地球化学垒是正在表生带内,因为短间隔内化学元素迁徙环境显然变迁,迁徙强度突然削弱而招致某些化学元素浓集的地段；水文地球化学分带是地下水化学成分和水中总溶解固体沿着水平或者垂直方向呈现有规律的带状分布和变化的现象。故它们共同形成成因都是地下
《水文地球化学》教学大纲
《水文地球化学》教学大纲 Hydrogeochemistry－Course Outline 第一部分大纲说明 一、课程的性质、目的与任务 《水文地球化学》是水文与水资源工程专业本科生必修的一门主要专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握水文地球化学的基本原理和学会初步运用化学原理解决天然水的地球化学问题和人类对天然水的影响问题的方法与手段，为学习后续课程和专业技术工作打下基础。 二、与其它课程的联系 学习本课程应具备普通地质学、综合地质学、工程化学和水文地质学的基础。后续课程为水质分析实验、铀水文地球化学、环境水文地质学和水文地质勘察。 三、课程的特点 1．对基本概念、基本规律与常见的应用方法的理解并重。 2．对基本理论与常见水文地球化学问题的定量计算方法的掌握并重。 3. 采用英文教材，中、英语混合授课。 四、教学总体要求 1．掌握水文地球化学的基本概念、基本规律与研究方法。 2．掌握控制地下水与地表水化学成分的主要作用：酸碱反应与碳酸盐系统；矿物风化与矿物表面过程；氧化－还原反应；有机水文地球化学作用等。 3．通过理论讲述、研究实例分析与习题课，使学生理解天然水中常见的化学组份与同位素组成，掌握最基本的地球化学模拟方法与整理水化学数据的能力。 五、本课程的学时分配表 编 号教学内容课堂讲 课学时 习题课 学时 实验课 学时 自学 学时 1 引言及化学背景 （Introduction and Chemical Background） 6 2 酸碱反应与碳酸盐系统 (Acid-Base Reactions and the Carbonate System) 4 2 3 矿物风化与矿物表面过程 Mineral weathering and mineral surface processes 6
水文地球化学习题讲解学习
水文地球化学习题 第一章 第二章水溶液的物理化学基础 1．常规水质分析给出的某个水样的分析结果如下（浓度单位：mg/L）： Ca2+=93.9；Mg2+=22.9；Na+=19.1；HCO3-=334；SO42-=85.0；Cl-=9.0；pH=7.2。求： （1）各离子的体积摩尔浓度（M）、质量摩尔浓度（m）和毫克当量浓度（meq/L）。 （2）该水样的离子强度是多少？ （3）利用扩展的Debye-Huckel方程计算Ca2+和HCO3-的活度系数。 2．假定CO32-的活度为a CO32- =0.34?10-5，碳酸钙离解的平衡常数为4.27?10-9，第1题中的水样25℃时CaCO3饱和指数是多少？CaCO3在该水样中的饱和状态如何？ 3．假定某个水样的离子活度等于浓度，其NO3-，HS-，SO42-和NH4＋都等于10-4M。反应式如下： H+ + NO3- + HS- = SO42- + NH4＋ 问：25℃和pH为8时，该水样中硝酸盐能否氧化硫化物？ 4．A、B两个水样实测值如下（mg/L）： 组分Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-NO3- A水样706 51 881 310 204 4 5．请判断下列分析结果（mg/L）的可靠性，并说明原因。 组分Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-pH A水样50 6 60 18 71 96 183 6 6.5 B水样10 20 70 13 36 48 214 4 8.8 6．某水样分析结果如下： 离子Na+Ca2+Mg2+SO42-Cl-CO32-HCO3-含量(mg/l) 8748 156 228 928 6720 336 1.320 试计算Ca2+的活度(25℃)。 4344 含量（mg/l）117 7 109 24 171 238 183 48 试问： （1）离子强度是多少？ （2）根据扩展的Debye-Huckel方程计算，Ca2+和SO42－的活度系数？ （3）石膏的饱和指数与饱和率是多少？ （4）使该水样淡化或浓集多少倍才能使之与石膏处于平衡状态？ 8．已知温度为298.15K（25℃），压力为105Pa（1atm）时，∑S=10-1mol/l。试作硫体系的Eh-pH图（或pE-pH图）。 9．简述水分子的结构。 10．试用水分子结构理论解释水的物理化学性质。 11．温、压条件对水的物理、化学性质的影响及其地球化学意义。 12．分别简述气、固、液体的溶解特点。
水文地球化学试卷B卷
一、名词解释（每题3分，共21分） 1、盐效应：矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含盐量水中的溶解度，这种含盐量升高而使矿物溶解度增大的现象。 2、阳离子交替吸附作用：在一定条件下，岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的某些阳离子转入水中，从而改变了地下水的化学成分，这一作用即为阳离子交替吸附作用。 3、氧化垒：在还原条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。 4、侵蚀性CO2：当水中游离CO2大于平衡CO2时，水中剩余部分的CO2对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性，这部分即为侵蚀性CO2。 5、TDS：指水中溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解的气体。 6、硅质水与硅酸水： SiO2含量大于50mg/L的水称为硅质水（1.5分）；在阴离子中，HSiO3-占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5分）。 7、硬度：是以水中Ca2+和Mg2+来量度，其计算方法是以 Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位为mg/L。二、填空（每题1分，共14分）1、Fe2+在（酸）性中迁移强，而在（碱）性中迁移弱。 2、地球化学垒按成因可分为（机械）垒、（物理化学）垒、（生物）垒和（复合）垒。 3、碱度主要决定于水中的（HCO-3，CO2-3 ）的含量。硬度是以（ Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（ HCO-3，CO2-3 ）的毫克当量总数乘以 50。 4．大气CO2的δ13C平均值是（-7 ‰），而土壤CO2的δ13C平均值是（ -25‰）。 5．标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（它的迁移能力）。 6．弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（渗透分散）。7、SiO2 和Na/K地热温度计适用的温度范围分别为（ 0~250 ℃）和（ 150~350 ℃）。 8．近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2-4 SO2-4 -Cl ），而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO-3 ）。 9．海水的水化学类型为（ Cl-Na ），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na -Ca ）。 10、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（氢键）的破坏需要较大的能量。11、在35℃下，pH=7的地下水是（碱）性。在天然水化学成分的综合指标中，体现水的质量指标的有（ TDS，硬度，含盐量或含盐度 , 电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（ COD，BOD，TOC，Eh ）。 12、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于（ 0.1 mol/L ），而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于（ 0.5 mol/L ）。 13、空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原）条件，而水迁移的标型元素主要决定环境的（酸碱）条件14、在氮的化合物中，（ NO-2，NH4+ ）可作为地下水近期受到污染的标志，而（ NO-3 ）可作为地下水很早以前受到污染的标志。 三.简答（每题5分，共30分） 1、水的酸度与pH值的区别？ 答：酸度是表征水中和强碱能力的指标（1分）。它与水中的氢离子浓度并不是一回事，pH值仅表示呈离子状态的H+数量（1分），而酸度则表示中和过程中可以与强碱进行反应的全部H+数量，其中包括原已电离的和将会电离的部分（2分），已电离的H+数量称为离子酸度，它与pH值是一致的（1分）。 2、水分析结果是简分析，请问从那几方面检查分析数据可靠性。？答：（1）阴阳离子平衡的检查（1.5分）（2）碳酸平衡关系的检查（1.5分）（3）分析结果中一些计
水文地球化学课程面临的问题与挑战
55 2019年4月总第311期 ISSN1672-1438 CN11-4994/T 水文地球化学课程面临的问题与挑战 孙红福 颜瑞雯 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院 北京 100083 摘 要：水文地球化学是在水文地质学、地球化学及水化学基础上发展起来的一门学科，主要研究地下水化学组分的形成及演化规律，是水文地质和工程地质本科生的必修专业课。随着时代的发展和我国高等教育改革的深入，水文地球化学课程也面临诸多问题和挑战，主要从教材缺失、学时压缩下的教学内容调整、教师能力要求的提升、课程特色、课程衔接、学生思维和能力的培养以及实践教学环节几个方面进行探讨。希望通过对课程教学问题的探讨，引起同行的关注，促进水文地球化学的课程教学和学科的发展。 关键词：水文地球化学；教材；课程特色；实践教学 作者简介：孙红福，理学博士，副教授；颜瑞雯，理学博士，讲师。 基金项目：中国矿业大学(北京)《水文地球化学》课程建设项目(编号：k140206)。 1938年初由苏联著名水文地质学家奥弗琴尼科夫首次提出了“水文地球化学”这一术语，到20世纪50年代成为一门独立的学科。20世纪80年代，我国的水文地球化学研究也蓬勃发展，出版了一系列专著。目前我国许多高校开设了水文地球化学课程，这门课程主要研究地下水水质随时间和空间的演变规律，对于地下水的研究是其他课程不能替代的。该课程相关的教研文章和教学研讨非常少。随着水文地球化学学科的不断发展以及我国高等教育改革的深化，水文地球化学课程也面临一系列的问题和挑战，只有面对和解决这些问题才能更好地促进水文地球化学的发展。 1 教材问题 水文地球化学课程教学面临严峻的教材问题。水文地球化学这门科学是从原苏联引入并发展壮大的，20世纪70年代以来，热力学被引入到水文地球化学的研究中，并对水文地球化学的发展起巨大的推动作用；但欧美国家并没有对应的英文专著和教材，只有水化学相关的著作。目前我国已经出版的相关著作包括沈照理等编著的《水文地球化学基础》[1]、李学礼等编著的《水文地球化学》(第三版)[2]、钱会和马致远编著的《水文地球化学》[3]、周福俊等编著的《水文地球化学》[4]等；这些教材的内容各有侧重，并且均已不再出版印刷，因此高校无法通过出版社购买这些教材。《水化学》和《水环境化学》均有合适的教材，但它们与《水文地球化学》的教学内容存在较大差异，无法取代《水文地球化学》。因此，为了促进水文地球化学的发展，亟须编写和出版适合本科教学的高质量的教材。 2 教学内容和学时 我国高等教育改革要求适当减少课堂讲授学时，加大实践教学环节比例。然而水文地球化学课程涵盖的内容很多，包括水化学基础、地下水的无机化学成分、地下水中有机物质及其地球化学意义、同位素水文地球化学、地下水化学成分的形成及其影响因素、元素在地下水中的迁移和沉淀、地下水的水文地球化学分带、地下热水的水化学特征、水的地球化学循环、水文地球化学的研究方法、水文地球化学模拟、地下水污染防治、水文地球化学应用等内容。每个章节都可以自成一门独立的课程，如何在有限的学时内完成水文地球化学的核心重点内容的讲授是该课程面临的第二个挑战。因此，需要任课教师根据教学目标认真筛选教学内容，合理分配学时，精心设计每堂课的教学过程，改革教学方法，才能达到我国高等教育改革的目的。 3 教师能力 由于水文地球化学课程涉及内容广泛，授课教师不仅需要具备水文地质学、地球化学、无机化学、有机化学、同位素化学、分析化学、软件模拟等相关专业知识，而且需要从事过相关的工程实践，才能更好地提升学生解决工程问题的能力。所以这门课程对授课教师的要求非常高。如果一个教师独立讲授比较吃力，也可以让不同知识专长的教师共同讲授这门课程。 水文地球化学课程中涉及大量水化学的基础原理，对于公式推导等理论部分很容易使学生感觉索然无趣。如何才能提升学生的学习兴趣也是面临的挑战之一。为了提高学生的专注力和学习兴趣，可以在基
水文地球化学基础知识
《水文地球化学基础知识》 ——（绝对一个字一个字打出来的，正版资料！） 名 词 解 释
目录 第一章水化学基础 第一节溶解平衡 (3) 第二节碳酸平衡 (4) 第三节地下水中络合物的计算 (4) 第四节氧化还原反应 (5) 第二章地下水的化学成分的组成 第一节天然水的组成 (6) 第二节天然水的化学特性 (6) 第三节元素的水文地球化学特性 (7) 第四节天然化学成分的综合指标（三种） (7) 第五节地下水化学成分的数据处理 (7) 第三章地下水化学成分的形成与特征 第一节地下水基本成因类型的概念 (7) 第二节渗入成因地下水化学成分的形成与特征 (8) 第三节沉积成因地下水化学成分的形成与特征 (8) 第四章水的地球化学循环 第一节地下水圈的概念 (8) 第二节地壳中水的地球化学循环 (9) 第三节成矿过程中水的地球化学循环 (9) 第五章水文地球化学的应用 第六章补充部分 (10)
第一章<水化学基础> 第一节溶解平衡 质量作用定律： 一个化学反应的驱动力与反应物及生成物的浓度有关 化学平衡与自由能 体系：把所研究对象一个物体或一组相互作用的物体称为体系或系统，而体系（或系统）周围的其他物质称为环境。 状态及状态参数：热力学状态分为平衡状态和非平衡状态。热力学平衡体系特性是由系列参数来表示当体系没有外界影响时，各状态参数若能保持长久不变，此体系称为热力学平衡状态。 焓：它是一种化学反应向环境提供的热量总值。以符号“H”表示。在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化，称为“标准生成焓”。 △H r=△H(生成物)-△H（反应物）△H r为正值，属吸热反应，△H r为负值，属放热反应 自由能：在热力学中，自由能的含义是指一个反应在恒温恒压下所能做的最大有用功，以符号“G”表示。在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的自由能变化，称为“标准生成自由能”，以“△Gf”表示 △Gr=△G(生成物)- △G（反应物）△Gr为正值，反应在恒温恒压条件下不能自发进行，△Gr 为负值，反应在恒温恒压条件下可以自发反应；△G=0，反应处于平衡状态。 活度及活度系数 为了保证计算的精确程度，就必须对水中组分的实测浓度加以校正，校正后的浓度为校正浓度，也就是活度。质量作用定律中，浓度是以活度表示的。活度是真实浓度（实测浓度）的函数，一般情况下，活度小于实测浓度。活度与实测浓度的函数表示式为:a=rm m为实测浓度（mol/L）,r为活度系数。活度系数随水中溶解固体（矿化度）增加而减小，但一般都小于1 理想溶液：从理论上讲，溶液中离子之间或分子之间没有相互作用，这种溶液称为理想溶液。 地下水中的溶解-沉淀 全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物都是溶解组分，这种溶解反应称为全等反应； 非全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物除溶解组分外，还有新生成的组分，这种反应称为非全等溶解 溶度积：当难溶电解质溶于水而成饱和溶液时，溶液中同时存在的溶解离子和未溶解的固体。按质量作用定律，在给定的温压下，溶液中相应方次的离子的活度乘积是一个常数，称为平衡常数K，对于难溶盐来说，这个常数称为“容积度”，或者“溶度积常数”常用KSP表示。 溶解度：在给定温压下，达到溶解平衡时，溶液中溶解物质的总量。在水文地球化学研究中，溶解度常用mg/L表示。 同离子效应：一种矿物溶解于水溶液中，若水溶液中有与矿物溶解相同的离子，则这种矿物的溶解度就会降低，这种现象在化学上称为同离子效应。 盐效应：矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含量水中的溶解度，这种含盐量升高使矿物溶解度增大的现象，在化学上称为盐效应。其主要原因是，水中含盐量升高，离子强度I也升高，而活度系数则降低。注：就对溶解度的影响而言，同离子效应大于盐效应。所以，在盐效应和同离子效应同时存在时，盐效应往往可忽略；如无同离子效应时，盐效应是应考虑的。 饱和指数 饱和指数是确定水与矿物出于何种状态的参数，以符号“SI”表示。一般来说，根据饱和指数值判断水
水文地球化学研究现状与进展
本文由国土资源部地质调查项目“全国水资源评价”和“鄂尔多斯自留盆地地下水赋存运移规律的研究”项目资助。改回日期:2001212217;责任编辑:宫月萱。 第一作者:叶思源,女,1963年生,在读博士生,副研究员,从事矿水、地热水及水文地球化学研究。 水文地球化学研究现状与进展 叶思源1) 孙继朝2) 姜春永3) (1)中国矿业大学,北京,100083;2)中国地质科学院水文地质环境地质研究所,河北正定,050803; 3)山东地质工程勘查院,山东济南,250014) 摘 要 1938年,“水文地球化学”术语提出,至今水文地球化学作为一门独立的学科得到长足的发展,其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究,以及人类开发资源和保护生态的需要,水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域,并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。关键词 水文地球化学 研究现状 进展 Current Situ ation and Advances in H ydrogeochemical R esearches YE Siyuan 1) SUN Jichao 2) J IAN G Chunyong 3 ) (1)Chi na U niversity of Mi ni ng and Technology ,Beiji ng ,100083;2)Instit ute of Hydrogeology and Envi ronmental Geology ,CA GS , Zhengdi ng ,Hebei ,050803;3)S handong Instit ute of Geological Engi neeri ng S urvey ,Ji nan ,S handong ,240014) Abstract Hydrogeochemistry ,as an independent discipline ,has made substantial development since the term “hydrogeochemistry ”was created in 1938.At present hydrogeochemical theories have been applied to various fields such as oil field water ,ocean water ,geothermal water ,groundwater quality ,endemic diseases and groundwater microorganism ,and related research methods have also become mature.With the further development of chemical thermodynamics ,kinetics method and isotope method ,hydrogeochemistry will surely extend its research fields in the course of multi 2discipline interaction and make new progress in basic theory and quantifica 2tion research ,so as to meet the demand of human exploration and exploitation as well as ecological protection.K ey w ords hydrogeochemistry current state of research advance 早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开,在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果(沈照理,1985)。水文地球化学在利用地下水化学成分资料,特别是在查明地下水的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。20世纪60年代后,水文地球化学向更深更广的领域延伸,更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用(任福弘,1993)。1981年,Stumm W 等出版了《水化学———天然水化 学平衡导论》专著,较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。1992年,C P 克拉 依诺夫等著《水文地球化学》分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分,全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题,以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等,概括了20世纪80年代末期水文地球化学的研究水平。特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解 答(谭凯旋,1998),逐渐构架起更为严密的科学体系。 第23卷 第5期2002210/4772482 地 球 学 报ACTA GEOSCIEN TIA SIN ICA Vol.23 No.5 Oct.2002/4772482
水文地球化学分析
地下水受到污染后的修复技术研究 概况 我国的环境污染问题比较突出，生态环境脆弱，经济的发展使废物的排放量不断增大，使土壤和地下水的污染日益加重。如废水的排放、工业废渣和城市垃圾填埋场的泄漏、石油和化工原料的传输管线、储存罐的破损、农业灌溉等都有可能造成土壤和地下水的污染，使本来就紧张的水资源短缺问题更加严重。特别是北方城市，地下水在供水中占有很重要的地位，地下水的污染加剧了水资源的短缺，所以地下水污染的研究工作迫在眉睫。随着经济的快速发展，经济实力的不断提升，对地下水污染开展调查、进行污染控制甚至治理已经逐渐成为可能。地下水污染的控制与修复是我们面临的新的、极具挑战性的重要课题，需要进行多学科交叉和联合攻关。水的污染问题已经引起了人们的普遍关注，长期以来，我国把主要的注意力和研究、治理工作集中在地表水的污染，国家投入了大量的人力和物力进行地表水污染的防治，取得了一定的成效。而地下水污染由于其隐蔽性、复杂性、难以控制和治理的特性，以及治理、修复费用巨大，地下水污染的修复在我国尚未展开。近年来，随着一些突发地下水污染事件的发生，地下水污染问题也越来越引起人们的关注，国家有关部门也开始把地下水污染研究列为工作内容。如国土资源部已开始进行全国地下水污染的大调查；国家环保总局和国土资源部联合开展了“全国地下水污染防治规划”；在不同层次的科研项目中也出现了地下水污染控制和治理方面的课题。含水层的污染是一个缓慢的过程，污染具有累积和滞后效应，有
时在泄漏发生数年、甚至数十年后才会发现，如大多数的垃圾填埋场渗滤液泄漏导致的地下水污染等。所以，首先需要进行污染源的辨析、污染途径的分析、污染物在地下的迁移转化机理研究。在此基础上，开展地下水污染的控制、污染的修复工作。 地下水污染源成因分析 按照污染物产生的类型，可以将地下水污染源分为：工业污染源、农业污染源、生活污染源和自然污染源。 工业污染源 工业污染源主要指未经处理的工业“三废”，即废气、废水和废渣。工业废气如二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等物质会对大气产生严重的一次污染，而这些污染物又会随降雨落到地面，随地表径流下渗对地下水造成二次污染，未经处理的工业废水如电镀工业废水、工业酸洗污水、冶炼工业废水、石油化工有机废水等有毒有害废水直接流入或渗入地下水中，造成地下水污染；工业废渣如高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、硫铁渣、电石渣、赤泥、洗煤泥、硅铁渣、矿场尾矿及污水处理厂的淤泥等，由于露天堆放或地下填埋隔水处理不合格，经风吹、雨水淋滤，其中的有毒有害物质随降水直接渗入地下水，或随地表径流往下游迁移过程下渗至地下水中，形成地下水污染。 农业污染源 农业用水占全部用水量的70％以上，污染的影响面广泛。一是过量
水文地球化学习题
第一章 第二章水溶液的物理化学基础 1．常规水质分析给出的某个水样的分析结果如下（浓度单位：mg/L）： Ca2+=； Mg2+=； Na+=； HCO3-=334； SO42-=； Cl-=；pH=。 求： （1）各离子的体积摩尔浓度（M）、质量摩尔浓度（m）和毫克当量浓度（meq/L）。 （2）该水样的离子强度是多少？ （3）利用扩展的Debye-Huckel方程计算Ca2+和HCO3-的活度系数。 2．假定CO32-的活度为a CO32- =10-5，碳酸钙离解的平衡常数为10-9，第1题中的水样25℃时CaCO3饱和指数是多少？CaCO3在该水样中的饱和状态如何？ 3．假定某个水样的离子活度等于浓度，其NO3-，HS-，SO42-和NH4＋都等于10-4M。反应式如下： H+ + NO3- + HS- = SO42- + NH4＋ 问：25℃和pH为8时，该水样中硝酸盐能否氧化硫化物？ 4．A、B两个水样实测值如下（mg/L）： 组分Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-NO3- A水样706518813102044 B水样51098372120 求：Na+ + K+、TDS、盐度、总硬度、暂时硬度、负硬度。 5．请判断下列分析结果（mg/L）的可靠性，并说明原因。 组分Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-pH A水样506601871961836 B水样1020701336482144 6．某水样分析结果如下： 离子Na+Ca2+Mg2+SO42-Cl-CO32-HCO3-含量(mg/l)87481562289286720336 试计算Ca2+的活度(25℃)。 7．已知一水样（水温25℃）化学成分如下： 组分Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-H4SiO4含量（mg/l）11771092417123818348 试问： （1）离子强度是多少？ （2）根据扩展的Debye-Huckel方程计算，Ca2+和SO42－的活度系数？ （3）石膏的饱和指数与饱和率是多少？ （4）使该水样淡化或浓集多少倍才能使之与石膏处于平衡状态？ 8．已知温度为（25℃），压力为105Pa（1atm）时，∑S=10-1mol/l。试作硫体系的Eh-pH 图（或pE-pH图）。 9．简述水分子的结构。 10．试用水分子结构理论解释水的物理化学性质。 11．温、压条件对水的物理、化学性质的影响及其地球化学意义。 12．分别简述气、固、液体的溶解特点。 第三章地下水的无机化学成分