水文地球化学
水文地球化学的含义
水文地球化学的含义。
水文地球化学是水文地质学的一部分；它是在水文地质学及地球化学基础上发展起来的；它的主要研究对象是地下水化学成分的形成和演化，以及各种组分在其中的迁移规律；它是探索地球壳层中各带地下水地球化学作用的学科。
水文地球化学的研究对象及意义。
对象：水文地球化学的研究对象不仅是地下水本身，而且应该揭示地下水活动过程中种种水文地球化学作用对各种地质现象的影响和关系。
意义：（1）水文地球化学研究可以解决地下水的形成和起源问题。
（2）水文地球化学研究可以查明地下水的分布和形成规律，为阐明水文地质条件、评论地下水资源增添些有效的方法（3）水文地球化学研究可阐明人类活动对地下水的影响，成为自然资源的合理利用、保护、以及防止环境污染（地下水污染）等课题的理论基础。
（4）水文地球研究可为矿床的形成提供水文地质分析方面的依据，为找矿提供有用的信息。
（5）在与地下热能开发有关的地下热水、饮用与医疗矿泉水及地质环境与人体健康等各方面，水文地球化学研究成果也将显示出它的作用，并做出应有的贡献。
水分子的缔合作用：由单分子水结合成多分子水而不引起水的化学性质改变的现象，。
水的特异性质：水具有独特的热力学性质、水具有较大的表面张力、水具有较小的粘滞性和较大的流动性、水具有高的介电效应、水具使盐类离子产生水合作用的能力、水具有良好的溶解性能活度的定义：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。
活度用于气体和蒸汽时，叫逸度或挥发度质量作用定律：一个化学反应的驱动力与反应物及生成物的浓度有关。
自由能：指一个反应在恒温恒压所做的最大有用功活度系数的计算对于矿化度＞100mg/L的天然水离子强度< 0.1mol/L用Debye-Huckel试饱和指数的概念：是确定水与矿物处于何种状态的参数，以符号“SI”表示。
E o指在标准状态下，金属与含有该金属离子且活度为1mol/L的溶液相接触的电位，称为该金属的标准电极电位：脱硫酸作用：在缺氧、有脱硫酸菌存在的情况下，SO42-被还原成H2S等的过程氯化物水:地下水中的Cl-含量随地下水矿化度的增高而增高。
水文地球化学,同位素,温泉,地球化学特征
水文地球化学，同位素，温泉，地球化学特征水文地球化学揭示了关于物质运转、物理结构和化学组成的复杂信息。
它将地球化学中的传统成分，如元素和化合物，与水的复杂性结合在一起，并使用有关水的特性来表征地表和潜在过程的研究。
一、水文地球化学的组成水文地球化学的研究包括：1. 同位素：它可以提供对水的示踪组分的活动、形成、运移和改变的信息。
这些组分的活动过程的时间尺度可通过同位素来识别，因为它们具有不同的衰减率和示踪率，有助于了解水的可达性、来源和频率，以及历史流域范围内水的过渡。
2. 温泉：温泉研究理解了水的生成深度，原位置，成分特征和其他可能的流体矿物特征，这些用于建立温泉的地质结构，从而确定温泉的常见特征。
3. 元素组成：水文地球化学可以改变水的元素组成，揭示有关水不同来源和活动状态的元素组成特征。
比如，氯、钠和钾等在水与岩石作用过程中的改变可确定其水文学特征。
4. 化学组成：水文地球化学也可以表征水中的氧化、还原和酸碱度，这些是地球化学特征的重要参数。
例如，酸碱度和氧化还原反应可以表征和验证水的有机和无机化学特征，而水的痕量元素快速筛选可以为后续研究提供重要的知识基础。
二、水文地球化学的重要性水文地球化学可以帮助改善和开发水资源，促进水资源管理系统的改善。
它也可以计算和模拟水的运行行为，帮助能源利用者和其他参与者建立水管理合同，并使社会经济资源的重新利用成为可能。
此外，水文地球化学有助于减少水系统中的污染行为，为水质保护和治理提供必要的数据，它还可以用于评估水文学特征，如水面的相对可利用蒸发量。
总之，水文地球化学是一种新兴的重要学科，它可以为水资源开发和管理提供重要信息，帮助社会经济发展和水環境保護。
它涵盖了水文学和地球化学等多种研究领域，其结果可以为决策者提供实用的参考信息。
第四章 水的地球化学循环及水文地球化学分带
1 地壳中水的地球化学循环 地壳中水的地球化学循环 1.1 水在地球中的全循环 地壳中水的全循环包括水文循环及地质循环。 地壳中水的全循环包括水文循环及地质循环。 我们已经比较熟悉水文循环。 我们已经比较熟悉水文循环。
1.2 地壳中水的地球化学循环 地壳中水的地球化学循环 水的地球化学循环总是和水循环紧密相联的。 水的地球化学循环总是和水循环紧密相联的。 水的地球化学循环：在沉积 变质作用有次序有 水的地球化学循环：在沉积-变质作用有次序有 方向性的发展过程中，水直接参与岩石、 方向性的发展过程中，水直接参与岩石、有机物 质及气体经历的地球化学作用，并被分解、 质及气体经历的地球化学作用，并被分解、合成 等作用与现象的总和。 等作用与现象的总和。 水是通过分解和合成实现其在地壳中的地球化 学循环的。 学循环的。
Hale Waihona Puke CaCa沉积盆地承压含水层地下水化学成分正垂直分带
沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（ ） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（1） 两个承压含水层地下水补给条件不同） （两个承压含水层地下水补给条件不同）
灰岩
粉砂岩
沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（ ） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（2） 两个承压含水层由渗透性不同的岩石组成，下部大于上部） （两个承压含水层由渗透性不同的岩石组成，下部大于上部）
正垂直分带：矿化度随深度增加而增加， 正垂直分带：矿化度随深度增加而增加，水化学成分也按着水 平分带中的更替次序而变化； 平分带中的更替次序而变化； 反垂直分带：上部高矿化度水下面埋藏着低矿化度水， 反垂直分带：上部高矿化度水下面埋藏着低矿化度水，在它们 下面，水的矿化度随深度重新增加； 下面，水的矿化度随深度重新增加； 复杂垂直分带： 复杂垂直分带：水的矿化度随深度增加不只一次的增加或减少
水文地球化学及其应用
水文地球化学及其应用水文地球化学是地球化学的一个分支学科，其研究对象是水与地球物质的相互作用、反应和转化过程。
水文地球化学地位重要，尤其是在环境保护和自然资源管理方面具有很大的应用潜力。
本文将着重探讨水文地球化学的基本理论、应用现状和未来发展趋势。
一、水文地球化学的基本理论1、水文循环水文循环是地球上水分子在不同地方以不同形态的运动。
水分子在不同状态下所体现的物理、化学性质也不同。
水循环包括蒸发、降水和地下水的形成，它是水文地球化学的基础。
2、岩石和土壤岩石和土壤是水文地球化学的重要研究对象。
岩石化学和土壤化学是水文循环的重要环节。
岩石和土壤可以分解成不同的化学组分，并对水的特性产生深远的影响，因此，研究它们的化学特征和变化过程对于水文地球化学研究至关重要。
3、水文地球化学过程水文地球化学过程是指地球上水的循环、沉积、蒸发、降水等过程中与水相互作用、反应和转化的物质。
包括水分子与矿物、溶解气体、有机物和微生物的相互作用。
水文地球化学的过程是广泛且多样的，对其进行分析研究可以形成修正以及完善生态环境政策。
二、水文地球化学的应用现状1、水资源管理水资源是人类生存和发展的基础资源之一，对于保障人类健康和经济发展大有裨益。
水文地球化学对于水资源管理有着重要的作用。
科学有效的管理水资源是现代社会永续发展的必要条件，水文地球化学则可以提供一系列的分析方法和数据供管理层面参考，使得水资源的合理开发和保护得以实现。
2、水污染治理随着城市化的加剧和经济发展的快速发展，水污染已成为了一个不可避免的问题。
水文地球化学为水污染治理提供了一种全新的思路。
在处理水体中的化学物质时，可以运用水文地球化学的更准确的能力寻找有效的污染治理方法及杀菌程序，有效保障水生态的平衡和协调。
3、环境保护水文地球化学在环境保护领域有广泛应用。
例如，可以用化学和物理方法来检测大气、水、土壤污染程度以及其它人为污染物质的存在。
有越来越多的证据表明，环境的水文地球化学变化是关于地球气候科学和环境科学的。
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。
水文地球化学
水文地球化学：一种地理知识的探索水文地球化学，有时也被称为水地球化学，是一门研究地球系统中水的化学特性和水与岩石、土壤及大气之间相互作用的学科。
它既是地理学的一个分支，也是地球科学的一个组成部分。
下面，我们将从定义、发展历程、研究内容以及意义等几个方面来详细了解水文地球化学。
一、定义水文地球化学主要研究的是地球上水的化学特性，包括水的来源、分布、循环以及其与岩石、土壤和大气的相互作用。
这种研究涵盖了从宏观的全球水循环到微观的局部环境下的水化学变化。
二、发展历程水文地球化学的发展历程与地理学和地球科学的发展紧密相连。
它起源于19世纪中叶的矿泉水研究，那时，科学家们开始研究水的化学成分以及其对人类和动植物的影响。
到了20世纪，随着环境科学和地球科学的发展，水文地球化学的研究范围逐渐扩大，涵盖了地下水、土壤水、河水、湖水以及海水等多种类型的水。
三、研究内容水文地球化学的研究内容包括：1.水循环过程中的化学变化：这包括雨雪、河流、湖泊、地下水以及海洋等不同类型的水体的化学特性及其变化。
2.岩石与土壤对水质的影响：岩石和土壤中的矿物和有机质会与水发生反应，改变水的化学特性。
这种影响在地理环境的塑造中起到了关键的作用。
3.水与大气的相互作用：大气中的气体和颗粒物与水相互作用，影响了水的化学特性和质量。
4.水污染的来源与影响：人类活动造成的污染对水质产生了严重影响，水文地球化学也包括了对这些污染物的来源和影响的研究。
5.水资源的管理和保护：对于一个可持续的生态系统来说，对水资源的合理管理和保护至关重要。
因此，水文地球化学也包括对水资源的管理和保护策略的研究。
四、意义水文地球化学的研究对于我们理解地球上的水循环、环境变化以及人类活动的影响具有重要意义。
它不仅帮助我们了解水的来源和分布，也帮助我们预测和管理水资源。
在当今全球水资源紧张和环境问题日益严重的情况下，对水文地球化学的深入研究尤为重要。
总结来说，水文地球化学是地理学和地球科学的一个重要分支，它为我们提供了深入理解地球上水的化学特性和其在环境中的作用的知识。
水文地球化学精品课程
水文地球化学精品课程
摘要：
1.水文地球化学精品课程概述
2.课程的主要内容
3.课程的目标与意义
4.课程的适用对象
5.课程的师资力量
6.课程的评价与反馈
正文：
水文地球化学精品课程是一门研究地球水文过程和地球化学过程相互作用的课程，它结合了水文学和地球化学两大领域的知识，旨在培养学生对地球水文地球化学过程的理解和应用能力。
课程的主要内容包括地球水文过程、地球化学过程、水文地球化学过程的研究方法等。
学生通过学习，可以了解地球水文地球化学过程的基本原理，掌握水文地球化学过程的研究方法，提高对地球水文地球化学过程的理解和应用能力。
课程的目标是培养学生对地球水文地球化学过程的理解和应用能力，提高学生的综合素质和科研能力。
课程的意义在于，通过对地球水文地球化学过程的研究，可以更好地理解和解决水资源问题、环境问题等，为我国的水文地球化学研究做出贡献。
课程的适用对象主要是水文地球化学及相关专业的本科生和研究生，同时
也适用于对地球水文地球化学过程感兴趣的广大学者和研究人员。
课程的师资力量雄厚，拥有一支由知名专家和教授组成的教师队伍，他们具有丰富的教学经验和科研经验，能够为学生提供优质的教学服务。
课程的评价与反馈主要通过学生的学习成绩和学生的评价来实现。
学生的学习成绩主要通过课堂表现、作业、实验和考试等形式来评定，学生的评价主要通过课程结束后的问卷调查来收集。
水文地球化学试题及答案
水文地球化学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 水文地球化学研究的主要对象是什么？A. 地下水的物理性质B. 地下水的化学性质C. 地下水的生物特性D. 地下水的地质结构答案：B2. 下列哪项不是水文地球化学研究的内容？A. 地下水的补给与径流B. 地下水的化学成分分析C. 地下水的污染状况D. 地下水的生物多样性答案：D3. 地下水中的溶解氧主要来源于哪里？A. 地下水与大气的接触B. 地下水与土壤的接触C. 地下水与岩石的接触D. 地下水与生物的接触答案：A4. 地下水中的离子交换作用主要影响哪些离子？A. 钠离子和氯离子B. 钙离子和镁离子C. 钾离子和硫酸根离子D. 所有离子答案：B5. 地下水中溶解的气体成分通常不包括以下哪种？A. 氮气B. 氧气C. 二氧化碳D. 氦气答案：D二、填空题（每题3分，共15分）1. 地下水中的溶解固体含量通常用______单位来表示。
答案：mg/L2. 地下水中的硬度主要取决于______离子的含量。
答案：钙和镁3. 地下水中的pH值通常在______范围内。
答案：6-84. 地下水中的______含量过高可能导致土壤酸化。
答案：硫酸盐5. 地下水中的______含量过高可能对人体健康产生影响。
答案：重金属三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述地下水中溶解氧的作用。
答案：地下水中的溶解氧对地下水生态系统至关重要，它为微生物提供了生存和代谢所需的氧气，同时也是地下水自净能力的重要指标。
2. 解释地下水中离子交换作用的原理。
答案：地下水中的离子交换作用是指地下水中的离子与土壤颗粒表面吸附的离子发生交换的过程。
这个过程可以改变地下水的化学成分，影响水质。
3. 地下水中溶解固体含量过高会对环境和人类健康产生哪些影响？答案：地下水中溶解固体含量过高可能导致水质恶化，影响植物生长和动物生存。
对人类而言，高溶解固体含量的地下水可能对肾脏和消化系统造成负担，长期饮用可能对健康产生不利影响。
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1.1.2 水文学中的某些基本概念
Some concepts in hydrology（pp.1-13)
水 循 环
天然水的组成： 海洋：96% 冰：3% 地下水: 1% 溪流、湖泊： 0.01% 大气: 0.001%
滞留时间的概念
T = 总水量 / 输入水量 河水和地下水排入海 中的水量为：0.361020g/y 降水补充海水的水量 为： 3.51020g/y。故：
Ionic character: O - H = 3.5 - 2.1 = 1.4 39% ionic; 61% covalent - water is polar covalent. Water is a polar substance, meaning there is a positive and- a negative pole to the molecule.
In general, a relatively small number of inorganic constituents occur in substantial concentrations in most natural waters. Major constituents Ions: bicarbonate (HCO3-), calcium (Ca2+), chloride (Cl-), magnesium (Mg2+), sodium (Na+), and sulfate (SO42-). Neutral species: silica (H4SiO40) There are numerous possible minor and trace constituents. 23
3
1.1 Introduction(引言)
4
Scope of aquatic chemistry
Aquatic chemistry is concerned with the chemical reactions and processes affecting the distribution and circulation of chemical species in natural waters. The objectives include the development of a theoretical basis for the chemical behavior of ocean waters, estuaries(河口 、海湾), rivers, lakes, groundwaters, and soil water systems, as well as the description of processes involved in water t e c h n o l o g y . ＿＿W. Stumn & J.J. Morgan (1996）
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• Water chemistry
Water chemistry has a potential use for tracing the origin and the history of water. Water compositions change through reactions with environment, and water quality may yield information about environments through which the water has circulated. There is a great need in present- day hydrology to obtain better knowledge concerning residence times, flowpaths and aquifer characteristics, a need which often arises from man-made pollution problems. The water chemistry can provide the required information since chemical reactions are time and space dependent.
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•1986年 王秉忱 《地下水污染地下水水质模拟方
法》 •1988年 尹观 《同位素水文地球化学》 •1988年 刘崇喜 《水文地球化学找油理论与方法》 •1988年 李学礼 《水文地球化学(第二版)》 •1990年 史维浚 《铀水文地球化学》 •1993年 沈照理 《水文地球化学基础(新版)》 •1993年 李宽良 《水文地球化学热力学》 •1993年 李雨新 《水溶液理论概论》
国内主要的水化学方面的著作
•1926年 章鸿钊《中国温泉辑要》 •1977年 水工所 《水文地球化学找矿方法》 •1978年 水工所 《中国地下水》 •1980年 高万林等 《放射性水文地球化学找矿》 •1982年 李学礼 《水文地球化学》 •1983年 沈照理 《水文地球化学基础》 •1983年 张人权 《同位素在水文地质学中的应用》 •1984年 李昌静、卫中鼎 《地下水水质及其污染》 •1984年 刘存富 《同位素水文地质学基础》 •1985年 水工所 《水文地球化学理论与方法的研究》
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1.1.1 水文地球化学的发 展 历 史 （Histories of hydrogeochemistry) 国外:
•古希腊思想家亚里斯多德指出：“流 经怎样的岩石就有怎样的水”。 •古罗马，开始广泛利用地下热水，并 研究其成分，将矿水分为碱性矿水、铁 质矿水、含盐矿水和含硫矿水。
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•18世纪中页，罗蒙诺索夫的《论 地层》指出天然水是一种复杂的 溶液。 •20世纪初，维尔纳茨基为水化学 及水文地球化学的奠基人，C.A. 舒卡列夫提出水化学分类。 •1921年苏联科学院成立了世界上 第一个水文化学研究所
卤水（Brine): T划分的数字 标准并非绝对，仅 是一般的分法。
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1.2 化学背景(Chemical background) (pp.15-40)
1.2.1 Aqueous solution and properties of water
18
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STRUCTURE OF WATER
H(mg/l)=2.5[Ca] +4.1 [Mg]
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雨水的化学成分和水文地质中 的化学术语(II)
淡水（Fresh water): TDS <1000mg/L 微咸水（Brackish water): 1000mg/L<TDS<20 00mg/L 咸水（Saline water): 2000mg/L<TDS <35000mg/l
O
H
109°
H
+
the water dipole
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HYDROGEN BONDING
Because each water molecule has a positive and a negative end, these can attract one another to form a hydrogen bond.
9
•1979年 H.Φ.沃兹娜娅 《水化学与微生物学》 •1982年G. Matthess 《The Properties of Groundwater》 •1988年 J.I. Drever 《The Geochemistry of Natural Waters》 （第二版）（1997已出第三版） •1988年 R.M. Pytkowicz 《平衡非平衡与天然水》 •1989年 J.D. Hem 《Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water》 •1994 年 C.A.J. Appelo & D. Postma 《Geochemistry, Groundwater and Pollution》 •1996年 W. Stumm & J.J. Morgan 《Aquatic Chemistry》 •1997 年 Langmuir, AQUEOUS ENVIRONMENT GEOCHEMISTRY
Ca 2+
Cl-
Hydration isolates the ions from their neighbors and neutralizes the attractive forces that hold minerals together.
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COMPOSITION OF NATURAL WATERS
•2001 Kehew, Prentice-Hall
Applied
chemical
hydrogeology,
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国内:
•我国是文明古国，四千多年前我们的祖先
已凿井取水。 •秦代 李冰，四川凿井求盐的创始人。 •北宋 沈括(1031—1095)在《梦溪笔谈》中 记载了铅山县用“苦泉”炼铜。 •明代 李时珍(1519—1593)著《本草纲目》 提出按泉水成分分成五类：(1)硫酸泉；(2) 珠砂泉；(3)矾石泉；(4)雄黄泉；(5)砒石泉。 11
H O H O H O H
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H
Hydrogen bonding of water is the reason for the anomalous behavior of water compared to similar substances.
H
ION HYDRATION
Also because of the polar nature of water, ions will be surrounded by water dipoles (hydrated) in solution.