水文地球化学的应用
第五章 水文地球化学的应用NEW
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微量金属污染
控制微量金属污染的主要机理
吸附
•微量金属均以阳离子形式存在，易被岩土中的吸附剂吸附 ，化学吸附，不可逆；
沉淀
•微量金属的硫化物、碳酸盐属难溶盐，在Eh很低时，可形 成硫化物沉淀；而pH>7-8时，易形成碳酸盐沉淀；
注意：脂肪酸与金属的络合，能促进其迁移。固体 废物中的有机物分解时可形成数量可观的脂肪酸
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微量金属污染——Cr
存在形态
两种氧化态
• • • • • •
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Cr3+:CrOH2+、Cr(OH)2+、Cr(OH)4-; Cr6+：CrO42-、HCrO4-、Cr2O72-; pH=5-9， Cr(OH)2+、Cr(OH)4-占优势； 在碱性中等氧化的潜水中六价络阴离子为主； 由于阳离子已被吸附，所以， Cr6+污染常见； 毒性： Cr6+=300 Cr3+
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微量金属污染——Cr
铬污染修复
沉淀——还原条件， Cr6+还原为Cr3+，产生 Cr(OH)3
•还原剂：二价铁、有机质等；
吸附
•一定条件下， Cr6+阴离子可被吸附； •吸附剂：纳米铁、铁的氧化物、氢氧化物
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微量金属污染——Cr
利用零价铁除铬（Ⅵ）
由于铁廉价易得，处理工艺简单，效率较高，且Fe0 的一些反应产物具有磁性，可用磁铁或电磁铁吸走 ，不造成二次污染，是含铬废水处理的值得推广的 新技术 80年代初由Gould最早提出并应用于电镀废水和重金 属离子废水的处理。 在酸性条件下，用铁（主要是二价铁Fe2+）将六价铬 还原为三价铬，然后将溶液的pH值调高至中性或偏 碱性，使三价铬以沉淀形式析出，水质得以修复和 净化。
水文地球化学基础知识要点
水文地球化学基础知识要点1.水的起源：地球上的水主要来自于地球形成过程中的原始水以及后来的陨石和彗星碰撞。
水可以存在于固态、液态和气态，并在地球不同的储存库中循环。
2.水文循环：水循环是指水在地球上不断循环的过程，包括蒸发、降水、融化、冷凝和蒸发等过程。
在循环过程中，水通过地表和大气之间的相互作用，影响了气候和地质过程。
3.地球化学现象：地球化学是研究地球物质的组成、性质、分布和演化过程的学科。
地球化学现象包括水体中溶解的矿物元素、元素的转化和富集、岩石的风化和溶解等。
4.溶解质和溶液：在水中，溶解质是指溶解在水中的物质，可以是离子、分子或大分子物质。
溶液是指溶解质完全溶解在水中形成的混合物。
溶解质的溶解和溶液的浓度会受到温度、溶剂性质和溶质性质的影响。
5.pH和酸碱性：pH是衡量溶液酸碱性的指标，它表示溶液中氢离子的浓度。
pH值介于0到14之间，pH低于7表示酸性，pH值高于7表示碱性，pH等于7表示中性。
6.水体的化学组成：水体的化学组成受到地形、岩石成分、人类活动等多种因素影响。
不同类型的水体中含有不同的溶解质和悬浮物，如河水中的溶解氧、湖水中的盐度和海洋中的盐度等。
7.水质污染：水质污染是指水体中出现的可疑、异常或有害物质的现象。
水质污染可以来自农业、工业、城市污水、生活废水等多种源头。
常见的污染物包括有机物、无机物和微生物等。
8.水文地球化学模型：水文地球化学模型是用来模拟和预测水体中的化学组成和变化的工具。
这些模型可以帮助研究人员理解水体中的物质转化过程，并评估环境变化对水体的影响。
9.水文地球化学的应用：水文地球化学的研究成果可以应用于环境监测、水资源管理、生态保护、地质勘探等领域。
它们对于了解和保护地球的水资源的可持续利用至关重要。
总结起来，水文地球化学是一门综合性学科，涉及了水文过程和地球化学现象之间的相互作用。
通过研究水的起源、循环、质量变化以及与地球化学过程之间的关系，可以帮助我们更好地理解和管理地球上的水资源。
水文地球化学方法在地下水研究中的应用
水文地球化学方法在地下水研究中的应用水文地球化学方法，特别是同位素和热力学基本原理方法的应用，解决了定量、半定量的水文地球化学的实际问题，使得水文地球化学研究地下水的方法更加严谨、完善。
解决某些地下水问题时，要结合水文地质条件和地质发展历史来研究地下水的化学成分形成。
通过研究地下水的水化学组成可以了解地下水的补给、径流条件，分析地下水化学演变规律和形成机制。
现今的水文地球化学研究方法按照其应用技术可分为地质学法、同位素法以及热力学法。
在研究具体问题时，经常是多种方法联合应用，相互补充、促进，使得研究成果更具说服力。
水化学类型法：地下水中主要离子的形成、含量及其变化受各含水层岩性和水文地球化学环境的影响。
查明地下水水化学类型的时空分布规律，可以判断地下水的来源，揭示不同含水层间的水力联系，有助于认识区域地下水水化学特征，了解地下水水质状况，分析地下水水化学演化规律。
地下水化学类型的分类不同的学者提出了不同的方法，有根据含氧酸根的形式将地下水按含盐度、硬度和碱度划分为三个水组，还有按地下水按矿化度、区域性进行分类，应用最广泛的是舒卡列夫将水中的 6 种主要成分作为分类的基础，提出的天然水化学分析资料的分类方法。
多元统计方法：通过综合考查地下水水化学成分，揭示水化学样品或指标之间复杂的内在联系，并从众多水质指标中归纳出影响水化学特征的主要因素，识别影响地下水水化学特征的主要水文地球化学作用，定量解释地下水的分类和各类地下水水化学特征的形成规律。
离子比例系数分析法：在地下水循环过程中，各离子组分及部分离子比值会呈现出规律性变化，因此地下水中离子组合及相关离子比值特征可用来判断地下水的成因，识别地下水化学成分的来源和不同水体混合过程，是分析地下水演化的有效手段之一。
相对比水化学类型进行的单一分析，离子比例系数分析可以揭示地下水化学成分变化的主要驱动力。
例：可以分析单个阴离子或阳离子之比，对苏锡常地区浅层地下水中rNa /rCl特征及其成因进行了初步探讨，发现rNa/rCl 值与海水入侵形成的沉积环境和沉积历史有关；也可以分析不同离子组合的比值之间的关系计算 ( Na /Cl) /EC、( Ca + Mg) /( SO4+ HCO3) 、( Na－Cl) /( Ca + Mg－HCO3－SO4) 等离子比例系数，表明影响水化学特征的主要控制因素是小流域岩石风化、离子交换和人类活动。
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。
水文地球化学的理论研究与应用
水文地球化学的理论研究与应用水文地球化学是地球化学和水文学的交叉学科，主要研究水文过程和地球化学过程的相互作用及其对环境的影响。
本文将介绍水文地球化学的意义、发展历程、主要研究内容和应用。
一、水文地球化学的意义水文地球化学的研究对于解决水资源开发、治理和保护问题具有重要意义。
随着全球气候变化和经济发展的加快，水资源短缺和水环境污染已成为威胁社会经济可持续发展的重要问题。
而水文地球化学的研究可以帮助我们深入了解水循环和地球化学循环的机制和规律，预测水文地球化学过程对水资源和环境的影响，从而制定科学的水资源管理和环保政策。
二、水文地球化学的发展历程20世纪60年代初，水文地球化学作为一门新兴的交叉学科开始萌芽。
1970年，奥地利水文学家Bruno Stumm首次提出了“水文地球化学”这一概念，并领导了世界上第一批水文地球化学研究团队。
此后，水文地球化学逐渐成为一个独立的学科，并吸引了越来越多的研究者加入到其中。
随着研究深入，水文地球化学的理论框架逐渐形成。
在水文学方面，研究者关注水文循环过程，包括降水、蒸发、输移、旁路、补给、消耗、汇入淋溶水、渗滤和地下水循环等。
在地球化学方面，研究者关注污染物和营养元素等物质在水体中的迁移和转化过程，包括生物地球化学、岩石地球化学、淋溶、沉积、吸附、氧化还原等。
三、水文地球化学的研究内容1. 水文学和地球化学循环过程的研究通过对水文学和地球化学循环过程进行研究，可以了解水资源的来源、流向和变化规律，分析地表和地下水水质的变化趋势，预测水资源的可持续利用方式。
2. 污染物和营养元素的迁移和转化研究研究污染物和营养元素的迁移和转化规律，可以揭示污染物的来源、迁移途径、转化过程和时空分布规律，为水环境保护和污染治理提供科学依据。
3. 土壤水化学和植被水化学的研究研究土壤水化学和植被水化学，可以了解土壤和植被的水分利用效率和水分循环特征，以及不同生态系统中物质循环的差异。
应用水文地球化学
绪言一、水文地质学与水文地球化学水是人类不可缺少的资源，也是人类赖以生存的生态环境体系的重要组成之一。
没有水，就不能维持生命。
人类起初只能在江河附近活动，自从发明了井，人类就可以在远离地表水源地的地方居住和活动。
中国是历史悠久的文明古国。
据现有资料，我国在新石器时代便已有水井，其中最早的一眼井在浙江省余姚县河姆渡，2米见方，木料支护，至今已有5700年历史1。
科学是在经济发展的需求中产生的。
中国不仅是最早应用地下水的文明古国，而且我们的祖先有很早就知道应用水文地球化学知识来解决生产生活中的问题。
水文地球化学的应用首先是在供水方面，特别是在具一定质量要求的水方面。
现在应用面越来越宽。
中国不仅是最早应用地下水的文明古国，而且我们的祖先很早就知道应用水文地球化学知识来解决土壤改良、水质保护、医疗保健和工农业生产等方面的问题。
①土地改良：据《吕氏春秋》记载，公元前422年，魏国修建漳水十二渠（在今河北河南交界处邯郸，河北磁县和临漳一带），秦国在今陕西泾阳县至富平县一带修建郑国渠。
漳水十二渠和郑国渠都是采用淤灌方法来改良盐碱地。
“决漳水，灌邺旁，终古斥卤，生之稻梁”。
“若有渠灌，则盐卤下湿，填淤加肥，更为粳（JING）稻”。
②水质保护：古代也知道环境水文地球化学的知识。
《管子》（春秋时代）中有改水的说法：“当春三月，…，抒井易水，所以去兹毒也，”。
“冬尽而始春，…，泄井，所以民寿也”。
水质保护的名言有“流水不腐，户枢（SHU）不蝼（LOU），动也。
”浚井也是我国保护水质的一个良好风俗。
③医疗保健：《管子》的《水地篇》中认为“水质决定人之性格和健康”。
《左传》中记有医疗卫生水文地球化学的知识。
“土薄水浅”的地方，易得“湿疾、脚肿”；“土厚水深”的地方，则“居之不疾”。
④温泉利用：很早以来，人们知道温泉可治病。
陕西临潼骊山（华清池）温泉，相传3000年前，周幽王曾在那里住过，秦始王砌石起宇，所以很早以前就开始利用了。
地球化学中的基本理论和应用
地球化学中的基本理论和应用地球化学是研究地球上各种物质构成、变化、分布规律的科学学科，它是地球科学中的重要分支之一。
在地球化学中，有一些基本理论和应用，下面就从这方面进行探讨。
一、地球化学的基本理论1. 元素的存在及分类所有的物质都由原子或分子组成，地球化学认为地球上大约有94种元素，每个元素都有自己的原子序数和原子量，其中，能够构成地球上大部分物质的元素称为地球化学主要元素，主要元素一般按照丰度高低分为四类：岩石形成元素、水形成元素、生命形成元素和大气成分元素。
2. 地球内部元素运动地球内部核心处温度很高，铁、镍等元素在核心处形成了实心核，实心核周围的外核是流动的液态铁合金，地核与原始外壳之间的地幔则是由硅、钙、铝、镁等元素构成的岩石体。
地球内部元素运动的过程中，发生了一些反应，例如地壳内不同元素间的化学反应、矿物的形成等等，这些过程都对地球化学的研究产生了深远的影响。
3. 元素的地球化学分布地球化学研究的重要目的之一是确定元素在地球各层次中的分布规律，这对于研究地球内部物理和化学过程、地质过程以及矿床成因等方面很有帮助。
二、地球化学在实际场景中的应用1. 环境保护近些年来，自然灾害、生态破坏、人工污染等问题日益严重。
然而，只有全面了解地球元素分布规律，才能采取更有效的环境治理措施。
2. 矿产资源勘探矿产资源勘探是地球化学的另一个重要应用领域，地球化学方法可以通过对矿区的地球化学特征和物质组成获取矿区信息，为矿产资源勘查和利用提供基础资料。
3. 水文地球化学水文地球化学指的是利用地球化学分析方法，研究水文过程中含有的各种元素化合物及其变化规律，为地下水污染治理提供更准确的科学依据。
4. 石油地质学石油地质学是探讨石油的成因、分布、储集及运移规律的专门学科，石油地质学包括石油地球化学、石油地震学、石油岩石学等方面。
这些技术的应用可以大大提高开采效率，促进石油资源的可持续利用。
总之，在现代社会中，掌握地球化学基本理论及其应用技术，无论是在科学研究、还是在工业生产和环境保护等方面，都具有非常重要的意义。
应用水文地球化学地化模式课程简介
应用水文地球化学课程简介一、应用水文地球化学课程简介1、课程目标：水资源、水环境、地质工程专业研究生的必修专业基础课，安排在研究生课程的前端，它是以上专业所有研究方向的研究生学习和工作的基础。
它也是水文地球化学学科与化学基础学科紧密结合的专业基础课程，高级科研教学人员必修掌握的基础知识，该课程的主要目标是为研究生在学习期间打好基础和为课题研究、论文编写和今后工作奠定深厚功力。
2、课程内容：①水岩作用基本概念和理论②水文地球化学作用基本概念和理论③水文地球化学参数和水文地球化学计算④水文地球化学工作方法⑤水文地球化学在国民经济中的意义3、教学方式：讲课、阅读、作业、读书笔记4、考核方式：考试或读书笔记、作业5、预修课程：高等化学、水文地球化学、水文地质学6、常用专业必读书目及参考书目：①Drever.J.I. The geochemistry of Natural Waters (Surface and Groundwater Environments) Thied edition, 1999②W.Stumm, J.J.Morgan,Aquitic Chemistry, 1981③С.Л.Шварцев,Гидрогеохимия，ИздательствоНауко，1982④沈照理，《水文地球化学基础》，地质出版社，1986⑤李雨新，水溶液理论概念，西北工业大学出版社，1993⑥李学礼，《水文地球化学》，原子能出版社，1988⑦史维浚，孙占学，《应用水文地球化学》，原子能出版社，2005⑧史维浚，《铀水文地球化学原理》，原子能出版社，1990⑨Donald Lanmuir Aqueous Environmental Geochemistry, Pretice Hall, 1997二、地球化学模式课程简介1、课程目标：地球化学模式是一门工具课程，安排在二年级第一学期。
地化模式是二十世纪八十年代出现的新型工具，科学发展由低到高、由定性到定量，地化模式是实现由定性到定量的良好工具。
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实际工作中，污染的判断一般应用背景值或者对照值。
背景值（或本底值） 地下水各种组分的天然含量范围。不是单值，是区间值
（环境背景值演化） 对照值 某历史时期地下水中有关组分的含量范围；或者地表环境污
染相对较轻地区地下水有关组分的含量范围。
有机氮的矿化过程
有机氮转化为无机形式的NH4-N的过程。
铵化细菌将有机物分解（将有机物中有机铵的成分分 解出来），因此，有机氮的矿化过程也叫铵化过程。
有机污染物 最常见、检出率高的是氯代烃类 (TCE，PCE, TCA, DCE, DCA), 其次是单环芳烃(BETX等）。它们的特点是 浓度低，ppb级或ppt级，大多是有毒的“三致”物；局 部污染的多，大面积的污染少。
ppm, Parts per million 百万分之几， 10-6 ，相当于mg/L ppb，Parts per billion 十亿分之几， 10-9 ，相当于ug/L ppt, Parts per trillion 万亿分之几, 10-12 ，相当于ng/L
污染标准
应用水质标准作为污染标准，在实用上不可取。
判别地下水是否受污染的主要目的，是为了防止。而污染在 许多情况下是一个渐变的过程，如果待污染组分超过水质 标准才定为污染，就失去了预防的意义。
地下水水质朝着恶化方向发展
地下水污染的含义：
凡是在人类活动影响下，地下水水质朝着恶化方向发展的 现象，统称为“地下水污染”。不管此种现象是否使水质 恶化达到影响使用的程度，只要这种现象一发生，就应视 为污染。天然水文地质环境中出现不宜使用的水质现象， 不应视为污染，而应称为天然异常。
农家肥（动物废物）； 城市生活污水和生活拉圾
明尼苏达州Sand Plain 含水层中地下水样的 δ15N直方图
氮的存在形式
地下水中的溶解氮除NO-3外，还有NO-2 ， NH+ 和溶于水 中的气态氮以及有机氮；
一般来说， NO-3是常量组分，其它是为量组分； 不同形式的氮，可以循环转化。
3.2 地下水中氮循环转化机理
第六章 水文地球化学的应用
解释地下水化学成分的形成与演化； 识别地下水的成因和循环交替条件； 了解水文地质条件； 成矿作用的古水文地质条件分析； 水文地球化学找矿； 热矿水的开发和利用； 地下水与地质灾害和地震； 地下水环境和人体健康 地下水污染； ······
地下水污染 地下水环境质量评价
第一节 地下水污染
河北平原某地地下水水质变化表
位置 年份
1975 1
1999
1975 2
1999
SO4 237.7
离子含量: mg/L; TDS: g/L
Cl
Na TDS
608.0 378.4 1.64
529.84 1585.59 1041.7 3.87
180.1 127.6 220.8 0.97
632.0 491.2 396.1 2.09
地下水环境。过量开采引起海水入侵，采矿活动造成酸性 水和重金属污染
按分布形式：点污染源、线污染源、面（分散）污染源
五类主要污染源
地下储存罐 化粪池 农业活动 城市垃圾填埋 污水坑
2.3 污染特点
隐蔽性
污染物浓度低，往往无色无味，难以觉察和发现；
难以逆转性（难恢复性；一旦污染，难以恢复和治理）
由于含水层水交替缓慢，因此，污染的地下水往往难 以自身净化恢复；
据: 水环所科研报告
2 污染物、污染来源、污染特点及污染途径
2.1 地下水中的污染物
凡是人类活动导致进入地下水并使水质恶化的溶解物或悬 浮物，无论其浓度是否达到使水质明显恶化的程度，均称 为地下水污染物。
化学污染物 生物污染物 放射性污染物
化学污染度、SO42-、TDS等。 它们的特点是大面积的污染多，局部的污染少。金属污染 物比较少见。
地下水深埋地下，难于治理。
2.4 污染途径
农田、垃圾填埋场、矿山等
间歇入渗型
（通过大气降水 或灌溉水的淋滤， 固体废物及包气 带中的污染组分 周期性地进入含 水层）。
连续入渗型
（污染物随水的 不断渗入而进入 含水层）。
污水坑、漏水排污管、受污染的地表水体
越流型
（污染物通过越流 从一个含水层进入 另一个含水层）。
人类活动造成水体质量恶化
天然环境下，地下水中某些组分 含量较高，不适宜人类饮用
1 地下水污染的含义
关于地下水污染，目前还没有统一的的定义。 不一致或矛盾之处主要集中在：
污染的属性：污染是人类活动的结果，还是包括天然的水文地 质作用？
污染的标准：以何种标准确定地下水是否受污染？ 明确的标准：地下水某些组分超过水质标准的现象； 抽象的标准：“限制或阻碍了水的应用”，“适用性遭到破 坏”
地下水通过弱隔水层、天窗及井管的越流
径流型
（污染物通过各种途径 以地下径流的形式进入 含水层）。
废水处理井、岩溶管道、海水入侵
3 地下水氮污染及其转化机理
3.1 地下水中氮的来源及其存在形式
氮的来源
天然来源：天然土壤中的硝酸盐；
人为来源：化学肥料（尿素、碳酸铵[(NH4)2CO3]、硝酸铵 (NH4NO3)、硫酸铵[(NH4)2SO4] 、铵水等）；
到底如何定义地下水污染，或者说地下水污染的含义是 什么呢？
污染属性 成因（科学性）：天然环境和漫长地质历史过程中，地下水中 某些组分在某些地方可能富集或者贫化，不适用于人类饮用或 其它用途（卤水，咸水，高氟水，高砷水等）；人类活动的结 果，也可能产生类似的现象。成因不同，不能混在一起。 水质保护（实用性）：天然环境和漫长地质历史过程中某些地 方某些组分含量高，是已经发生了的过程，是不能防止的；人 类活动造成的组分含量增加，可以通过适当的措施，控制和防 止。 地下水污染是由“人类活动引起的或影响的”
放射性污染物
如226Ra、238U、232Th等，这类污染物只在局部地方发现。铀 矿开采和精炼，原子能工业、放射性同位素的使用等。
生物污染物
细菌和病毒, 地下水中已发现了20多种。多出现在农村
复合污染物，共存污染物
2.2 污染来源
污染来源众多，分类不同
按成因：人为污染源，天然污染源 天然污染源：天然存在的，由于人类活动影响进入