地下水的化学成分及其形成作用
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水文地质学第一章-1
CH2-9
1.3 含水层的形态及其分类
二、含水层分类
3．根据渗透性的空间变化划分
均质含水层：含水层中各部分的渗透性与空间坐标无关， 是一个常量。 可以进一步划分为：各向同性均质、各向异性均质 均质含水层：
CH2-10
1.4 构成含水岩组的条件
一、含水岩组的定义
含水岩组：就是指具有统一的水力联系和一定的水化学特 征的多层含水层的空间组合。
含水介质的水理性质：
岩石与水接触后有关的性质即与水分贮容和运移有关的岩 石性质。 包括容水性、持水性和给水性，贮水性和释水性，透水性 以及毛细性等。
CH2-3
第一节 含水层及含水岩组
1.1 含水介质的水理性质
一、容水性、持水性和给水性
二、贮水性或释水性 三、渗透性或透水性 四、毛细性
CH2-4
第一节 含水层及含水岩组
2.2 水平岩层蓄水构造
一、水平岩层蓄水构造示意图
CH2-20
2.2 水平岩层蓄水构造
二、承托蓄水构造的富水性主要取决于以下几个因素。
(1)隔水层的分布面积：面积越大，地下水就越丰富；面积 太小，只能形成季节性地下水． (2)隔水层的倾斜程度：水平隔水层最有利于承托地下水； 隔水层越是倾斜，地下水就越不易保持。 (3)隔水层和含水层的透水性： 隔水层透水性越小及它与 含水层透水性相差越大时，越有利于保持地下水． (4)地下水补给条件：气候、地形等条件对补给有利，补给 充分时，地下水丰富；补给不连续、不充分时，地下水也 不丰富，甚至只形成季节性地下水。
CH2-26
附件一、 洪积扇中的地下水
2、根据地下水埋深、径流条件及水化学特征，可将洪积扇 中地下水划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水文地质带CH2-27源自附件一、 洪积扇中的地下水
地下水的物理性质和化学成分ppt课件
19
-
地下水化学成分的性质
• 氢离子浓度 地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子的浓
度大小 大多数地下水的pH值在6.5-8.5之间，北方地区多为
pH=7-8的弱碱水
20
-
地下水化学成分的性质
• 硬度 总硬度：地下水中所有Ca2+、Mg2+离子的总含量 暂时硬度：将水加热至沸腾周，由于形成碳酸盐沉淀
第四章 地下水的物理性质 和化学成分
1
-
4.1 地下水的物理性质
2
-
地下水的物理性质、化学成分特征是地下水与环境 （自然地理、地质背景及人类活动）长期作用的结果。 地下水的化学性质为认识和了解地下水形成的地质历史 条件和过程提供依据
地下水在岩石的孔隙、裂隙或溶洞中储存和运动时， 溶滤和溶解着岩石的可溶成份，使地下水变成了含有各 种矿物质的天然溶液，而且随着运动环境和运动过程的 变化，地下水的化学成分也不断地更迭着
(6) 镁离(Mg2+)
-
泥石
18
地下水化学成分的性质
• 总含盐量与总溶解固体(TDS) 总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒(不
包括气体)之总含量 总溶解固体(TDS)：通常在105-110℃温度下将水样蒸
干后所得干涸残余物的总量
TDS ≈总含盐量-1/2HCO3TDS是反映地下水化学成分的主要指标：TDS含量低的 淡S要O水成42-为以分主HC要O3成-为分主；要T成DS分含；量T高DS的含盐量水中和等卤的水盐常质以水C常l-为以主
36
-
地下水在运动过程中的各种作用
(2)水中阳离子的浓度 水中某种阳离子浓度越大，则其交替吸附能力就越强，
甚至可以发生吸附能力小的交替岩土颗粒表面吸附能力 大的阳离子
-
地下水化学成分的性质
• 氢离子浓度 地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子的浓
度大小 大多数地下水的pH值在6.5-8.5之间，北方地区多为
pH=7-8的弱碱水
20
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地下水化学成分的性质
• 硬度 总硬度：地下水中所有Ca2+、Mg2+离子的总含量 暂时硬度：将水加热至沸腾周，由于形成碳酸盐沉淀
第四章 地下水的物理性质 和化学成分
1
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4.1 地下水的物理性质
2
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地下水的物理性质、化学成分特征是地下水与环境 （自然地理、地质背景及人类活动）长期作用的结果。 地下水的化学性质为认识和了解地下水形成的地质历史 条件和过程提供依据
地下水在岩石的孔隙、裂隙或溶洞中储存和运动时， 溶滤和溶解着岩石的可溶成份，使地下水变成了含有各 种矿物质的天然溶液，而且随着运动环境和运动过程的 变化，地下水的化学成分也不断地更迭着
(6) 镁离(Mg2+)
-
泥石
18
地下水化学成分的性质
• 总含盐量与总溶解固体(TDS) 总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒(不
包括气体)之总含量 总溶解固体(TDS)：通常在105-110℃温度下将水样蒸
干后所得干涸残余物的总量
TDS ≈总含盐量-1/2HCO3TDS是反映地下水化学成分的主要指标：TDS含量低的 淡S要O水成42-为以分主HC要O3成-为分主；要T成DS分含；量T高DS的含盐量水中和等卤的水盐常质以水C常l-为以主
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地下水在运动过程中的各种作用
(2)水中阳离子的浓度 水中某种阳离子浓度越大，则其交替吸附能力就越强，
甚至可以发生吸附能力小的交替岩土颗粒表面吸附能力 大的阳离子
第5章 地下水
第二节 地下水类型及其主要特征
3. 承压水的补给与排泄 承压水的补给源有大气降水、地表水及潜水； 承压水的排泄方式有：向潜水排泄、泉的排泄及向地表 水排泄。 4. 承压水对工程建设的影响 （1）良好的城市供水水源； （2）基坑突涌； （3）排水比较困难，井深，范围广，水量大。
运动多属于非层流运动。
第二节 地下水类型及其主要特征
地下水按照埋藏条件可以分为包气带水、潜水和承压水 三类；按照含水层的空隙性质可分为孔隙水、裂隙水和岩溶 水三类。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.1 包气带水 处于地表面以下潜水位以上的包气带岩土层中，包括土 壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳(粘土裂隙)中季节 性存在的水。主要特征是受气候控制，季节性明显，变化大， 雨季水量多，旱季水量少，甚至干涸。包气带水对农业有很 大意义，对工程建筑有一定影响。
第二节 地下水类型及其主要特征
承压斜地
第二节 地下水类型及其主要特征
承压含水层在同一区域内均可在不同深度有着若干层 同时存在的情况，它们之间的水头高度与地形和构造二者 有关。 当地形和构造一致时称为正地
形。下部含水层压力高，若有裂隙
穿透上下含水层，下部含水层的水 通过裂隙补给上部含水层。如山东
济南的承压斜地，地下水通过近20m厚的第四系覆盖层出
水下施工。若潜水对施工有危害，宜用排水、降低水位、隔离(包括冻结法
等)等措施处理。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.3 承压水 承压水是指埋藏并充满在两个稳定隔水层之间的含水层 中的地下水，是一种有压重力水。
第二节 地下水类型及其主要特征
1. 承压水的形成 最适宜形成承压水的地质构造有向斜构造盆地和单斜构 造。 承压盆地 此类承压水的水 位受到气候及地形的 控制，往往有较好的 径流条件。
地下水化学成分组成
第5页/共107页
元素 来源
特性
重碳酸根 各种碳酸盐岩和 主要受碳酸平衡的控制；
和碳酸根 离子
多种沉积岩中碳 酸盐胶结物；
碳酸钙、碳酸镁的溶解度很低，含量
CO2溶于水
受到的Ca2＋限制。
可以在酸性水以外的任何天然水中遇
到；
在低矿化度水中占主导地位。
第6页/共107页
宏量元素（续）
元素 来源
特性
钠离子
蒸发
蒸发相中富含16O 液相中富含18O
18 0 / 16O汽 < 18O/16O液
第37页/共107页
通常用同位素分馏系数(α)来表示同一体系中两种 物质(物相)之间同位素分馏的程度，其定义式为：
AB
RA RB
1 8O水 汽
（1
8O
/1 6O）水
铝硅酸盐矿物的风 化；盐岩沉积层， 分散在岩石土壤中 的盐岩
钠的所有盐类都具有较高的溶 解度，因此钠的迁移性是很强 的，仅次于氯；
交换吸附反应使之从溶液中析 出，所以在水的矿化度增长过 程中，Na＋的增长有时会落后 于Cl－。
高矿化度时钠成为主要阳离子
第7页/共107页
元素 钾离子
来源
铝硅酸盐矿物的风 化；钾盐矿床
Cl-、SO42-、 HCO3-、 Na+、 K+、Ca2+、Mg2+
Fe3+ 、Fe2+ 、NO3-、CO32-、 SiO2
Br 、I 、As 、Sr
第3页/共107页
2 元素的水文地球化学特性
宏量元素
元素 来源
特性
氯离子
盐岩的沉积层、 氯化钠、镁、钙盐的溶解度都很大， 钾盐矿床、风化 它不形成难溶的矿物； 岩浆岩；火山喷 不被胶体所吸附； 溢；降水；废水 也不能被生物积累。
总溶解固体(TDS)
三、地下水透明度
地下水的透明度主要取决于水中固体颗粒和胶 体悬浮物的含量，它以能清晰辨认量筒中水底的白 瓷盘(或标准铅字或黑色十字架)时候的水柱高度(cm) 进行分类。
透明者量筒水柱高度>60cm，
半透明(微浊)者为60-30cm，
微透明(混浊)者为<30cm,
不透明(极混)：含大量悬浮物及胶体呈乳状者
根据总溶解固体（TDS）对地下水进行分类与水质 评价。
根据总溶解固体（TDS）将地下水分为淡水、微咸 水、咸水、盐水和卤水。
地下水按总溶解固体分类表
地下水类型 淡水 微咸水 咸水 盐水 卤水
TDS（g/L） <1 1-3 3-10 10-50 >50
2、氢离子浓度
地下水的酸碱度取决于水中氢离子浓度的大小。 纯水中的氢离子浓度很小，且[ H+]=[OH-]=10-7，水呈中性。
– 可根据地热增温级(G,30-33m/℃)、年常温带的深度 (h)、温度(tB)，概略地计算出任何深度地下水的温 度(tH)；或根据地下水的温度推求水循环的深度(H)， 以判断地下水的来源及其补给条件。
tH = tB+（H-h）/G
H=(tH-tB)·G+h 根据地下水温度，可分为过冷水(<0℃)、冷水(020℃)、热水(20-40℃)，低温热水（40-60℃），中温热 水（60-100℃），高温热水、过热水(>100℃)几种类型。 地下水的温度对盐类与气体在水中的溶解度及其这种 溶液的化学反应速度有重大的影响(下表)。实验结果， 当水温增高10℃，水分子扩散速度增加20%，化学反 应的速度可提高2-3倍。
（1） 氧气(O2)和氮气(N2) 地下水中的氧气和氮气主要来自大气层。它们随同
水文地质学基础
附件2
2012年度省级精品课程建设项目申报书
（本科）
推荐单位长安大学
课程学校长安大学
课程名称水文地质学基础
课程类型专业基础课
所属一级学科名称水利工程
所属二级学科名称水文与水资源工程
课程负责人马致远
填报日期2012.11.05
陕西省教育厅制二○一二年九月
填写要求
一、以word文档格式如实填写各项。
二、表格文本中外文名词第一次出现时，要写清全称和
缩写，再次出现时可以使用缩写。
三、有可能涉密和不宜大范围公开的内容不可作为申
报内容填写。
四、课程团队的每个成员都须在“2．课程团队”表格中
签字。
五、“8．承诺与责任”需要课程负责人本人签字，课程
建设学校盖章。
1．课程负责人情况
2．课程团队
3．课程建设
4．课程内容
8．承诺与责任
9．学校推荐意见
—21 —。
神北矿区乌兰木伦河地下水化学特征及其形成作用
神北矿区乌兰木伦河地下水化学特征及其形成作用邓吉强;康卫东;邢高哲【摘要】了解乌兰木伦河地下水的水化学特征及其形成作用,对神木县地下水资源保护和可持续开发利用具有重要意义.本文在神木神北矿区实地调查和采样分析的基础上,采用描述性统计、Piper三线图、Gibbs分布图、离子比例系数等方法对34处地下水样进行分析,结果显示:地下水流动方向与河流方向一致,由北向南,阳离子则由Na→(Na·Ca)→(Ca·Na)→Ca·Mg转化,越往下游Ca2+,Mg2+的含量越来越高,Na+的含量越来越低;浅层地下水的阴离子水化学类型趋势为HCO3型→HCO3·SO4型→SO4·HCO3型,SO4含量越来越高.神北矿区地下水主要存在硅铝酸盐、碳酸盐、石膏和岩盐等矿物溶解,在窟野河汇流处附近主要发生了岩盐的溶解.原始地层中地下水水质良好,但在人类活动作用下地下水中的元素氧化成带有SO42-的污染水体,污染水体随煤矿开采以矿坑水的形式排入河流,改变了当地地下水的水化学环境.【期刊名称】《科技创新与生产力》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】5页(P57-61)【关键词】地下水;水化学特征;离子比例;Gibbs图;阳离子吸附作用【作者】邓吉强;康卫东;邢高哲【作者单位】西北大学地质学系,陕西西安 710069;西北大学地质学系,陕西西安710069;陕西地矿九○八环境地质公司,陕西临潼 710600【正文语种】中文【中图分类】P641神木县是中国第一产煤大县，神北矿区又是神木县最主要的煤矿开采区，也是国家“西电东送”电源基地和大型现代煤化工基地[1]。
神北矿区[2]位于窟野河中上段河谷两岸，这里分布着大量的煤矿，煤矿的开采[3]极大地改变了原有的地下水环境，使得地下水的成分发生化学反应，生成了对环境有害的物质。
这些物质随矿坑水排向河流，污染了附近的地下水和河水，使得当地工业生产和居民生命健康受到极大威胁。
六.地下水的物理性质
一、地下水主要的气体成分
氧（O2）、氮（N2）、二氧化碳（CO2）
硫化氢（H2S）、甲烷（CH4），
常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关
二、地下水中主要离子成分
地下水中含量多的有七种离子
阴离子： HCO3- ， SO42- ， Cl-
阳离子： Ca2+,
Mg2+,
K+, Na+
地下水中常见的气体成分
常温带以下的地下水温度同地温一样随深度而增 加，可用下面公式来计算：
2.地下水的透明度
测定方法： 量筒（高100cm，直径3cm）＋黑十字线（粗3mm）
透明度分级： 透明的—无悬浮物，>60cm水深见图像 半透明的—少量悬浮物，30~60cm水深见图像 微透明的—有较多悬浮物，<30cm水深见图像 不透明的—大量悬浮物，似乳状，水深很小也看 不清图像
硬度表示方法 德国度（H0)：一升水含10mgCaO或7.2mgMgO； 毫克当量数（meq/L）：每升水中含有Ca2+、Mg2+毫克当量的 总数； 摩尔数（mol/L）：每升水中含有Ca2+、Mg2+摩尔的总数。
第三节 地下水化学成分的形成
地下水中化学成分是很复杂的，各种成分的形成 与地下水的起源及其以后的活动过程有关。 一、地下水原始化学成分的特点 地下水有着 多种不同的起源，不同起源的地下水，其原始 成分各有特点。
如氧、钙、钾、钠、镁等元素在地壳中分布甚广， 它们在地下水中也最常见，并且含量也较多。 而有些元素如硅、铁等在地壳中分布虽广，但由于 其溶解度低在地下水中含量并不多。 相反，另一些元素如氯等．在地壳中含量虽然较少， 但因其化合物的溶解度大，在地下水中却大量存在。 在地下水中这些元素一般以离子、化合物、分子及 游离气体状态存在，但以离子状态为主。
工程地质与土力学-任务1-6-地下水
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
硬度的表示方法很多，我国目前采用德国度表示，1德国 度相当于1 L水中含10 mg氧化钙(CaO)或7.2 mg的氧 化镁(Mg0)。根据硬度可将地下水分为五类
地下水按硬度分类
水的类别
极软水
软水
微硬水
硬水
极硬水
德国度
<4.2
4.2～8.4 8.4～16.8 16.8～25.2 >25.2
度，简称矿化度。它表示水中含盐量的多少，以g／L为 单位。通常是以105～110℃温度下将水蒸干所得的干涸 残余物总量来确定。根据矿化度的大小，可将地下水分 为五类
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
地下水按矿化度的分类（g/L） 淡水<1，微咸水（低矿化度水） 1～3，咸水3～10，
盐水（高矿化度水） 10～50，卤水>50 高矿化水能降低混凝土强度、腐蚀钢筋，并能促进混凝
土表面风化，故拌和混凝土时，一般不允许用高矿化水。
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
2）硬度 水的硬度取决于水中Ca2+、Mg2+的含量。硬度分为总硬
度、暂时硬度和永久硬度。总硬度是指水中所含Ca2+、 Mg2+的总量；暂时硬度是指将水加热煮沸后，水中一部 分Ca2+、Mg2+与 HCO3-作用生成碳酸盐(CaCO3或 MgCO3)沉淀，这部分Ca2+、Mg2+的总量称暂时硬度。 永久硬度等于总硬度减去暂时硬度。
地下水主要是由大气降 水、地面流水、冰雪融水、 湖泊水渗透到地下而形成的， 称为渗透水。此外还有凝结 水、埋藏水、原生水等。
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
硬度的表示方法很多，我国目前采用德国度表示，1德国 度相当于1 L水中含10 mg氧化钙(CaO)或7.2 mg的氧 化镁(Mg0)。根据硬度可将地下水分为五类
地下水按硬度分类
水的类别
极软水
软水
微硬水
硬水
极硬水
德国度
<4.2
4.2～8.4 8.4～16.8 16.8～25.2 >25.2
度，简称矿化度。它表示水中含盐量的多少，以g／L为 单位。通常是以105～110℃温度下将水蒸干所得的干涸 残余物总量来确定。根据矿化度的大小，可将地下水分 为五类
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
地下水按矿化度的分类（g/L） 淡水<1，微咸水（低矿化度水） 1～3，咸水3～10，
盐水（高矿化度水） 10～50，卤水>50 高矿化水能降低混凝土强度、腐蚀钢筋，并能促进混凝
土表面风化，故拌和混凝土时，一般不允许用高矿化水。
工程地质与土力学
1.6.3 地下水的物理性质和化学性质
2）硬度 水的硬度取决于水中Ca2+、Mg2+的含量。硬度分为总硬
度、暂时硬度和永久硬度。总硬度是指水中所含Ca2+、 Mg2+的总量；暂时硬度是指将水加热煮沸后，水中一部 分Ca2+、Mg2+与 HCO3-作用生成碳酸盐(CaCO3或 MgCO3)沉淀，这部分Ca2+、Mg2+的总量称暂时硬度。 永久硬度等于总硬度减去暂时硬度。
地下水主要是由大气降 水、地面流水、冰雪融水、 湖泊水渗透到地下而形成的， 称为渗透水。此外还有凝结 水、埋藏水、原生水等。
工程地质与水文地质-第3章 水的地质作用--地下水
地下水的透明度决定于水中所含盐类、悬浮物、有机质和胶体的 数量。根据透明度把地下水分为透明、微浊、混浊和极浊四级。 （4）臭味
纯水无臭味，但当水中含有某些气体或有机质时就有了某种气味 （5）口味
主要决定于水中化学成分
三 地下水的物理性质和化学性质
（6）比重
地下水比重决定于水温和溶解盐类。溶解的盐分越多，比重就 越大。地下淡水比重常常接近于1 盐水的比重可用波美度来表示，即一升水含有10克氯化钠，则 盐度相当于1波美度。波美度与地下水比重之间的关系如下表：
量）
Vg
V
4 透水性
定义：透水性是岩石允许水透过的性能。
影响透水性的因素
孔隙大小的影响：当孔隙度一定而孔隙直径愈大，则圆管通道的数量愈 少，但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；
理想圆管状空隙中重力水流速分布 （阴线部分代表结合水，箭头长度代表重力水质点实际流速）
理想化孔隙介质
4 透水性
影响透水性的因素
水的波美度与比重的关系
三 地下水的物理性质和化学性质
（7）导电性 地下水的导电性取决于溶解于地下水中的盐量 Ke=1/R Ke为水的导电率； R为水的电阻率。 地下淡水的导电率为33×10-5至33×10-3之间
（8）放射性 由地下水中的气态镭射气（氡）及少量放射性盐量引起的
三 地下水的物理性质和化学性质
5 包气带
包气带分三带 中间带 过渡带，介于土壤水带和 毛细水带之间。厚度变化 大，从零米到几百米不等。 •中间带的土壤含水量，随 深度逐步降低。
5 包气带
包气带分三带
毛细带 由于空气和水界面上的表
面张力作用，水可沿地下水 面上升形成支持毛细水，在 包气带底部构成毛细水带。 毛细带内颗粒物大小不同， 毛细上升高度也各不相同， 因此毛细水带上缘常成不规 则形状。
纯水无臭味，但当水中含有某些气体或有机质时就有了某种气味 （5）口味
主要决定于水中化学成分
三 地下水的物理性质和化学性质
（6）比重
地下水比重决定于水温和溶解盐类。溶解的盐分越多，比重就 越大。地下淡水比重常常接近于1 盐水的比重可用波美度来表示，即一升水含有10克氯化钠，则 盐度相当于1波美度。波美度与地下水比重之间的关系如下表：
量）
Vg
V
4 透水性
定义：透水性是岩石允许水透过的性能。
影响透水性的因素
孔隙大小的影响：当孔隙度一定而孔隙直径愈大，则圆管通道的数量愈 少，但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；
理想圆管状空隙中重力水流速分布 （阴线部分代表结合水，箭头长度代表重力水质点实际流速）
理想化孔隙介质
4 透水性
影响透水性的因素
水的波美度与比重的关系
三 地下水的物理性质和化学性质
（7）导电性 地下水的导电性取决于溶解于地下水中的盐量 Ke=1/R Ke为水的导电率； R为水的电阻率。 地下淡水的导电率为33×10-5至33×10-3之间
（8）放射性 由地下水中的气态镭射气（氡）及少量放射性盐量引起的
三 地下水的物理性质和化学性质
5 包气带
包气带分三带 中间带 过渡带，介于土壤水带和 毛细水带之间。厚度变化 大，从零米到几百米不等。 •中间带的土壤含水量，随 深度逐步降低。
5 包气带
包气带分三带
毛细带 由于空气和水界面上的表
面张力作用，水可沿地下水 面上升形成支持毛细水，在 包气带底部构成毛细水带。 毛细带内颗粒物大小不同， 毛细上升高度也各不相同， 因此毛细水带上缘常成不规 则形状。