(完整版)水文地球化学基础知识
同位素水文地球化学
第四章同位素水文地球化学环境同位素水文地球化学是一门具有良好的前景、发展迅速的新兴学科，也是水文地球化学的一个重要分支。
目前，地下水资源可持续利用中的重要问题是地下水补给的更新能力及地下水污染程度的评价。
用环境同位素技术研究地下水补给和可更新性，追踪地下水的污染是当前国内外较为新颖的方法之一。
目前世界上许多国家已将同位素方法列为地下水资源调查中的常规方法。
近年来，国内外环境同位素的研究从理论到实践都有较快的发展。
除了应用氢氧稳定同位素确定地下水的起源与形成条件，应用氚、14C测定地下水年龄，追踪地下水运动，确定含水层参数等常规方法外；在应用3H-3He、CFCs示踪干旱、半干旱地区浅层地下水的补给，应用14C、36Cl确定深层地下水的年龄，追溯地下水的入渗史，应用34S研究地下水中硫酸盐的来源，分析地下水的迁移过程，应用11B/10B研究卤水成因等方面都有重要进展。
4.1 同位素基本理论4.1.1 地下水中的同位素及分类我们知道，原子是由原子核与其周围的电子组成的，通常用A Z X N来表示某一原子。
这里，X为原子符号，Z为原子核中的质子数目，N为原子核中的中子数目，A为原子核的质量数，它等于原子核中的质子数与中子数之和，即：A=Z+N( 4-1-1 )为简便起见，也常用A X表示某一原子。
元素是原子核中质子数相同的一类原子的总称。
同一元素由于其原子核中中子数不同可存在几种原子质量不同的原子，其中每一种原子称为一种核素，如C原子有12C、13C、14C等核素，氧原子有16O、17O、18O等核素。
某元素的不同几种核素称为该元素的同位素(蔡炳新等，2002)，或者说同位素指的是在门捷列耶夫周期表中占有同一位置，其原子核中的质子数相同而中子数不同的某一元素的不同原子。
同位素可分为稳定同位素和放射性同位素两类，稳定同位素是指迄今为止尚未发现有放射性衰变（即自发地放出粒子或射线）的同位素；反之，则称为放射性同位素。
水文地球化学电子教案
水文地球化学电子教案第一章：水文地球化学概述1.1 水文地球化学的定义1.2 水文地球化学的研究对象和内容1.3 水文地球化学的发展简史1.4 水文地球化学的重要性第二章：水文地球化学基本概念2.1 地球化学的基本概念2.2 水的性质和分类2.3 地下水的形成和运动2.4 水文地球化学循环第三章：水文地球化学元素与同位素3.1 元素的性质和分布3.2 常见元素的水文地球化学行为3.3 同位素的水文地球化学应用3.4 元素和同位素在水文地球化学研究中的应用第四章：水文地球化学分析方法4.1 水文地球化学样品的采集与处理4.2 水文地球化学分析技术4.3 数据处理与质量控制4.4 水文地球化学分析方法的进展与挑战第五章：水文地球化学应用实例5.1 地下水污染的水文地球化学研究5.2 地下水资源评价与管理5.3 环境水文地球化学问题5.4 水文地球化学在工程中的应用第六章：水文地球化学循环与地球化学过程6.1 水文地球化学循环的基本原理6.2 岩石圈-大气圈-水圈-生物圈之间的水文地球化学循环6.3 地球化学过程在水文地球化学研究中的应用6.4 典型水文地球化学循环案例分析第七章：水文地球化学野外调查与采样技术7.1 野外调查的基本方法7.2 地下水采样技术7.3 岩石和土壤样品的采集7.4 数据处理与质量保证第八章：水文地球化学实验室分析技术8.1 常用实验室分析方法概述8.2 岩石和矿物分析8.3 水质分析8.4 同位素分析技术第九章：水文地球化学模型与应用9.1 水文地球化学模型的类型与构建9.2 地下水流动模型9.3 污染物迁移与转化模型9.4 水文地球化学模型在环境管理中的应用第十章：水文地球化学在我国的应用案例研究10.1 我国水文地球化学研究概况10.2 典型地区水文地球化学特征分析10.3 地下水资源评价与保护案例10.4 环境水文地球化学问题研究与治理案例第十一章：水文地球化学与环境健康11.1 水文地球化学与水质关系11.2 地下水中有害元素的来源与迁移规律11.3 水文地球化学指标在环境健康评估中的应用11.4 环境健康案例分析第十二章：水文地球化学在农业领域的应用12.1 农业水文地球化学背景12.2 土壤-植物系统中元素迁移与富集12.3 农业水文地球化学调查与评价方法12.4 农业水文地球化学应用案例第十三章：水文地球化学在能源领域的应用13.1 能源水文地球化学概述13.2 地下水资源在能源开发中的作用13.3 能源开发活动对水文地球化学的影响13.4 能源水文地球化学案例分析第十四章：水文地球化学在灾害防治中的应用14.1 地质灾害的水文地球化学因素14.2 水质预测与灾害预警14.3 水文地球化学在地质灾害防治中的应用14.4 灾害防治案例分析第十五章：水文地球化学研究的前沿与挑战15.1 水文地球化学研究的新技术与发展趋势15.2 跨学科研究在水文地球化学中的应用15.3 水文地球化学在全球变化研究中的作用15.4 未来水文地球化学研究的挑战与机遇重点和难点解析本教案全面覆盖了水文地球化学的基本概念、研究方法、应用领域及前沿挑战。
水文地球化学导论.ppt
硒地方病-大骨节病
是一种以软骨坏死为主要改变 的地方性变形性骨关节病，研 究表明可能主要与缺硒有关。
主要发生于儿童和少年，临床 表现为关节疼痛、增粗变形， 肌肉萎缩，运动障碍。
本病在我国分布于由东北斜向 西南的宽带状地域内，包括14 个省、市、区的302个县
中国大骨节 病分布
硒地方病-大骨节病
砷中毒
地方性甲状腺肿
俗称“大粗脖”，以甲状腺肿 大为主要病症
分布很广
– 世界约有16亿人生活在碘严重缺乏地区，中国就有4.25亿 – 亚洲的喜马拉雅山地区——非洲的刚果河流域——南美的
安第斯山区——欧洲的阿尔卑斯山区——北美的美国和加 拿大之间的大湖盆地周围以及太平洋新西兰的一些地区 – 我国除上海市以外，各省、自治区、直辖市都有不同程度 的地方性甲状腺肿流行区
II
地下水起源与 岩浆水
Ⅰ—海洋水 Ⅱ—沉积盖层 Ⅲ—地壳的晶质岩 Ⅳ—岩浆源 Ⅴ—地幔岩 Ⅵ—大陆冰盖
I
III
I
V
IV
1—幔源初生水；2—返回地幔的水；3—重结晶脱出水（再生水）；4—沉积水；5— 埋藏水；6—地内水循环；7—小循环；8—大循环；9—地下径流；10—地表径流
HGC的研究意义
实际意义
– 2 CaCO3 (灰岩) + MgCl2 = CaMg(CO3) 2 (白云岩) + CaCl2
HGC是在水文地质学与地球化学的基础上发展 起来的一门独立学科
HGC
– 奠基人是地球化学家维尔纳茨基 – 创始人是水文地质学家奥弗琴尼柯夫
地球化学VS HGC
– 是研究地球元素的迁移、富集规律的一门学科，是研究地球 的化学组成、化学作用及化学演化的科学
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。
水文地球化学电子教案ppt课件
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
二、植物-土壤影响阶段
土壤的氧化还原条件改变金属元素的价态
– 氧化条件下
As、Fe、Mn形成难溶化合物，阻碍其随地下水迁移，并减小了对 农作物的危害
Cr、Zn、Cu、Cd形成易溶化合物，有利于其随地下水迁移，并 加强了对农作物的危害
– 水文地球化学分带性——地下水化学成分在空间变 化的规律性
自然地理分带——水平分带 地质分带 ——垂直分带
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
表生带地下水的平均化学成分特征
渗入成因的溶滤潜水
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
表生带地下水化学成分特征
表生带地下水的分带性受下列因素影响
– 一级因素：气候 – 二级因素：植被 – 三级因素：岩性
气候是控制表生带地下水分带性最宏观一级的 因素
二、植物-土壤影响阶段
经过植物-土壤的地下水的特征
– 含有数量可观的碳酸 – 未被氧化的有机化合物的进一步分解将使水中碳酸进一步提高 – 相对于碳酸盐矿物与原生铝硅酸盐矿物，远未达到饱和状态，
即具有强溶解能力；
上述特征决定了地下水具有很强的与围岩介质发 生反应的能力。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第四讲 地下水化学成分的形成与特征
水文地球化学-第六讲
水文地球化学基础Hydrogeochemistry第二部分：水化学基础第二部分水化学基础—地下水的化学组成地下水的化学组成1水的结构与性质2地下水的化学成分3水质指标4水化学数据处理构1水的结构与性质水的体积变化与压强的关系学2地下水的化学成分0 课前回顾0课前回顾水的结构O（16O、17O、18O）水分子的种类：H（H、D、T）16O占绝对优势，即：H2O共9 种类型，H几种重要的水分子16O，重水，核反应堆的中子减速剂D18O，重氧水，水解反应示踪剂HO，氚水，示踪剂、测定地下水年龄T极性V型结构，H-O键夹角104.5度，电子分布不均匀水分子间通过静电引力（氢键）相互缔合，巨大分子团液态水处于结晶态-液态的过渡态水的某些异常性质及意义温度、压力对水的性质的影响-物理性质、溶解性质、pH、……0 课前回顾0课前回顾水的组成复杂的溶液，80/93元素，无机/有机/气体/重金属/微生物颗粒大小真溶液，分子-离子，D<10-9m胶体，D=10-9——10-7m悬浮液，D<10-7m无机组分宏量组分，C>5mg/L微量组分, C=0.01-1mg/L痕量组分，C<0.01mg/L0课前回顾0 课前回顾水的组成有机物，ppb、ppt级20025/1200种类多，多万，万个配方年，饮水中已发现种地下水中，发现175种，总化学物质200多种C、H、O组成的98.5%，主要是卤代烃，疏水性有机物气体大气来源，O2、N2、CO2及惰性气体CO岩层生物化学作用, CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、NH3等岩层变质作用，还包括HCl、HF、SO2等放射性衰变：Rn、He、Ne、Ar等微生物细菌、真菌、藻类0≥1000m,-n-90℃，黑暗环境C、N、S等生物转化、有机物降解、重金属的催化3水质指标3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位质量浓度mg/L(ppm)，μg/L （ppb ），ng/L （ppt ）mg/kg(ppm)，μg/kg （ppb ），ng/kg （ppt ）摩尔浓度，mol/L （M ），mol/kg(m)摩尔浓度=单位溶液中溶质的摩尔数溶质的摩尔数=质量/摩尔质量摩尔质量=溶质的原子量或分子量Mole Fraction 摩尔分数（Mole Fraction ）适用于固溶体、非水溶相液体（NAPL ）的混合物中摩尔数（若A 和B 的混合物中，A 的摩尔分数=A 摩尔数：（A 摩尔数+B 摩尔数）1LH2O=55.56mol/L3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位当量浓度（Equivalents or Normality），NEquivalents or Normality）克当量浓度=单位体积溶液中溶质的克当量数=eq or meq克当量数质量/克当量，eq or meq克当量离子：原子量或分子量/离子的价态酸：分子量/酸分子中被金属置换的氢原子数碱：分子量/碱分子中所含氢氧根数碱分碱分所含氢氧数盐：分子量/结合为酸或碱所要的H+或OH-数量CO3的就是2，NaHCO3是1如：Na金属氧化物：分子量/参加氧化还原的金属得失的电子数Cr2O7应该是6N如：1mol/L的K转换N=M×离子的价态练习题水中计算其摩尔浓度和当浓度1、水中SO42-的浓度为96.0mg/L, 计算其摩尔浓度和当量浓度5压力下密度为1020g/mL200gCaCl 2、在25、10Pa压力下，密度为1.020g/mL含2.00gCaCl2/L的溶液，计算体积摩尔浓度、当量浓度和质量浓度3、在Ca-MgCO3固溶体中，含有质量分数为5%的Mg，计算MgCO3在该固溶体中的摩尔分数Assume the background concentration of dissolved oxygen (DO) is 5 ppb in the above aquifer. Further assume the aquifer is 10,000 m long, 1000 m wide and 100 m thick.1) What’s is the total amount of DO in the aquifer?2) What is the mass flux of DO across the right face?3-2 地下水环境特征的主要参数☐1 pH值⏹它表示水中氢离子摩尔浓度（活度）的负对数值⏹衡量地下水酸碱环境强弱的指标pH=6.0--8.5⏹一般地下水pH=6.0☐2 氧化还原电位(Eh，mv)2⏹它表示水中电子摩尔浓度（活度）的负对数值还原环境强弱的指标氧化⏹衡量地下水氧化-还原环境强弱的指标，+氧化，-还原⏹需现场测定17g☐ 3 总溶解固体（TDS，mg/L）⏹水中所含离子、分子、络合物的总量，不包括悬浮物和溶解气体105--110℃，使水全部蒸发剩下的残渣重量⏹1L水加热到105--⏹∑溶解组分（溶解气体除外）(HCO3)/2⏹分类☐淡水，TDS<1000mg/L淡水☐微咸水，1000mg/L<TDS<2000mg/L☐咸水，2000mg/L<TDS<3500mg/L咸水☐卤水，TDS>3500mg/L4S li it/L☐ 4 含盐量（Salinity，mg/L）⏹地下水中各种溶解组分的总量⏹S-TDS= (HCO3-)/2☐ 6 硬度（Hardness ）地下水中碱土金属的总和般以C M ⏹地下水中碱土金属的总和，一般以Ca 2+、Mg 2+的总和来计⏹硬度（CaCO 3mg/L ）=50×毫克当量数（Ca 2++ Mg 2+）=2.5C (mg/L)+4.1M ⏹硬度（CaCO 3mg/L ） 2.5 ×C Ca (mg/L)+4.1 ×C Mg (mg/L)☐1德国度=17.8mg/L （CaCO 3）☐1法国度=10mg/L （CaCO 3）☐1英国度=14.3mg/L （CaCO 3）⏹碳酸盐硬度，暂时硬度222☐Ca 2+、Mg 2+与HCO 3-、CO 32-结合的硬度☐50×毫克当量数（HCO 3-+ CO 32-）☐煮沸可消除⏹非碳酸盐硬度，永久硬度☐与SO 42-、Cl -、NO 3-结合的多价金属阳离子综合☐非碳酸盐硬度（永久硬度）=总硬度-碳酸盐硬度（暂时硬度）⏹负硬度钠盐硬度钠钾的碳酸盐重碳酸盐氢氧化物☐钠盐硬度，钠、钾的碳酸盐、重碳酸盐、氢氧化物☐负硬度=碳酸盐硬度-总硬度≥0硬度CaCO3m g/L 极软水软水微硬水硬水极硬水<757575--150150150--300300300--450>450☐7 酸度（Acidity）⏹表征水中可中和强碱能力的指标。
水文地质学基础 地下水的化学成分及其形成作用
大气降水线：GMWL与LMWL
水文地质过程的识别
87Sr/86Sr识别混合关系
放射性同位素：时钟
在确定地下水年龄上，常采用放射性同位素方法，据放射性 同位素衰变原理，利用同位素衰变方程确定地下水年龄：
同位素浓度
t 1 ln C
地下水的温度
地壳表层的热源：太阳辐射+地球内部的热流。
地壳表层按热量平衡关系分带：
变温带：地温主要受太阳辐射影响的地表极薄的地带。下限15-30 m
常温带：地温基本等于当地平均年气温的地带。通常高出大气年均温度1- 2 oC 增温带：地温主要受地球内热影响的地带。地温梯度为n oC/100m，一般为3 oC/100m， 介于1.5 -4.0 oC/100m之间。西藏羊八井地温梯度为300 oC/100m（地热异常）
TDS很高，可达300 g/L SO42-减少或消失 出现H2S、CH4、铵、氮 pH值增高 钙Ca2+含量相对增加，Na+减少，rNa/rCl < 0.85 富集Br、I，Cl/Br变小
内生水
定义：源自地球深部层圈的地下水，亦即来自地球内部 在岩浆冷却等地质作用下形成的地下水 典型化学特征不明
矿物的溶解度 岩土的空隙特征 水的溶解能力
盐类溶解与温度的关系
浓缩作用
定义：蒸发浓缩作用是地下水通过蒸发排泄而引起水中成分的 浓缩，使水中盐分浓度增大、矿化度增高的现象 必备条件： 干旱半干旱的气候 低平地势控制下的水位埋深小的 地下水排泄区 松散岩土颗粒细小，毛细作用强 具有时间和空间的尺度
在封闭还原环境，有机质与微生物参与的生物化学过程形成
火山喷发 H2S还可来自硫化矿物分解
指示意义： 封闭还原环境 H2S一般出现在深层地下水中，油田水中含量很高，常以此作 为寻找石油的间接标志SO42- → H2S
同位素水文地球化学
一、基本概念
同位素是指原子核内质子数相同而中子 数不同的一类原子，它们具有基本相同的化 学性质，并在化学元素周期表中占据同一位 置。
例如，H元素：1H、D、3H O元素：16O、17O、18O C元素：12C、13C S元素：32S、34S
1．稳定同位素：指目前尚未发现存在放射性衰 变的同位素。如：H、D、16O、17O、18O等。
1． 氚法：
（1） 氚的起源：大气层上部—宇宙射线的 快中子（超过400万电子伏特）与稳定的14N 的核反应：
14N+n→3H(T)+12C
3H(T)与大气中的氧原子化合成HTO,以大气 降水或水汽的形式参与水循环。
（2） 地下水氚的定年：
①在一定条件下，地下水流中任意一点 的 滞留氚时（间T）(t)含有量关与，氚其的关输系式入为量：（T0）和水的
E. 化学沉淀或生物沉淀的碳酸钙样品的14C含
量对局部比与大气处于平衡的植物的14C含量对局
部条件依赖的程度要高的多。
⑷ 14C年龄误差来源及修正 ① 测量误差；
② 大气中14C含量的变化：P33 图1—2 ③ 利用标准样品及δ13C的变化关系消除系 统误差
⑸ 14C法测定含碳样品的年龄的步骤：
③ 季节效应：最大浓度在6~7月，最小浓度在 11~12月；
④ 高度效应：大气降水氚含量高处大于低处；
降水量效应：在同一纬度地区，大气降水的氚浓度 随降水总量的增加而减少。
（5）各种地表水体的氚浓度变化规律：
① 湖泊：
Байду номын сангаас
A. 主要由大气降水补给的湖泊：氚浓
度存在季节性变化，降水滞留时间短和小湖
B.休斯效应：20世纪以来的木头的初始 放射性比变平均比19世纪低2﹪，这是由于工 业 进革入命大后气燃层烧引有起机 的燃 。料使大量不含14C的CO2
高等水文地球化学 课件(1-2章)-课程
•明代 李时珍(1519—1593)著《本草纲目》 提出按成分，将泉水分成五类： (1)硫酸泉； (2)珠砂泉； (3)矾石泉； (4)雄黄泉； (5)砒石泉。
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》
1.3 水文地球化学与其它学科的关系
➢水文地球化学与水文地质学的关系
水文地球化学是水文地质学的一部分。 在进行水文地球化学研究时，不应将地下 水看作是静止的、孤立的，而应将它看作 是运动的、与地质体紧密联系的“流体矿 床”，要以水文地质规律和古水文地质方 法为依据进行综合研究。
1.3 水文地球化学与其它学科的关系
• 但过去的水文地球化学研究中，多侧重于地下水 化学成分本身的形成，而地下水活动过程中种种 水文地球化学作用对其它地质现象的影响和关系 涉及不多。
因此，现代水文地球化学 的研究对象应该包括：
地下水成分→地下水成分的 形成作用→地下水对外生循环、内 生循环中各种作用的影响。
1.2 水文地球化学研究对象及 意义
• 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》 • 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
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水文地球化学PPT总结(东华理工大学)
第一章绪论第二章水溶液的物理化学基础一、水的结构2. 水分子的内部结构原子结构理论表明，H2O分子呈V形结构，H-0键的夹角为104° 45',键长为0.96? (1?=10-10m )2. 水分子的内部结构由于氧的电负性为 3.5，氢的电负性为 2.1,(中性原子接受电子的能力，称为电负性)这种差异导致了H、O形成共价键。
由于氧的电负性大，所以共价电子偏向氧原子，这样使氧带有部分负电性，氢还有部分正电性，这就造成了极性共价键。
由这种极性共价键所形成的分子称为极性分子。
3. 电负性(E)电负性就是原子在化合成分子时把价电子吸引向自己的能力。
规定氟的电负性为 4.0，并以此为标准求出其它元素的电负性。
电负性小于2.0时，多数元素显金属性，大于2时，多数元素显非金属性。
铀的电负性为 1.7,显金属性。
U4+的电负性为1.4, U6+为1.9 , U4+的金属性较U6+强。
电负性差值大于2的两个元素化合时，多数形成离子键化合物，电负性差值小于2时，多数形成共价键的化合物。
由于电负性影响化合物的键性，而化学键的性质又影响到化合物的许多物理化学性质，如硬度、光泽，溶解度等，所以电负性对元素的迁移和沉淀也有影响。
3. 水分子间的联结水分子间是靠氢键联结起来的。
所谓氢键是一种因静电吸引作用而产生的附加键，所以一个水分子中的氢原子，在保持同本分子中氧原子的共价键的同时，又能同相邻水分子中的氧原子产生一种静电吸引力。
这样水分子就有具有了两种类型的键：(1)存在于水分子内部的极性共价键；(2)存在于水分子之间的氢键。
3.水分子间的联结水分子间的氢键联结，使水分子相互缔合形成巨型分子( H2O) n，水分子的这种缔合强度取决于温度，一般温度越低，缔合程度越稳定，4C时，水的缔合程度最大，此时达到最大密度。
在250〜300C时，n接近1,即水具有H2O形式。
水分子在缔合过程中不会引起化学性质的变化。
这种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，称为水分子的缔合作用。
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《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与岩石、矿物的反应状态，对于地下淡水来说，还是很有用的。
水质用来描述不同用途的水的物理、化学及生物化学性质的一个术语。
第二节碳酸平衡电中性条件从宏观上讲，电解溶液的一个基本条件是电中性条件，即溶液中的正离子电荷总数等于负离子电荷总数。
水及弱酸的离解纯水或含有其他溶质的水溶液中的水分子都会离解，其反应为：H2O=H++OH-按质量作用定律，达到离解平衡时可表达为：KW=式子中，KW是水的离解常数。
在稀溶液中，水的活度为1。
KW随温度而变化。
地下水中的碳酸平衡地下水中的碳酸组成：游离碳酸H2CO3、重碳酸HCO3-、碳酸CO32-地下水系统中的碳酸平衡闭系统：该系统与大气没有co2交换，水与碳酸盐间的溶解反应所消耗的co2得不到补充，碳酸盐的溶解受到co2的控制，这种系统称为“闭系统”。
其特征是，Ca2+、HCO3-浓度较低，而p H值较高。
开系统：该系统与大气有co2交换，水与碳酸盐间的溶解反应所消耗的co2不断得到补充，碳酸盐的溶解不受到co2的控制，这种系统称为“开系统”。
其特征是，Ca2+、HCO3-浓度较高，而p H值较底。
第三节地下水中络合物的计算地下水中溶解组分的存在形式地下水溶解组分的存在形式有三种：（1）单一离子形式：eg:Ca2+ /Mg2+/ Na+/ K+/ Cl- /F-等；（2）络阴离子形式：eg:SO42-/CO32-/HCO3-/NO-等；（3）复杂络合物：它包括无机络合物和有机络合物主要七大离子：Cl- SO4- HCO3- Na+ K+ Ca2+ Mg2+地下水中的络合物地下水络合物：由一中心离子（一般为金属阳离子）和其周围的配位体（一般为阴离子或中性成分）以配位键的方式集合在一起的复杂缔合物称为地下水络合物。
这种离子可能带电可能不带电。
地下水中长两组分的主要离子对：CaSO40 /MgSO40/ NaSO4-/ KSO4-/ CaHCO3+/ MgHCO30/ NaHCO30/ CaCO30/ MgCO30/ NaCO3-地下水络合物的计算（具体计算形式详见课本p27）第四节氧化还原反应一、氧化还原反应基本原理半反应式：通常在化学反应式中电子转移和得失过程的反应式称半反应式；eg:O2+4H++4e=2H2O标准电极电位（标准氧化还原电位）：在标准状态下，金属与含有该金属离子且活度为1mol的溶液相接触的电位称为该金属的标准电极电位（由于标准电极电位表示物质氧化性及还原性的强弱，所以又称标准氧化还原电位），以符号E0表示，单位为V,每个半反应都有它的E0值。
能斯特方程氧化还原电位（Eh）：在实际的系统中，参加氧化还原反应的组分其活度一般都不是1mol，则该反应达平衡是的电位称为氧化还原电位，单位为VEh值与E0值和参加组分的活度有关，表示这种关系的方程为能斯特方程Eh=E0+二、Eh-PH图的绘制Eh-PH图是以Eh为纵坐标，pH为横坐标，表示在一定的Eh值和PH值范围内，各种溶解组分及固体组份稳定场的图解，因此也称为稳定场图注：Eh-PH图在天然地下水系统中，只能预测水溶液在一定的Eh-PH范围内可能出现的溶解组分及固体类型，但不能预计其反应速率。
Eh-PH图的局限性：（1）所有的Eh-PH图仅代表标态下的稳定场范围，而实际情况常常偏离标准状态；（2）野外实测的Eh值并不与某种金属离子严格相关；（3）Eh-PH图的绘制并未考虑离子强度及离子络合的影响。
因此，Eh-PH图只是一种简化的理想模型。
三、地下水中的氧化还原反应地下水中的主要氧化还原元素：铁、氮、硫、锰、铬（Cr）、砷(As)控制地下水系统氧化还原状态的因素：主要取决于通过循环进入该系统的氧量，以及通过细菌分解有机物所消耗的氧量，或氧化低价金属硫化物、含铁硅酸盐和碳酸盐所消耗的氧量。
（进入的氧量>=消耗的氧量，则为氧化状态；反之，则为还原状态）。
影响地下水氧化还原状态的因素：1.包气带的性质及其透水性。
2.含水层中有机物及其它还原剂的含量。
3.地下水循环途径。
地下水系统中，消耗氧的氧化还原反应，多半发生在地下水面以上的包气带里。
只要包气带及含水层里有少量的有机物，水中的溶解氧很快被耗尽。
在此过程中，微生物起到催化作用。
第五节吸附作用吸附：吸附是固体表面反应的一种普遍现象。
在液相与固相接触时，液相和固相表面之间常常产生物质交换，这种现象称为吸附。
一、吸附种类和吸附机理物理吸附：其吸附的键联力为静电引力，键联力较弱，因此已吸附在颗粒表面的离子，在一定条件下，可悲液体中的另一种离子所替代，所以物理吸附也称为“离子交换”。
化学吸附：被吸附的离子进入颗粒的结晶格架，成为晶格的一部分，它不可能再返回溶液，是一种不可逆反应。
这种现象也成为“特殊吸附”。
二、离子交换地层中的吸附剂：凡能吸附液相中溶解离子的固体均称为吸附剂阳离子交换容量：某种岩石、矿物和松散沉积物的吸附能力往往以交换容量，主要是阳离子交换容量来衡量，其含义是每百克干土（岩）所含的全部交换型阳离子的毫克当量数，其单位是meq/100g阴离子吸附：（1）PO42-易于被高岭土吸附；（2）硅质胶体易吸附PO42-、AsO43-，不易吸附SO42-、Cl-和NO3-；（3）阴离子被吸附的顺序为：F->PO42->HPO4->HCO3->H2BO3->SO42->Cl->NO3-阳离子吸附亲和力：H+>Rb+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH+>K+>Na+>Li+注：吸附亲和力很弱的离子，只要浓度足够大，也可以交换吸附亲和力很强而浓度较小的离子。
第二章<地下水的化学成分的组成>第一节天然水的组成一、水的结构和特性水分子的缔合作用：相邻水分子间由于有氢键联结，使水能以（H2O）n巨型分子存在，但它不会引起水的化学性质的改变，这种现象称为水分子的缔合作用水的缔合程度随温度降低而增强，当温度为4℃时，缔合程度最大，水的密度也最大。
水的特异性质：1.水具有独特的物理性质：（1）水的生成热很高（即热稳定性很高）（2）水具有很高的沸点和达到沸点以前极长的液态阶段2.水具有较大的表面张力；3.水具有较小的粘滞度和较大的流动性；4.水具有较高的介电效应；5.水具有使盐类离子产生水化作用的能力；6.水具有良好的溶解性能二、天然水组成分类天然水组成可按溶质颗粒大小、化合物类型、相对浓度及相态等分类：（一）按颗粒大小溶液胶体悬浮液（二）按化合物类型无机物有机物金属元素络合物及有机络合物（三）按状态固相液相气相（四）按相对浓度宏量元素中量元素微量元素第二节天然水的化学特性一、大气降水的成分特征大气是个五成分三相系统，五成分是氮、氧、惰性气体、二氧化碳及水；三相是水、气、冰二、海水的成分特征（一）无机组分: 1.宏量组分（Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+）2.中量组分（Sr、SiO、B、F）3.微量组分（P、I、Ba）（二）有机物碳水化合物、蛋白质、缩氨酸等三、河水的成分特征（一）无机物不同地区的岩石、土壤组成决定着该地区的河水的基本化学成分。