水文地球化学基础

1.标准状态：指温度为298K （25℃）、压力为一巴（100000Pa ）的状态。(热力学常用词）

2.“反应的标准焓变化”用△Hr 表示。“标准生成焓”用△Hf 表示。

△Hr 为正值，属吸热反应。△Hr 为负值，属放热反应。

△Hr ＝∑△Hf(生成物)-∑△Hf （反应物）

3.“标准自由能”以△Gf 表示。“反应的标准自由能变化”以△Gr 表示。

△Gr=∑△Gf(生成物)-△Gf （反应物）

△G 值为负值，反应在恒温恒压下可自发地进行；△G 值为正值，反应在恒温恒压下不能自发的进行，但逆反应可自发进行，△G=0，反应处于平衡状态。

4.迪拜-休克尔方程：I

Ba I AZ r +-=1lg 2(r 为活度系数，Z 为离子电荷数，I 为离子强度（mol/L),A 、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。) 当I<0.1时，方程具有很好的精确性。

离子强度I 的计算公式：i i m Z I ∑=22

1（i Z 为i 离子的电荷数；i m 为i 离子的浓度（mol/L ）;淡地下水的I 值一般都小于0.1mol/L ，多用迪拜休克尔方程计算活度系数。

5.戴维斯方程：I

Ba I AZ r +-=1lg 2+bI(a 值与迪拜休克尔方程中a 值不同。b 为校正参数，规定次要离子的b 值为零，该方程的应用范围是I<0.5mol/L.) 。 盖式用于TDS 高的咸地下水。

6.全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其产物都是溶解祖分，这即是全等溶解。

7.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，还有新生成的一种或多种矿物或非晶质固体组分，这即是非全等溶解。

8.溶度积（Ksp ）：当难容电解质溶于水而成饱和溶液时，溶液中同时存在溶解离子和未溶解离的固体。Ksp 值越大，代表越易溶解。

9.溶解度：在给定温度和压力下，达溶解平衡时，溶液中溶解物质的总量（mg/L ）。用溶度积粗略计算溶解度总体偏小。

10.同离子效应：一种矿物溶解与水溶液中。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。

11.饱和指数：确定水域矿物出于何种状态的参数，以“SI ”表示。aA+bB=cC+dD. 按质量作用定律，当上述反应大平

衡时：[][][][]K B D A C b d a c =.上式左边为活度积，以“AP ”表示；如所有组分均为离子，即是活度系数积，用“IPA ”表示。 SI=IAP/K. (AP(或IAP)=K ，AP/K=1，IAP/K=1，达溶解平衡；如AP/K,IAP/K>1，反应向左进行，过；AP/K,IAP/K<1，反应向右进行，未。) SI=lg K

IAP (SI<0未饱和,SI=0平衡，SI>0过饱和。)。 SI<1，或SI 为负值，水与CaCO 3处非饱和状态，反应向右，CaCO 3继续溶解；SI>1，或SI 为正值，水与CaCO 3处于过饱和状态，反应向左，产生碳酸钙沉淀。

12.水温25℃时，pH=7,水为中性。中性pH 值随温度升高，pH 值减小。

13.碳酸三种化和形态：游离碳酸（H2CO3）,重碳酸（CO -3）,碳酸（CO -23）.

14.闭系统：与大气无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。 特征：CO +2HCO -3浓度低，而pH 值较高；最后达到溶解平衡的Pco2值小于原始Pco2,一般在102-巴左右。

15.开系统：与大气有CO2交换，水与碳酸盐间溶解反应所消耗CO2可得到补充，碳酸盐溶解不受CO2控制。 特征：CO +2HCO -3浓度高，而pH 值较低；水中Pco2一般保持定值，其范围一般在102-—103-巴之间。

16.氧化还原电位（Eh ）：参加氧化还原反应的组分其活度一半都不是1mol ，该反应达平衡时的电位。（V ）

17.氧化数：在单质或化合物中，假设把每个化学键中的电子指定给所连接的两原子中电负性较大的一个原子，这样所得的某元素一个原子的电荷数就是该元素的氧化数。氧化态=氧化数=价态。

18.吸附作用：pH 低时（到一定程度），正的表面电荷吸附阴离子；pH 高时，完全负的表面电荷吸阳离子；pH 为中间值时，表面电荷为零，即电荷零点，pH 值是电荷零点pH 值，记为pHz 。价态越大，吸附越大。

pHpHz 表面电荷为负，吸阳离子。

19.铝在水中的存在形式受pH 控制，在强酸性地下水中（pH<4.0），水中铝的主要形式为Al +3；在碱性地下水中，可

形成AlO -

2、AlO -3

3。 20.总溶解固体：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气体。 TDS （矿化度）=阴离子+阳离子-1/2的碳酸氢根离子

21.硬度：以水中钙镁锶钡离子等非碱土金属以外的金属离子的总和来度量。

总硬度（钙离子meq/L+镁离子meq/L ）*50=（）mg/L(CaCO3)，.

含盐量=阴离子+阳离子

暂时硬度/碳酸盐硬度（碳酸氢根离子meq/L+碳酸根离子meq/L ）*50=（）mg/L

总>暂，总—暂=永久/非碳酸盐硬度；暂>总，暂—总=负；

22.化学需氧量（COD ）:化学化剂氧化水中有机物和还原无机物所消耗的需氧量，以mg/L 表示。

23.生化需氧量（BOD ）：微生物降解水中有机物过程中所消耗的氧量，以mg/L 表示，一般小于COD 。

24.碱度：表征水中和酸能力的指标。

25.酸度：表征水中和强碱能力的指标。

强酸：HCl,HNO3,H2SO4; 弱酸：CO2,H2CO3,HCO3,各种有机酸；强酸弱碱盐：FecCl3,Al(SO4)3.

26.水分析数据可靠性的审查，分析结果中一些计算值的检查：

（1）总溶解固体是计算值，检测是否减去0..5倍的碳酸氢根离子，是最常见错误。

（2）Na + K 值：（钠离子+钾离子）meq ×25=（钠离子+钾离子）mg/L ，钠23，钾29，一般*25.

计算法：阴离子meq-（钙离子+镁离子）meq=（钠离子+钾离子）meq

（3）硬度：计算值，检测法：（钙离子+镁离子）*50=总硬度mg/L （CaCO2）

（4）TDS 实测值与TDS 计算值之差:

TDS<100mg/L,相对误差应<±10％;TDS=100-1000mg/L,相对误差应<±7％;TDS>1000mg/L,相对误差应<±5％;

（5）当pH<8.34，不应有碳酸根离子；当pH>8.4，不应有H2CO3。

27.自然界中三种可溶盐：

氯化物(Cl) ①>硫酸盐岩(SO4)②>碳酸盐岩(HCO3)③;①>②>③矿化度大小顺序；①←②←③沉淀顺序，③起。 最先是氯化物自岩石中溶出，形成氯化物水，多出现在含盐层及盐渍化了的少数地区；

其次是岩石中的硫酸盐及残余氯化物被溶出，形成硫酸盐。

28.沉积成因水的形成：与沉积物同时沉积的水。从松散的颗粒（泥和沙）到成岩一般三阶段：压实、脱水、固结。

29.地下水成矿作用：地下水溶液中的成矿组分，在适宜的地球化学环境中，在有利的地质部位富集、沉积形成矿床的过程。

30.地下水的存在形式：固态水（多年雪线以上及冻土层）、毛细水（包气带）、重力水（井、河水）、气态水（包气带）结合水（静电引力）、结构水。

31.地下水：埋藏于地表以下岩石空隙中的水。

32.地下水的污染：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。

33.地下水污染物（性质）：

化学污染物：a 无机物：NO -3最普遍，浓度最高，面积最大，其次是Cl -，硬度（Ca

+2+Mg +2）,SO -24及TDS 。 B 有机物：一般是PPb 级（109-,10亿分之一），或是PPt 级（1012-），或是三致物（致癌，致畸形，致突变）。 生物污染物：细菌，病毒，寄生虫。

放射性污染物：主要以Ra-226,Sr-90,Pu-239,Cs-137为主。

34.地下水污染源：

原因：a 人为：生活污水，工业污水，地表雨水径流（主要城市），固体废弃物，生活垃圾，工业垃圾污泥，农业污染。 b 天然：它们天然存在，只是人为活动的影响下才进入地下水的环境的。过量抽地下水，采矿活动。

35地下水污染特点：A 隐蔽性。B 难以逆转性。

36污染方式：直接和间接。

37.污染途径：间歇入渗型，连续入渗型，越流型。

38有机氮矿化过程：有机氮铵化过程

矿化过程（异养型）NH +4硝化过程（自养型）NO -2,NO -3反硝化过程（异养型）N