各類天然水體的水化學(xué)概況

第九章 各類自然水體的水化學(xué)概況14億km3特點(diǎn)，可劃分為河水、湖〔庫(kù)〕體所處的環(huán)境條件，如氣象、氣候、地理、地質(zhì)、人類生產(chǎn)與生活用水和排廢、各種生物的。其次節(jié)河水一、河流水化學(xué)根本特點(diǎn)河流是大氣降水徑流和出露地面的地下水徑流在地表線性凹地集合而成的水體較大差異。通常河流的水化學(xué)有以下根本特點(diǎn)：1、溶解有豐富的氣體富，含量近為飽和。未污染河流中生物不多，溶解氧等氣體的含量主要受溫度和氣壓影響。壩以下河道中如溫度快速上升，可能造成水中溶解氣體過飽和。2、河水化學(xué)組成與含鹽量Ca2+、Mg2+、Na、K+，陰離子為：HCO-3

CO2-、SO2-、Cl-，即通常所說八大離子。世界河水平均化學(xué)組成、我3 4國(guó)及世界局部河流主要離子含量和分別列于表9-39-49-5HCO-3和Ca2+含量最高，水質(zhì)屬碳酸鹽類鈣組。在含鹽量較高河水中，水質(zhì)類型可能與前者不同，存有硫酸鹽類或氯化物類鈉組類型水質(zhì)。較多河水中主要離子含量大小根本具有以下挨次：陽(yáng)離子：[Ca2+]>[Na++K-]>[Mg2+]，陰離子：[HCO-+CO2-]>[SO2-]>[Cl-]3 3 4Ca2++Mg2+<HCO-3HCO-+SO2->Ca2++Mg2+>HCO-，在下游則以HCO-+SO2->Ca2++Mg2+>HCO-為主。在濱海3 4 3 3 4 3波動(dòng)。西北河流水質(zhì)類型隨季節(jié)變化顯著，汛期屬重碳酸鹽類或氯化物類鈉組或硫酸鹽類，枯水季節(jié)則轉(zhuǎn)為硫酸鹽類或氯化物類。染，污染物將使河流不同區(qū)段化學(xué)組成、水質(zhì)狀況發(fā)生變化。有機(jī)物與pH河水尚含有機(jī)物，主要來自集水區(qū)土壤與人類活動(dòng)排廢。植被較好的集水區(qū)域與城市下游河水中有機(jī)物較多。pH6.5-8.5，冬季稍低，夏季稍高。9-3世界河水的平均化學(xué)成分含量〔mg/L〕HC SO- O2- 3 435 1

C S iO O-2 35 1

Ca2+2

M Ng2+ a+ 3 5

K (Fe,Al)O232 2.7.2 2.1 .7

1.7 .9

0.4 .4 .8 .19-4我國(guó)局部河流主要離子含量(mg/L)河流名稱

HCO- CO2- SO2-

Cl- Ca2+ Mg2+ Na+(K+)

離子總西江量西江量〔1980-1983〕141.23.618.73.342.6.814.2230.4東江〔1982-1983〕26.202.31.04.11.25.941.北江〔1981-1982〕9803.92.922.02.610.7黃 上游1724.013.522.439.513.22.02284.8中游2123.278.149.549.323.455.7471.2河 下游1770.988.262.546.821.061.8458.2松花江74.705.57.216.93.69.5117.41981)鴨綠江〔丹東〕103.7012.621.116.83.45.5163.0錢塘江(杭州52.032.654.5118.0422.966.1786.361978,10)長(zhǎng)江123349.114.1244.86.545.36193.271980,6)漢水116.028.924.4036.647.834.14177.951980,6)嘉陵江193.96.374.1246.405.595.02261.481980,6)轉(zhuǎn)引自中國(guó)內(nèi)陸水域漁業(yè)資源編寫HuMinghui等Nature.9-5世界局部河流主要離子含量(mg/L)河流 HC

C SO4

Cl-

Ca2 Mg2 Na+ 離名稱 O-3圣芬綸斯

O2- 2-3

+ + (K+)

子總量95河.2〔加拿大〕

19 14 31 6. 7. 170.5 .0 .4 9 2 4.2密西西比河〔美國(guó)〕

108.0

0 39 85 38

9. 13 282 .9 3.6科羅拉多河〔美國(guó)〕托涅川

153.712

96 37 18 3. 54 2208 8 6 5 4 33.28. 2. 4. 1. 3. 320〔日本〕 .8 4 2 9 1 3 .7湄公河

11 140

6. 31

5. 9. 18〔越南〕5.6.72.1732.6墨累河509.2.8.5.2198〔澳大利.704957.4.6亞〕尼羅河8504.3.158.1913〔非洲〕.874.88.58亞麻遜河2902.2.9.1.3.47〔南美洲〕54001含鹽量不同河水含鹽量可能有較大差異，但多數(shù)河流含鹽量較低。我國(guó)南方與東北河流含鹽量多低于200mg/L。有的僅30~50mg/L，高者超過1000mg/L，極少數(shù)河水高達(dá)數(shù)千毫克/120mg/L。以地下水補(bǔ)給的河流含鹽量較高。3、河水養(yǎng)分鹽通常河水中養(yǎng)分鹽含量均不高。一般清潔河水NO--N為0.1-0.5mg/L，NH-N3 3mg/L；受污染河水，NO--NNH-NNO--N5-10mg/L，NH-N3 3 3 3NO--N52.1-87.6NO--N3 3含量變化范圍相當(dāng)大0~500mol/。0.05-0.1mg/L，但假設(shè)受人類活動(dòng)影響，河流某一區(qū)段磷含量可能顯著增加。二、我國(guó)河流水質(zhì)主要指標(biāo)的區(qū)域性分布特點(diǎn)1、秦嶺-淮河一線以南地區(qū)東南沿海地區(qū)由于雨水充分，河流沿途地域常年受到河水的沖洗，故河水礦化度低于50mg/L，水質(zhì)多數(shù)屬于碳酸鹽類鈉組類型，是全國(guó)河水含鹽量最低的地區(qū)。由于由東向西100~200mg/L200~300mg/L500mg/L，河流水質(zhì)類型轉(zhuǎn)變?yōu)?000mg/L，是全國(guó)河流含鹽量最高區(qū)域。[LYZ1][LYZ1]從東南沿海向北，是長(zhǎng)江中下游地區(qū)，河水礦化度50~100mg/L和100~200mg/L碳酸鹽類鈣組。NH3-N3528.674.3μmol/L0.3~0.6μmol/LNO3--N為主，占有效氮52.1~87.6%，變化范圍0~500μmol/L，NH3-N0~150μmol/L0~38.7μmol/L，各河流均0.4~12.0μmol/L。2、華北地區(qū)。在太行山、燕山一帶,河水礦化度200～300mg/L,到平原地區(qū),蒸發(fā)濃縮作用使礦化度增至500mg/L。水的類型也由碳酸鹽類鈣組變?yōu)樘妓猁}硫酸鹽類鈉鈣組。受海水影響水域?qū)儆诼然镱愨c組。黃土高原河水礦化度也呈從東往西增加趨勢(shì)。由200~300mg/L增至300~500mg/L及500~1000mg/L1000mg/L7000mg/L。黃河干流磷含量較低，活性磷為0.06~1.8μmol/L，平均值為0.40μmol/L，總磷為0.32~36.5μmol/L5.5μmol/L。3、西北地區(qū)昆侖山4000m以上地區(qū),河水礦化度低于200mg/L,水質(zhì)類型屬碳酸鹽類鈣組或碳酸鹽硫酸鹽類鈉鈣組。隨高度下降,土壤及風(fēng)化殼中易溶鹽及石膏含量增加,礦化度逐升至300~500mg/L以至1000mg/L，水質(zhì)類型演化為硫酸鹽類鈉組水,至下游進(jìn)入干旱荒漠地區(qū)，礦化度升至每升數(shù)千毫克,水質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槁然镱愨c組現(xiàn)象。4、東北地區(qū)河水礦化度為50-100mg/L,水質(zhì)類型屬碳酸鹽類鈣組或鈉組。在松遼平原,河水礦化度增至300~400mg/L,有自西向東增加趨勢(shì),主要為碳酸鹽類鈣組水,特別是嫩江以東杜爾伯特草原〔屬封閉的內(nèi)陸流域，礦化度由四周向中心遞增到400~500mg/L,為碳酸鹽硫酸鹽類鈉鈣組。NH3-NNH3-N1~50μmol/L，枯水期含量高于豐水期。NO3--N含量1~117μmol/L，鴨綠江、牡丹江、其次松花江及穆林河含量較高〔均值94.μmol/。在鴨綠江干流〔丹東、遼河〔盤山、嫩江支流雅魯河〔碾子山〕等河水含有肯定量NO--N。2第三節(jié)湖泊水與水庫(kù)水湖泊水質(zhì)可能相差懸殊。湖水水質(zhì)的多樣性與不均勻性是湖水的特點(diǎn)。一、湖泊的類型〔S〕T與養(yǎng)分類型的分類法：1、按湖水含鹽量分類淡水湖含鹽量小于1g/L50mg/L。咸水湖和鹽湖含鹽量1≤S35g/L35g/LT以至使淡水湖演化成咸水湖或鹽湖。2、按湖泊養(yǎng)分鹽類型分類劃分的指標(biāo)有多種，下面介紹的僅是其中的一種，表9-6貧養(yǎng)分型初級(jí)生產(chǎn)量低于1g(O)/m２多分布在高原和山區(qū),或潮濕多雨地區(qū)，這類湖泊、水庫(kù)的溶解氧與pH中養(yǎng)分型總的水質(zhì)狀況介于上述兩者之間。水質(zhì)指標(biāo)中,有的可能屬于富養(yǎng)分1~4g(O)/m2·d２富養(yǎng)分型 養(yǎng)分元素含量較豐富,常消滅水華,透亮度低,初級(jí)生產(chǎn)量多在3~10g/m2.d之間這類湖泊水較淺,分布在平原或城郊,集水區(qū)土壤豐富,外源性有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分鹽豐富。而且這類湖泊、水庫(kù)pH、溶氧的變化幅度都比較大。超富養(yǎng)分型養(yǎng)分元素含量豐富，無(wú)機(jī)氮含量大于0.11μmol/L，水質(zhì)肥,，初級(jí)10g(O)/m2.d。２9-6不同養(yǎng)分型湖〔庫(kù)〕的主要水質(zhì)指標(biāo)浮 游初 植 物營(yíng)

浮C 活性游動(dòng)物 總磷級(jí)產(chǎn)量養(yǎng)2O,2型g/m2.d

現(xiàn) 優(yōu)存量 勢(shì)m 種g/L 類

量mg/L

ODmg/L

無(wú)機(jī)氮μmol/L

10-4μmol/L

磷10-4μmol/L貧 <1

< 金1

0.3 86 1

<0.014 <3.2 <6.4中 1~4

1 硅~5

1.6 4 ~7

0.014~0.046

3.2~9.7

6.4~163~1 5富

硅4.3

7 0.046~0

>9.7

>160 ~10

~15

.11超 >10

> 綠 >10 藻裸藻 15〔第一冊(cè)199〕二、湖泊、水庫(kù)水化學(xué)根本特點(diǎn)1、含鹽量50mg/L左右。35mg/L，甚至到達(dá)100mg/L以上，稱為鹽湖。含鹽量低的咸水湖仍有漁業(yè)價(jià)值，一些鹽湖具有工業(yè)價(jià)值。2、主要離子世界與我國(guó)局部湖水和庫(kù)水主要離子含量見表9-7、9-8。兩表說明，湖水和庫(kù)水通常陽(yáng)離子以鈣離子含量最高，陰離子以碳酸氫根離子含量最高。[Lyz2][Lyz2]9-7世界局部淡水湖的化學(xué)成分含量〔mg/L〕離H湖 泊CO-3

SO2-4

C l- a2+

Mg2+

N子a++K+ 總量28193356.2.5.0.0.6.82尼皮幸格湖5411337北蘇必利爾湖0.0.8.54.1.7.47美伊利湖1213882洲安大概湖21879.7.222121378213.50.35.66.9.8.903蘇黎世湖(瑞 1 1 0 4 7 2 2歐 士)洲 巴拉頓湖(匈

45 1.1 .831 1

1 .24

.3 074 4牙利)

97 10

5.2 5.3 5.7

8.2 81加爾湖表加爾湖表層5411469貝9.2.9.85.2.2.11加爾5421448亞湖8.6.4.05.2.4.99洲10004277186m0.2.5.7.1.9.68拉4163576多加 14.7 6.9 2.9 3.9 5.9湖謝凡湖

7.3 62非洲 坦加尼卡湖

4 4

1 4 6 515.2 .0

8 5.2 3.7

4.2 709-8我國(guó)局部湖泊、水庫(kù)主要化學(xué)成分含量〔mg/L〕湖 HC CO SO3 4泊 O- 2- 2-3

Cl-

Ca2+

Mg2+

Na+ 離子+K+ 總量撫仙 16 10湖 7.8 .4

78 2..3 16

25 20.1.8 5

45 316..1 662巢湖 0.1紅堿 66 15

14 8. 13.3 4 .592 74 10

5.245.2

12 115..3 8842562淖69.29.50東平131.52224421293.湖8.618.9.5.911.3.93鏡泊398.2.8.3.湖.6032703.62265.0顯崗191.0.2.3.水庫(kù).7—5368340.801228.2錦江201.3.1.6.水庫(kù).1—46062.0134.2西河1810810.3944377.水庫(kù)5.2.17.074.7816.3.02西津124.4.5.371.177.水庫(kù)1.6700.34.006馮家16885.3243236.山水庫(kù)6.7—.367.816.3.755河口114024691110水庫(kù)90547.6130713747汾河153.38104214278.水庫(kù)7.19.0.3.313.1.07陸汾130145.378.085.207.水庫(kù) 8.1 .2 25 .0 0 6清河 82—

29 20 29

6.27

8. 176.水庫(kù).35.55.66.9029劉113277.峽水庫(kù)7.4.9.9.3.28達(dá)里165425115.23.0195547諾爾10.435.684725烏梁2968255835105461800素海6.150.01賽里5412113516374.322850木湖10391239.055.4青海524120529.821.321249湖5.09.43475878580扎陵19129.643525.442380.湖1.0.305.7.6.23中國(guó)內(nèi)陸漁業(yè)資源編寫組水庫(kù)水交換量較大，含鹽量較低，離子組成與含鹽量主要打算于所攔截的河水。干旱、198133.0mmol/L與3747mg/L，已不適于白鰱、花鰱正常生長(zhǎng)，鯽魚成了水庫(kù)中主要魚類。3、養(yǎng)分元素和有機(jī)物養(yǎng)分鹽湖水養(yǎng)分元素變化狀況與河流相像，冬季浮游植物量低，有機(jī)物的礦化(SiO220mg/L，如我國(guó)呼倫池硅含量(SiO2)為21.37mg/L；磷含量較低，未污染時(shí)，遠(yuǎn)低于1mg/L；在三態(tài)氮中，硝酸鹽量最高，其余兩者較低。據(jù)何志輝(198721112.1%,富養(yǎng)分型33.2%,14.7%。有機(jī)物湖水有機(jī)物來自集水區(qū)和水體初級(jí)生產(chǎn)所產(chǎn)生。湖泊、水庫(kù)形態(tài)特點(diǎn)、機(jī)物含量。通常湖泊有機(jī)物需氧量低于10mg/L。貧養(yǎng)分湖有機(jī)物含量極少，富養(yǎng)分型湖泊含有機(jī)質(zhì)較豐富。4、水質(zhì)垂直分布的不均勻性通常湖泊、水庫(kù)水質(zhì)具有垂直分布不均勻特點(diǎn),在夏季，湖水中溶解氧、pH及養(yǎng)分鹽下層水質(zhì)分布較均勻,但上、下水層溶氧含量可能有差異。夏季富養(yǎng)分性湖泊水質(zhì)分布不均勻性較明顯pH、堿度、硬度均有較大差異。假設(shè)深度只3-5m的大型湖泊,風(fēng)浪使湖水混合到底部,水質(zhì)垂直分布差異便不明顯。有時(shí)在溫躍層可聚攏較多有機(jī)碎屑微粒,將有利于細(xì)菌和浮游動(dòng)物生殖,但這將造成該水層溶氧低于上9-1195889-29-110m間，湖9-1《Limnology》,轉(zhuǎn)引自雷衍之,《淡水養(yǎng)殖水化學(xué)》9-2西蘭Johnsen〔超養(yǎng)分型〕夏季溶解氧垂直分布《Limnology9-21112缺氧層,缺氧層下尚存有溶氧,但到1~2月,溫躍層下溶氧被消耗，無(wú)氧水范圍擴(kuò)大，3月份下層溶氧被耗盡，使湖水呈現(xiàn)富養(yǎng)分型湖泊典型溶氧垂直分布特點(diǎn)。三、我國(guó)湖泊的根本狀況我國(guó)湖泊分布廣泛，成因簡(jiǎn)單，類型多樣。在18o~53oN、75o~135oE的范圍內(nèi)，各自然1km2275991019.63km210km265613-9。以下介紹我國(guó)湖泊根本狀況。1、分布與類型高原、云貴高原和東北高原-山地，稱五大湖群，其中青藏高原和東部平原是兩大稠密湖群。NE-SW走向〔大興安嶺-陰山-賀蘭山-祁連山-昆侖山-唐古拉山-岡底斯山西北〔除額爾齊斯河流域外〕皆屬內(nèi)流河區(qū)，該區(qū)降水稀有，徑流貧乏，蒸發(fā)旺盛，水系和湖泊發(fā)育受很大限制，其中多為咸水湖或鹽湖，僅青藏高原有少量淡水湖，淡水貯量為445×108m3。內(nèi)流區(qū)湖泊總面積達(dá)41137km2,貯水量達(dá)4943×108m3。此線東南為外流區(qū)，降水2985km22134×108m31794×108m3。2、水文特征中國(guó)湖泊水量的時(shí)間和地區(qū)安排極不平衡。湖泊年補(bǔ)給量如下：東部平原、長(zhǎng)江淮河流域約(5000-6000)×108m3，東北、蒙湖泊(20-30)×108m3；青藏高原左右。中國(guó)湖泊水量年際間與年內(nèi)各月變化較大。以融雪徑流補(bǔ)給為主的博斯騰湖年際變化較小，豐水年水量?jī)H是枯水年2倍。湖泊水位變化與出入湖泊徑流量、湖面降水量及蒸發(fā)量等相關(guān)。外流湖泊水位年內(nèi)變化，主要受出入湖泊的河流水量掌握，同時(shí)與湖泊大小、形態(tài)有關(guān)。最高水位消滅時(shí)間在多雨的夏11.75m，鄱陽(yáng)湖達(dá)1.0m。9-9中國(guó)主要湖泊的生物養(yǎng)分物質(zhì)含量〔mg/L〕湖名FeNH+NO-NO-PO3-SiOCOD42342Mn鄱陽(yáng)湖0.11痕跡痕跡0.02痕跡3.731.595.13洞庭湖0.080.020.020.620.0223.06太湖0.420.020.010.020.063.204.66洪澤湖0.020.010.450.107.925.50巢湖0.240痕跡0.040.033.13梁子湖4.280.01痕跡0.170.013.40石臼湖0.230.01痕跡0.05痕跡2.783.44滆湖0.09痕跡0.011.010.029.432.92陽(yáng)澄湖0.020.040.040.590.019.4513.6高郵湖0.080.050.520.0342.03白瑪湖0.050.020.300.039.094.1919.6瓦埠湖0.190.100.120.840.0362.18駱馬湖0.020.040.010.590.011.052.01月亮泡0.010.03痕跡0.470.0318.89.102鏡泊湖0.210.01痕跡0.370.048.909.19五大連池0.060.040.010.750.2013.611.864疆天池痕跡0.0300.380.014.912.82鄂陵湖0.010.0200.400.035.983.02扎陵湖0.020.0300.400.011.613.51滇池外海0.020.05痕跡0.180.021.5410.13滇池草海0.010.070.15痕跡1.409.16洱海痕跡0.01痕跡0.090.011.643.19撫仙湖00.0100.200.020.831.61陽(yáng)宗海痕跡0.01痕跡0.10痕跡1.871.96邛海0.010.0100.250.014.183.30青海湖0.020.050.010.160.020.351.41黃旗海0.050.800.06烏梁素海痕跡0.040.0415.400布倫托海00.0100.180.052.7014.46博斯騰湖0.010.02痕跡0.220.035.657.32呼倫池0.02痕跡痕跡0.130.2421.38.297達(dá)來諾爾0.080.08痕跡0.011.722.4014.303、透亮度湖泊透亮度隨湖水化學(xué)成分的不同和水中懸浮物質(zhì)和浮游生物的多少而變〔14m〕，最小透亮度為長(zhǎng)江中下游淺水湖泊,低于20cm。4、礦化度由于受緯度、地面高度季風(fēng)氣候等影響，中國(guó)湖泊礦化度差異極大且分布從東向西明顯增,大致以1g/L為界限分為東西兩局部西部礦化度均大于1g/甚至大于35g/，屬微咸水湖咸水湖和鹽湖界限以東平原湖區(qū),湖泊因季風(fēng)降水豐沛鹽類在湖內(nèi)積聚較慢，多為低礦化度的淡水湖，尤以長(zhǎng)江中下游地區(qū)湖泊礦化度最低 ,如鄱陽(yáng)湖僅為47.62mg/L。湖水礦化度呈從南向北增高的大體趨勢(shì),從洞庭湖184mg/L、陽(yáng)澄湖174mg/L,到洪澤湖208mg/L、微山湖290mg/L，到白洋淀則達(dá)357mg/L。東北平原與云貴高原淡水湖礦化度為150-250mg/東北大伙房水庫(kù)為525mg/柴達(dá)術(shù)盆地的協(xié)作湖竟達(dá)526460mg/。西藏最大湖泊納木錯(cuò)為1679-1732mg/L云貴高原湖泊礦化度稍高,青藏高原和蒙地區(qū)湖泊礦化度較高深水湖泊(如撫仙湖疆天池納木錯(cuò)羊卓雍錯(cuò)等)又都有明顯垂直變化。在蒙地區(qū)及西藏高原上分布有咸水湖礦化度達(dá)1~35g/L，尚有鹽湖礦化度大于35g/L，如西藏中南部的羊卓雍湖的礦化度達(dá)1900mg/L。4、主要離子組成與類型70.51%，水質(zhì)屬重碳酸鹽型，多屬CCa和CCa，如鄱陽(yáng)湖水為重碳酸鉀鈉型和重碳酸鈣型兩種類型。I IISO2-412.361.53%。44但變幅較大。陽(yáng)離子Na++K+占首位，約占總毫摩爾數(shù)的78%，Mg2+次之，占20%。CNa型、ClNaSNa型。鹽湖鹵水化學(xué)與咸水湖類似。陰I II ICl-80%左右；SO2-12Na+、K+為主，約4Cl

Na型。5、pH

III II〔1〕湖泊水pH 。除白洋淀、鏡泊湖pH均值接近地表水范圍〔6.5~8.5〕上限值外,其余湖水pH為7.6~8.2，呈中性或微堿性，如位于內(nèi)蒙古的無(wú)梁素海與湖南省的洞庭湖pH分別為7.0~8.5與。水庫(kù)pH也根本如此，如北京密云水庫(kù)與遼寧大伙房水庫(kù)pH分別為pH7.5pH9.0，呈堿性或強(qiáng)堿性?！?〕湖泊水溶氧中國(guó)湖水溶氧一般大于7mg/L。如鄱陽(yáng)湖、洞庭湖和太湖等溶氧均值達(dá)8.2~10.3mg/L，說明我國(guó)湖泊水質(zhì)的溶氧狀況良好。但由于工業(yè)廢水和生活污水的注人，使一些湖泊局部水域溶氧狀況較差。如洪澤湖、南囚湖等已低于4mg/L。6、養(yǎng)分鹽與有機(jī)物我國(guó)主要湖泊養(yǎng)分鹽含量詳見表9-9。養(yǎng)分鹽我國(guó)湖泊、水庫(kù)養(yǎng)分鹽含量差異很大,大體有從西南地區(qū)往東北地區(qū)遞氨氮含量分別為0.009-1.3mg/L與0-0.54mg/L。東北地區(qū)多數(shù)湖泊、水庫(kù)水氨氮含量高于0.5-1.0mg/L。各地淡水湖都有不同程