水化學分類、水化學數(shù)據(jù)處理

水文地球化學主講：郭清海中國地質大學（武漢）環(huán)境學院一門關于地下水的科學水化學分類、水化學數(shù)據(jù)處理體積量綱：克/升（g/L）、毫克/升（mg/L）摩爾量綱（M）：mol/L（克/升/摩爾分子數(shù)）重量量綱ppm(Part

permillion,百萬分之一)=1mg/kgppb(Partperbillion,十億分之一)=10-9=10-3ppm毫克當量量綱：以Meq/L表示毫克當量表示某物質和1mg氫的化學活性或化合力相當?shù)牧?mg氫、23mg鈉、39mg鉀、20mg鈣和35.5mg氯都是1Meq，其換算公式如下：meq/L＝(mg/L)×化合價/化學結構式量mg/L＝(meq/L)×化學結構式量/化合價毫克當量百分數(shù)（Meq％）＝近年來，水分析中傾向于使用mg/L，因為mg/L法代表了大多數(shù)水化學組分所用的分析方法，即分析一已知體積溶液中的物質質量，而不是一已質量溶液中物質的質量。常用濃度量綱庫爾洛夫式具有一目了然的特點，是以數(shù)學分式形式表示水化學成分的方法，但并無數(shù)學上的意義。其主體分式的寫法為：在分子、分母的位置，按Meq%大小順序寫出各主要陰、陽離子的化學式及其Meq%值。沿用慣例，只列出Meq%>10%的陰、陽離子，若認為需要，也可將<10%者列入，用［］表示。

寫出主體分式后，在其前面依次列出微量元素、氣體成分和礦化度，其單位均為g/L。在分式Meq后面列出溫度（℃）、pH值、流量D（L/s）庫爾洛夫式微量元素和氣體成分的書寫要注意幾點：１、一般只寫出其含量超過區(qū)域背景值或國家水質標準（為礦泉水標準，飲用水標準，漁業(yè)用水標準）的微量元素和氣體組分。如山東某溫泉水庫爾洛夫式為：此水樣的Si(以H2SiO3表示)和H2S含量均超出了礦泉水的標準，CO2含量也超出了區(qū)域背景值。

２、水中偏硅酸根、硝酸根含量有時較高，構成了主要陰離子（>10%），這時，主體式中就須列出實例1：江西崇仁縣馬鞍坪，某下降泉水化學成分為（mg/L）Ca2+：1.02（8.2%）Mg2+：0.912（12.3%）Na++K+：10.235（78.7%）Fe3+：0.08（0.6%）Fe2+：0.02（0.1%）pH為6.3、Eh為475.5mV、耗氧量為0.24、M為43.28，t為14℃其庫爾洛夫式為：Cl-：1.7（7.6%）SO42-：0.5（1.6%）HCO3-：16.71（44.3%）HSiO3-：22.1（46.4%）實例2：烏克蘭南部某農業(yè)耕作層土壤水（mg/L）：HCO3：318SO4：142Cl：173NO3：800NO2：0.04pH為6.8、Eh(mV)為300、M(g/L)為1.9其庫爾洛夫式為：

Na++K+：97Ca2+：330Mg2+：66２、水中偏硅酸根、硝酸根含量有時較高，構成了主要陰離子（>10%），這時，主體式中就須列出3、氣體成分的單位一般為g/L，只有放射性氣體氡例外，其單位為放射性活度單位（指放射性樣品在單位時間內的衰變次數(shù)）或放射性濃度單位如埃曼、貝可（Bq，每秒鐘衰變1次），1埃曼＝3.7貝可/立方米如某放射性泉的化學成分庫爾洛夫式為：

課堂作業(yè)1：

一水樣成分如下(mg/L):（簡分析結果）Cl-為35.5、SO42-為48、HCO3-為122Ca2+為30、Mg2+為18、Na為23pH為7.3、T為15℃試寫出其庫爾洛夫式

為科學、合理地開發(fā)利用地下水資源，除應評價水資源量外，還必須評價水質在水量方面可把水資源分為補給資源和儲存資源在水質方面對地下水的劃分有三種：按成因分：滲入成因、沉積成因、內生成因按溶解組分和水化學指標分（本節(jié)講）按潛在用途分：飲用水、農業(yè)用水、工業(yè)用水、醫(yī)療礦水、工業(yè)礦水……水化學分類1.按礦化度劃分淡水M<1.0g/L微咸水M=1.0-3.0g/L咸水M=3.0-10.0g/L鹽水M=10.0-50.0g/L鹵水M>50.0g/L歐美劃分（據(jù)TDS，mg/L）淡水0-1000咸水1000-10000鹽水10000-100000鹵水>1000002.按溫度劃分

地下水的溫度變化范圍較寬。我國目前把水溫低于25℃的地下水稱為地下冷水，高于25℃的地下水稱為地下熱水，并細分為：25-40℃溫水40-60℃溫熱水統(tǒng)稱低溫地熱資源60-90℃熱水90-150℃中溫地熱資源﹥150高溫地熱資源3.按主要離子組分分類

大多考慮主要陰、陽離子的相對含量兩種常用的水化學分類方法舒卡列夫分類編號命名法順序命名法蘇林分類舒卡列夫分類——編號命名法根據(jù)地下水中Ca、Mg、Na(Na+K)、Cl、SO4、HCO3將Meq百分數(shù)大于25%的陰離子和陽離子進行組合，每種類型以阿拉伯數(shù)字為代號，共49類按礦化度又分為4組：A組礦化度<1.5g/L，B組1.5-10g/L，C組10-40g/L，D組>40g/L命名時在數(shù)字與字母間加連接號，如1-A型：指的是M<1.5g/L，陰離子只有HCO3>Meq25％，陽離子只有Ca大于25Meq%不足之處：有的水化學類型至今在自然界未見到未包括一些其它類型的水，如硝酸鈣水在此分類中看不出陰陽離子的大小順序含量>25%Meq的離子HCO3HCO3+SO4H+S+ClH+ClSO4SO4+ClClCa181522293643Ca+Mg291623303744Mg3101724313845Na+Ca4111825323946Na+Ca+Mg5121926334047Na+Mg6132027344148Na7142128354249舒卡列夫分類表按水中陰陽離子含量>25Meq%的順序排列命名，陰離子在前，陽離子在后。如：HCO3·SO4-Ca水、SO4-Na水。這樣命名，有時涉及的離子就不限于上述六種，而可以是NO3-Na·Ca水，NO3·HCO3-Na水等。這種命名法應用十分廣泛。舒卡列夫分類——順序命名法

蘇林分類

根據(jù)水中主要陰、陽離子（Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、Mg2+、Ca2+）彼此化學親和力的強弱順序而組成鹽類的原則，劃分出四種類型的水，具體劃分方案如下：

水化學類型分類——蘇林分類法（1）γCl-﹤γNa+（毫克當量數(shù)）CaMgNaHCO3SO4ClMeq%堿性增強酸性增強Na2SO4型水A：B：CaMgNaHCO3SO4ClMeq%堿性增強酸性增強NaHCO3型水Meq%MgCl2型水A：B：CaMgNaHCO3SO4ClMeq%堿性增強酸性增強CaCl2型水（2）γCl->γNa+（毫克當量數(shù)）CaMgNaHCO3SO4Cl堿性增強酸性增強為什么要如此分類呢？蘇林1948年提出這一分類原則時，是為了區(qū)分四種產于不同環(huán)境中的地下水：

大陸環(huán)境海洋環(huán)境氯化鎂型水深成環(huán)境氯化鈣型水但已有資料表明，在蘇林上述四種水化學類型與地下水形成環(huán)境之間并不存在唯一的對應關系。比如，CaCl2型水確實多見于深成環(huán)境，但在淺部地下水中由于陽離子交替吸附作用，也可發(fā)育CaCl2型水。但考慮到蘇林分類已在我國被廣泛采用，還要求同學們加以掌握。

重碳酸鈉型水硫酸鈉型水空氣來源的氣體：N2、O2、CO2、

Ne

、Ar、

Xe

生物化學來源的氣體：CH4、CO2、N2、H2S、H2、O2、NH3、碳氫化合物（已烷、丙烷、丁烷等）化學來源的氣體：CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、HCl、HF、SO2、NH3，如：

放射性和核反應來源的氣體：He、Rn4.按地下水中溶解氣體分類

地下水中經常含有各種溶解氣體，按其來源可分為：研究地下水中溶解氣體的意義

水中CO2、H2S或Rn含量超過一定值后，水即成為礦水，可用來治病。H2S水(ΣH2S>2mg/L)可治療外傷潰瘍、皮膚病、降血壓、治療某些心血管疾病碳酸水（水中游離CO2>0.25g/L）可作為礦泉水，能增進食欲、消除疲勞，對高血壓，外傷潰瘍等均有療效在工程建設中，必須查明水中侵蝕性CO2是否構成對水泥、混凝土的侵蝕。因此，研究水中氣體十分必要。A、實際意義

指示地下水的成因（來源不同），更重要的是，它們在很大程度上決定了地下水的氧化-還原條件。水中主要溶解氣體地下水中的氧化－還原條件O2大氣成因、氧化環(huán)境N2與O2共存：大氣成因、氧化環(huán)境與CH4、H2S共生：生物化學成因、還原環(huán)境CO2主要指示潛育環(huán)境或變質、巖漿作用H2S、CH4指示還原環(huán)境B、理論意義根據(jù)水中溶解氣體成分，對地下水進行分類氧化水組（以O2為主）潛育水組（生物成因的CO2為主）硫化氫還原水組（H2S為主，有部分生物成因的CO2）甲烷強還原水組(CH4為主，有部分生物成因的CO2、N2和H2S)變質或巖漿CO2水組含N2熱水組（大氣成因的N2為主）特殊礦水氧化還原強還原地下水化學成分的圖示法地下水化學成分的數(shù)據(jù)處理圓形圖示法柱形圖示法地下水化學成分的圖示法地下水化學成分的數(shù)據(jù)處理多邊形圖示法半對數(shù)圖示法地下水化學成分的圖示法地下水化學成分的數(shù)據(jù)處理三線圖的優(yōu)點：能把大量的水分析資料點繪在同一張圖上，依據(jù)其分布情況可解釋許多水文地質問題。Piper認為該法能判斷某種水是否是另外兩種水簡單混合的結果。Piper三線圖：由兩個三角形及一個菱形組成，左下角三角形的三條邊線分別代表陽離子中Na++K+、Ca2+、Mg2+的Meq%；右下角三角形表示陰離子Cl-、SO42-及HCO