供水水文地質(zhì)課件

第三章

地下水的物理性質(zhì)、化學成分與水質(zhì)評價

概述1.1地下水的物理性質(zhì)1.2地下水的化學成分1.3地下水化學成分的形成與演變1.4地下水化學特征與人類健康1.5地下水水質(zhì)評價概述1、地下水不是化學純水，地下水與環(huán)境（自然地理、地質(zhì)背景及人類活動）長期相互作用，呈現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)和化學成分。2、地下水所含有的各種成分對人類有著顯著的害益差異，不同實際目的所利用的地下水，對其水質(zhì)（物理性質(zhì)、化學成分和微生物種類和數(shù)量）有不同的要求，因此，選擇水源時必須根據(jù)生產(chǎn)和生活的需要對水源作出水質(zhì)評價。

返回1.1地下水的物理性質(zhì)一、水溫二、顏色

三、透明度

四、氣味五、味道

六、導電性七、放射性

返回3、H深度處地下水的溫度（TH）：

TB-年常溫帶溫度，℃；h-年常溫帶深度，m；G-地熱增溫級，m／℃

。4、地下水按水溫分類：

類型過冷水冷水溫水熱水過熱水水溫，℃<00~2020~4242~100>100返回地下水一般無色，只有當水中含有某些離于成分、懸浮物或膠體成分時，才呈現(xiàn)不同的顏色。如：有機質(zhì)—黃色；硫化氫—翠綠色；氧化鐵—淺紅褐色；氧化亞鐵—淺藍綠色；硬水—淺藍色。

地下水中色度的測定采用鉑鈷標準比色法。最低檢測色度為5度。測定范圍:5度～50度。二、地下水的顏色返回

（三）地下水的透明度

地下水通常是無色透明的，當水中含有某種離子、膠體、有機質(zhì)或懸浮物質(zhì)時，透明度將降低。透明度的野外分級：

（3mm的粗線）返回五、味道地下水的味道取決于水中所含的化學成分和氣體成分。地下水一般淡而無味，若含有較多的氯化鈉，水具咸味；含較多的二氧化碳，水清涼可口，含碳酸鈣、鎂的水味美適口，稱“甜水”，若含有較多的有機質(zhì)或腐植質(zhì)，水有膩人的土甜味，不宜飲用；合硫酸納的水味澀，含氯化鎂和硫酸鎂較多的水味苦，且可引起嘔吐和腹瀉；含氧化鐵的水具有鐵銹味。返回六、導電性地下水的導電性取決于水中溶解的電解質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)，即取決于各種離子的含量和離子價。離子含量越多，價數(shù)越高，則水的導電性越強。此外，溫度也影響導電性。

返回七、放射性地下水的放射性取決于水中放射性物質(zhì)的含量。大多數(shù)地下水都具有放射性，但其含量微弱。放射性礦床與酸性火成巖地區(qū)的地下水具有較高的放射性。水按放射性分級：

分級水中放射氣含量（埃曼）鐳水中鐳的含量（g/l)強放射性水>300>10-9中等放射性水100~30010-10~

10-9弱放射性水35~10010-11~

10-10注：氡的濃度一般用單位體積空氣中所含的放射性活度來表示，其國際單位為貝可/升(Bq/L)，非國際單位有居里/升，艾曼。1居里/升=1×1010艾曼=3.7×1010Bq/L。1Bq=1次衰變/秒返回1、地下水中的主要氣體地下水中常見的氣體成分有O2、N2、CO2、H2S和CH4等，氣體在地下水中的含量通常不高，每升水數(shù)毫克到數(shù)十毫克。但是它們能很好地反映地下水的形成環(huán)境（溫、壓條件和地質(zhì)條件），同時某些氣體的含量會影響鹽類在水中的溶解度以及其它化學反應。

返回2、地下水中主要離子成分地下水中含很多離子成分．但是在水中分布最廣、含量最多的主要有七種，即Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。它們是人們評價地下水化學成分的主要項目。次要離子有CO32-、NO3-、NO2-、OH-、H+、NH4+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、PO43-等。

返回3、地下水中的其他化學成分

（1）微量成分：如Br、I、F、Ba、Li、Sr、Se、Co、Mo、Cu、Pb、Zn、B、P、As等。它們來源于地球深部或海洋。微量元素對人體健康有明顯的影響。（2）膠體化合物：地下水中分布最廣的膠體化合物有Fe(OH)3、A1(OH)3和SiO2等及有機膠體。有機膠體分布較廣，在氣候炎熱的沼澤地帶含量較高。（3）有機物：地下水中常含一定數(shù)量的有機質(zhì)。有機質(zhì)是以碳、氫、氧為主的高分子化合物，其他成分尚有氮、磷、硫等。有機質(zhì)中穩(wěn)定的腐植酸主要以膠體形式存在于地下水中，部分呈懸浮狀態(tài)的有機酸及特殊高分子腐植酸能溶于水成為真溶液，富集于土壤及沼澤水中，其含量從小于1mg／L到數(shù)百mg/L，一般在10mg／L左右。呈黃色、黑色及灰黑色，并有特殊的氣味和味道。有機質(zhì)的形成主要由于生物化學作用，由生物的排泄物或生物遺骸分解形成。（4）微生物：①氧化環(huán)境：硫細菌、鐵細菌等；②還原環(huán)境：脫硫酸細菌等；③污染水：致病細菌。返回1、總礦化度

總礦化度表示地下水中含鹽量的多少，是表征水礦化程度的指標。它指地下水中所含各種離于、分子及化合物的總量，以g/L表示。它包括所有溶解狀態(tài)和膠體狀態(tài)的成分，但不包括游離狀態(tài)的氣體成分。總礦化度可根據(jù)化學分析所得全部離子量、分子量及化合物量相加求得（總含鹽量）。也可以在105—110℃的溫度下將水烘干所得的干涸殘余物表示（總?cè)芙夤腆w）。總?cè)芙夤腆w（TDS）≈總含鹽量-1/2HCO3-

地下水按總?cè)芙夤腆w分類：地下水類型TDS（g/l)地下水類型TDS（g/l)淡水<1鹽水10~50微咸水1~3鹵水>50咸水3~10返回2、酸堿度水的酸堿度取決于水中H+濃度。水的酸堿度對人體健康和金屬設備有重要影響。如弱堿性水對人體健康有利；地下水的pH值小于4時，對金屬有劇烈的腐蝕作用，礦井酸性水強烈腐蝕井下排水設備和管道，并污染環(huán)境。地下水按酸堿度分類：水的類型pH值水的類型pH值強酸性水<5弱堿性水7~9弱酸性水5~7強堿性水>9中性水7返回3、硬度硬度是由于水中含有Ca2+、Mg2+而具有的性質(zhì)。硬度大的水對生活和工業(yè)用水都有不良的影響：硬度大的水味道差，且易引起腸胃不適，我國飲用水規(guī)定“不超過25度”，用硬水洗衣使肥皂泡沫減少，煮菜、煮飯不易燒熟，鍋爐用硬水易形成鍋垢，甚至因不均勻?qū)嵋疱仩t爆炸，硬度大的水會影響印染、造紙等工業(yè)的質(zhì)量。總硬度：水中含Ca2+、Mg2+的總量稱為總硬度。暫時硬度：指水加熱沸騰后，由于脫碳酸作用，而從水中失去的那部分Ca2+、Mg2+含量，主要為Ca2+、Mg2+的碳酸鹽。永久硬度：水加熱沸騰后，仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量稱為水的永久硬度，主要為Ca2+、Mg2+的硫酸鹽和氯化物?，F(xiàn)階段根據(jù)國家化學分析標準計量要求，硬度按mg/L（以CaCO3計）表示。硬度1Mmol/L=100mg/L（以CaCO3計）硬度1度=17.9mg/L（以CaCO3計）

4、侵蝕性地下水的侵蝕性主要表現(xiàn)為含侵蝕性CO2水對混凝土的侵蝕，硫酸對混凝土的侵蝕及酸性水對機械設備的侵蝕。

返回1、地下水化學成分的分析與表示當為飲用水水源勘察時，應根據(jù)飲用水水質(zhì)標準（GB5749-85）的要求進行分析，分簡分析和全分析兩種。簡分析多采用簡易水質(zhì)分析箱在現(xiàn)場進行分析。全分析一般是對簡分析結(jié)果進行檢驗和補充，目的在于比較全面地了解區(qū)域地下水化學特征。通常是在簡分析取樣的基礎上，選取有代表性的水樣，在專門化驗室進行化驗。

簡分析項目：除物理性質(zhì)（溫度、顏色、透明度、嗅味、味道等）外，還應定量分析以下各項：PH值、游離CO2

、Cl-、SO4-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+及TDS-總礦化度等。

全分析項目：除簡分析項目外，增加分析NH4+、Fe3+、Fe2+、CO32-

、NO2-、NO3-、侵蝕性CO2、耗氧量、H2S、H2SiO3，并計算總硬度、永久硬度和暫時硬度。此外，有時還需作專項分析，如增加分析細菌及有毒成分。地下水的常用表示方法--庫爾洛夫式：

1、將陰、陽離子分別標示在橫線上、下,按毫克當量百分數(shù)自大而小的順序排列,小于10%的離子不予標示。

2、橫線前依次標示氣體成分、特殊成分及礦化度(用M表示),單位均為g/L。

3、橫線后以字母t為代號,表示水溫,單位為℃。

4、式中各成分含量一律標于該成分符號的右下角,原子數(shù)則移至右上角。即：

陰離子成分原子數(shù)毫克當量百分數(shù)

氣體成分含量特殊成分含量M含量t水溫℃

陽離子成分毫克當量百分數(shù)例如某水樣的庫爾洛夫式為：

返回第二步，按礦化度（M）的大小劃分為4組。A組——M≤1.5g/L；

B組——1.5＜M≤10g/L；C組——10＜M≤40g/L；

D組——M＞40g/L。第三步，將地下水化學類型用阿拉伯數(shù)字（1～49）與字母

（A、B、C或D）組合在一起的表達式表示。例如，1—A型，表示礦化度（M）不大于1.5g/L的HCO3-Ca型水，沉積巖地區(qū)典型的溶濾水；49—D型，表示礦化度大于40g/L的Cl-Na型水，該型水可能是與海水及海相沉積有關(guān)的地下水，或是大陸鹽化潛水。陰離子陽離子HCO3-HCO3-+SO42-HCO3-+SO42-+Cl-HCO3-+Cl-SO42-SO42-+Cl-Cl-Ca2+181522293643Ca2++Mg2+291623303744Mg2+31017？24？3138？45Na++Ca2+4111825323946Na++Ca2++Mg2+5121926334047Na++Mg2+6132027344148Na+7142128354249返回1.3化學成分的形成和演變一、原始成分的影響

地下水大都來源于大氣降水、地表水和凝結(jié)水補給，繼承了各種補給源的原始成分。二、水文地球化學作用1、溶濾作用：巖石中的可溶部分被溶解轉(zhuǎn)入地下水；2、蒸發(fā)濃縮作用：地下水中的含鹽量相對增加；3、離子的交換和吸附作用：地下水與巖石之間發(fā)生物質(zhì)交換；4、脫硫酸作用：在有機物和脫硫酸細菌作用下，硫酸鹽被分解成H2S和HCO3-；5、脫碳酸作用：在溫度升高、壓力降低的情況下CO2自水中逸出并形成碳酸鹽沉淀。三、人類活動返回二、研究表明其他一些常見病也與飲用水有一定關(guān)系：如飲用軟水的城市心血管病死亡率高，飲用硬水的城市心血管病死亡率低。高血壓癥、腦溢血癥死亡率高的地區(qū)多為酸性硅質(zhì)水；當SiO2含量高于20mg/L時可促使癌癥的高發(fā)，足夠的鈣對“抵御”癌癥有明顯的作用，胃癌的分布與酸性軟水區(qū)有關(guān)，蘇格蘭皮膚癌的發(fā)病率高與飲用水中As高有關(guān)，太行山中南部的食管癌高發(fā)區(qū)與飲用“死水”（用旱井、澇池、坑塘等貯存的雨水）有關(guān)。而含適量某些成分的地下水有醫(yī)療價值。如飲用含鋰的水可減少動脈硬化及降低精神錯亂的患病率。三、飲用被重金屬（汞、鎘、鉛、鉻、釩、鈷、鋇等）和難分解有機物（多氯聯(lián)苯、有機農(nóng)藥、多環(huán)芳烴等）污染的地下水輕則身體出現(xiàn)不適，重則致命。返回1.5地下水水質(zhì)評價一、地下水水質(zhì)的概念二、評價依據(jù)三、評價指標四、地下水分類五、評價方法六、評價的一般步驟七、供水水質(zhì)評價

1、生活飲用水水質(zhì)評價；2、飲用天然礦泉水水質(zhì)評價；3、工業(yè)用水水質(zhì)評價；4、農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)評價返回一、地下水水質(zhì)的概念地下水水質(zhì)是地下水對人類生活及生產(chǎn)活動用水要求的適宜程度。地下水水質(zhì)的好壞不僅取決于其本身的物理性質(zhì)、化學組成及生物特性，而且與其具體用途有關(guān)。返回二、評價依據(jù)地下水水質(zhì)評價依據(jù)為GB／T14848-1993《地下水質(zhì)量標準》?；蚋鶕?jù)用水目的選擇相應的用水標準。返回三、評價指標《地下水質(zhì)量標準》涉及指標共39項，其中：感官性狀指標4項：色、嗅和味、渾濁度、肉眼可見物；細菌學指標2項：總大腸菌群、細菌總數(shù)；放射性指標2項：總a放射性、總B放射性；有機組分指標4項：揮發(fā)性酚類、陰離子合成洗滌劑、滴滴涕、六六六；一般化學指標和無機組分指標28項：pH值、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、氟化物、硝酸鹽、鋅等。其中規(guī)定為水質(zhì)監(jiān)測項目（20項）為：pH值、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、氰化物、砷、汞、鉻(六價)、總硬度、鉛、氟、鎘、鐵、錳、總?cè)芙夤腆w、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽、氯化物、大腸菌群，以及反映地區(qū)主要水質(zhì)問題的其他項目。同時還明確規(guī)定了參加地下水水質(zhì)綜合評價的項目應不少于標準規(guī)定的監(jiān)測項目，但不包括細菌學標準。

返回類別用途Ⅰ類主要反映地下水化學組分的天然低背景含量，適用于各種用途Ⅱ類主要反映地下水化學組分的天然背景含量，適用于各種用途Ⅲ類以人體健康基準值為依據(jù)，主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水Ⅳ類以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水要求為依據(jù)，除適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水外。適當處理后可作生活飲用水Ⅴ類不宜飲用，其他用水可根據(jù)使用目的選用四、地下水水質(zhì)分類《地下水質(zhì)量標準》還參照了生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)最高要求，根據(jù)地下水各指標的含量特征，將地下水水質(zhì)分為五類，不同的類別反映了不同的水質(zhì)狀況和該類別水體的主要用途。

返回1、單因子評價方法2、綜合評價方法（1）綜合指數(shù)法（2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型（3）模糊綜合評判法（4）灰色聚類法五、地下水水質(zhì)評價方法返回1、確定評價范圍2、通過水質(zhì)監(jiān)測查明地下水的物理性質(zhì)、化學成分、衛(wèi)生條件和變化規(guī)律。檢驗方法，按國家標準GB5750《生活飲用水標準檢驗方法》執(zhí)行。監(jiān)測頻率不得少于每年二次(豐、枯水期)。3、選擇評價標準、評價指標及評價方法4、總結(jié)評價結(jié)果

六、地下水水質(zhì)評價的一般步驟返回地下水質(zhì)量分類指標

項目序號

項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類1色(度)≤5≤5≤15≤25>252嗅和味無無無無有3渾濁度(度)≤3≤3≤3≤10>104肉眼可見物無無無無有5pH

≤1506.5～8.5

5.5～6.5

8.5～9<5.5，>96總硬度≤150≤300≤450≤550>5507TDS≤50≤500≤1000≤2000>20008硫酸鹽≤50≤150≤250≤350>3509氯化物≤0.1≤150≤250≤350>35010鐵≤0.05≤0.2≤0.3≤1.5>1.511錳≤0.01≤0.05≤0.1≤1.0>1.012銅≤0.05≤0.05≤1.0≤1.5>1.513鋅≤150≤0.5≤1.0≤5.0>5.0項目序號

項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類14鉬≤0.001≤0.01≤0.1≤0.5>0.515鈷≤0.005≤0.05≤0.05≤1.0>1.016揮發(fā)性酚類≤0.001≤0.001≤0.002≤0.01>0.0117陰離子合成洗滌劑不得檢出≤0.1≤0.3≤0.3>0.318高錳酸鹽指數(shù)≤1.0≤2.0≤3.0≤10>1019硝酸鹽≤2.0≤5.0≤20≤30>3020亞硝酸鹽≤0.001≤0.01≤0.02≤0.1>0.121氨氮≤0.02≤0.02≤0.2≤0.5>0.522氟化物≤1.0≤1.0≤1.0≤2.0>2.023碘化物≤0.1≤0.1≤0.2≤1.0>1.024氰化物≤0.001≤0.01≤0.05≤0.1>0.125汞≤0.00005≤0.0005≤0.001≤0.001>0.00126砷≤0.005≤0.01≤0.05≤0.05>0.0527硒≤0.01≤0.01≤0.01≤0.1>0.128鎘≤0.0001≤0.001≤0.01≤0.01>0.01項目序號

項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類29鉻(六價≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.130鉛≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.131鈹≤0.00002≤0.0001≤0.0002≤0.001>0.00132鋇≤0.01≤0.1≤1.0≤4.0>4.033鎳≤0.005≤0.05≤0.05≤0.1>0.134滴滴涕不得檢出≤0.005≤1.0≤1.0>1.035六六六≤0.005≤0.05≤5.0≤5.0>5.036總大腸菌≤3.0≤3.0≤3.0≤100>10037細菌總數(shù)(個/L)≤100≤100≤100≤1000>100038總σ放射性(Bq/L)≤0.1≤0.1≤0.1>0.1>0.139總β放射性(Bq/L)≤0.1≤1.0≤1.0>1.0>1.0返回1、單因子評價方法項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類硒（mg/l）≤0.01≤0.01≤0.01≤0.1>0.1汞（ug/l）≤0.05≤0.5≤1≤1>1總硬度（mg/l）≤150≤300≤450≤550>550硝酸鹽（mg/l）≤2.0≤5.0≤20≤30>30錳（mg/l）≤0.01≤0.05≤0.1≤1.0>1.0亞硝酸鹽（mg/l）≤0.001≤0.01≤0.02≤0.1>0.1表2三個地區(qū)水質(zhì)狀況表1地下水質(zhì)量標準地區(qū)號硒（mg/l）汞（ug/l）總硬度（mg/l）硝酸鹽（mg/l）錳（mg/l）亞硝酸鹽（mg/l）100.02360.825.60.6020.020.4420.732.50.20.0230.030.5380.912.40.080.01地區(qū)號硒（mg/l）汞（ug/l）總硬度（mg/l）硝酸鹽（mg/l）錳（mg/l）亞硝酸鹽（mg/l）1Ⅰ類Ⅰ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅳ類Ⅰ類2Ⅳ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅴ類Ⅳ類Ⅲ類3Ⅳ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅲ類Ⅲ類Ⅱ類返回(1)綜合指數(shù)法1、首先進行各單項組分評價，劃分組分所屬質(zhì)量類別。類別ⅠⅡⅢⅣⅤFi0136102、對各類別按下表分別確定單項組分（不包括細菌學指標）評價分值Fi。地區(qū)號硒（mg/l）汞（ug/l）總硬度（mg/l）硝酸鹽（mg/l