水化學(xué)分類、水化學(xué)數(shù)據(jù)處理

水文地球化學(xué)主講：郭清海中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院一門關(guān)于地下水的科學(xué)水化學(xué)分類、水化學(xué)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(dāng)量量綱：以Meq/L表示毫克當(dāng)量表示某物質(zhì)和1mg氫的化學(xué)活性或化合力相當(dāng)?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(jià)/化學(xué)結(jié)構(gòu)式量mg/L＝(meq/L)×化學(xué)結(jié)構(gòu)式量/化合價(jià)毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)（Meq％）＝近年來，水分析中傾向于使用mg/L，因?yàn)閙g/L法代表了大多數(shù)水化學(xué)組分所用的分析方法，即分析一已知體積溶液中的物質(zhì)質(zhì)量，而不是一已質(zhì)量溶液中物質(zhì)的質(zhì)量。常用濃度量綱庫爾洛夫式具有一目了然的特點(diǎn)，是以數(shù)學(xué)分式形式表示水化學(xué)成分的方法，但并無數(shù)學(xué)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?qū)懗龈髦饕帯㈥栯x子的化學(xué)式及其Meq%值。沿用慣例，只列出Meq%>10%的陰、陽離子，若認(rèn)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(diǎn)：１、一般只寫出其含量超過區(qū)域背景值或國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（為礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，飲用水標(biāo)準(zhǔn)，漁業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)）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(biāo)準(zhǔn)，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(shí)較高，構(gòu)成了主要陰離子（>10%），這時(shí)，主體式中就須列出實(shí)例1：江西崇仁縣馬鞍坪，某下降泉水化學(xué)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(shí)例2：烏克蘭南部某農(nóng)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(shí)較高，構(gòu)成了主要陰離子（>10%），這時(shí)，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(shí)間內(nèi)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(xué)成分庫爾洛夫式為：

課堂作業(yè)1：

一水樣成分如下(mg/L):（簡(jiǎn)分析結(jié)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(xué)、合理地開發(fā)利用地下水資源，除應(yīng)評(píng)價(jià)水資源量外，還必須評(píng)價(jià)水質(zhì)在水量方面可把水資源分為補(bǔ)給資源和儲(chǔ)存資源在水質(zhì)方面對(duì)地下水的劃分有三種：按成因分：滲入成因、沉積成因、內(nèi)生成因按溶解組分和水化學(xué)指標(biāo)分（本節(jié)講）按潛在用途分：飲用水、農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、醫(yī)療礦水、工業(yè)礦水……水化學(xué)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(xì)分為：25-40℃溫水40-60℃溫?zé)崴y(tǒng)稱低溫地?zé)豳Y源60-90℃熱水90-150℃中溫地?zé)豳Y源﹥150高溫地?zé)豳Y源3.按主要離子組分分類

大多考慮主要陰、陽離子的相對(duì)含量?jī)煞N常用的水化學(xué)分類方法舒卡列夫分類編號(hào)命名法順序命名法蘇林分類舒卡列夫分類——編號(hào)命名法根據(jù)地下水中Ca、Mg、Na(Na+K)、Cl、SO4、HCO3將Meq百分?jǐn)?shù)大于25%的陰離子和陽離子進(jìn)行組合，每種類型以阿拉伯?dāng)?shù)字為代號(hào)，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(shí)在數(shù)字與字母間加連接號(hào)，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(xué)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(shí)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(yīng)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(xué)親和力的強(qiáng)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(xué)類型分類——蘇林分類法（1）γCl-﹤γNa+（毫克當(dāng)量數(shù)）CaMgNaHCO3SO4ClMeq%堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)Na2SO4型水A：B：CaMgNaHCO3SO4ClMeq%堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)NaHCO3型水Meq%MgCl2型水A：B：CaMgNaHCO3SO4ClMeq%堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)CaCl2型水（2）γCl->γNa+（毫克當(dāng)量數(shù)）CaMgNaHCO3SO4Cl堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)為什么要如此分類呢？蘇林1948年提出這一分類原則時(shí)，是為了區(qū)分四種產(chǎn)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(xué)類型與地下水形成環(huán)境之間并不存在唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。比如，CaCl2型水確實(shí)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(xué)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(xué)來源的氣體：CH4、CO2、N2、H2S、H2、O2、NH3、碳?xì)浠衔铮ㄒ淹?、丙烷、丁烷等）化學(xué)來源的氣體：CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、HCl、HF、SO2、NH3，如：

放射性和核反應(yīng)來源的氣體：He、Rn4.按地下水中溶解氣體分類

地下水中經(jīng)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(jìn)食欲、消除疲勞，對(duì)高血壓，外傷潰瘍等均有療效在工程建設(shè)中，必須查明水中侵蝕性CO2是否構(gòu)成對(duì)水泥、混凝土的侵蝕。因此，研究水中氣體十分必要。A、實(shí)際意義

指示地下水的成因（來源不同），更重要的是，它們?cè)诤艽蟪潭壬蠜Q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(xué)成因、還原環(huán)境CO2主要指示潛育環(huán)境或變質(zhì)、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(duì)地下水進(jìn)行分類氧化水組（以O(shè)2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(qiáng)還原水組(CH4為主，有部分生物成因的CO2、N2和H2S)變質(zhì)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(qiáng)還原地下水化學(xué)成分的圖示法地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理圓形圖示法柱形圖示法地下水化學(xué)成分的圖示法地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理多邊形圖示法半對(duì)數(shù)圖示法地下水化學(xué)成分的圖示法地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理三線圖的優(yōu)點(diǎn)：能把大量的水分析資料點(diǎn)繪在同一張圖上，依據(jù)其分布情況可解釋許多水文地質(zhì)問題。Piper認(rèn)為該法能判斷某種水是否是另外兩種水簡(jiǎn)單混合的結(jié)果。Piper三線圖：由兩個(gè)三角形及一個(gè)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