水文地球化学电子教案ppt课件.ppt

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1、水文地球化学基础主讲：苏春利中国地质大学（武汉）环境学院1第二讲形成地下水化学成分的地球化学过程2与地下水化学组分形成有关的主要地球化学过程溶解与沉淀过程氧化还原过程离子交换过程蒸发浓缩过程混合过程生物化学过程（微生物参与）3溶解与沉淀作用是最常见的水-岩相互作用，对天然地下水化学成分的形成和地下水污染控制均具有重要的意义一、溶解作用分类全等溶解（Congruentdissolution）矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物都是溶解组分不全等溶解（Incongruentdissolution）矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物除溶解组分外，

2、还包括一种或多种新矿物或非晶质固体组分第一节地下水中的溶解－沉淀作用4二、影响溶解与沉淀作用的主要因素1、溶解度溶解度对于地下水化学成分的影响往往与水交替条件有关对矿物溶解顺序的影响：在水交替积极的地区，地下水首先淋滤氯化物，然后淋滤硫酸盐矿物，最后淋滤难溶的碳酸盐矿物和铝硅酸盐矿物；对矿物在水中饱和程度的影响：一般而言，溶解度愈大的矿物，在地下水中愈难达到溶解平衡，但在水交替滞缓的条件下，组成这些易溶矿物的离子可以在地下水中不断积累。52、pH值pH值是决定天然水中许多元素溶解性的重要因素Na、Ca、NO3和Cl等少数几种离子可存在于各种pH条

3、件下的天然水中；多数金属元素在酸性条件下以阳离子形式存在，而当pH值增高时，即以氢氧化物或偏碱性的盐类形式从水中沉淀出来(如Fe3+)；一些金属元素（如Cu、Zn等）发生沉淀的pH略高一些（Cu为5.3,Zn为7）63、温度和压力温度和压力对某些矿物，如石英、玉髓、非晶质SiO2的溶解度有显著影响。在结晶岩地区的热泉口，由于温度和压力降低，SiO2的溶解度也降低，形成硅华；碳酸盐矿物的溶解度取决于CO2分压，pH值，温度等，一般而言，CO2分压越高、温度越低，气体在水中的溶解度越大，如CO2分压降低则发生脱碳酸作用，形成钙华。7易混淆的几种地下水

4、沉积物硅华：由于压力降低或温度下降，SiO2的溶解度随之降低形成碳酸盐矿物的溶解度取决于CO2分压，pH值，温度等，一般而言，CO2分压越高、温度越低，气体在水中的溶解度越大，如CO2分压降低则发生脱碳酸作用，形成钙华硫华：地下水中的H2S由于与大气环境接触而被氧化，析出单质硫盐华：松散岩层中的地下水经毛细管作用上升至地表附近，在干旱气候条件下不断蒸发浓缩，沉淀出盐类矿物84、混合作用定义：两种或几种性质和化学成分不同的水相混合，形成具有新的性质和化学成分的水，这一过程称为混合作用，例如：海水入侵混合抽水9几种常见的混合作用混合溶蚀现象：当两种均

5、含有侵蚀性CO2的水相混合，会导致水的溶蚀能力增强（原本对方解石饱和的两种地下水在混合后将变得对方解石不饱和，见p.24）含有对抗盐的地下水（如NaHCO3型水与CaCl2型水，Na2SO4型水与CaCl2型水）相混合时，沉淀析出固相物质：CaCl2+2NaHCO3→2NaCl+CaCO3↓+H2O↑+CO2↑不同温度水的混合，有时可导致沉淀105、气候气候要素包括降雨量、蒸发量和气温，上述要素对地下水、特别是浅层地下水的化学组分具有明显的影响潮湿气候带中等温潮湿气候区：雨量充足，水交替积极，生物成因CO2含量较高，地下水中的pH值较低，这种地区

6、浅部多形成淡水。寒冷的潮湿气候区：有机物质降解速度较低，土壤多属于富含腐殖质的酸性还原环境，地表水和潜水中含有大量的腐殖酸，Fe2+、Mn2+含量常较高，使水呈茶褐色。干旱-半干旱气候区的平原地带蒸发比较强烈，地下水溶液逐渐浓缩，矿化度不断增高。以溶解度较大的盐类（NaCl、Na2SO4）为主。土壤中生物成因CO2含量较低，故HCO3-含量较低。11第二节碳酸平衡EquilibriuminCarbonateSystem主要内容:天然地下水中碳酸的存在形式及其控制因素pH值对于水中溶解碳酸化合物存在形式的影响水中碳酸化合物含量的基本计算方法两种水混

7、合后pH值的计算方法二氧化碳分压对碳酸平衡系统的影响121、水中碳酸化合物存在形式与pH值的关系地下水中碳酸化合物的来源：多种成因的二氧化碳气体的溶解岩石土壤中碳酸盐和重碳酸盐矿物的溶解人工水质处理过程加入或产生的碳酸化合物三种存在形态：游离碳酸H2CO3或游离CO2(aq)重碳酸根离子碳酸根离子分子态的两种碳酸在平衡时，CO2形态占最主要地位，故可以把水中的溶解性气体含量作为游离碳酸总量13碳酸平衡地下水中三种碳酸的浓度和分配比例受二氧化碳分压和pH值控制，但就三种形态碳酸的分配比例而言，只是pH值的函数。若水中碳酸化合物总量以C（DIC）表示

8、，则有：在稀溶液中，挥发性溶质的分压以巴为单位，等于溶质的摩尔数（亨利定律），适用于难溶气体14亨利定律Henry'slaw一定温度下，