2022年4月25日

1. Groundwater Quantity

mass transport
物质运移：

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水化学方面
地下水污染
水文地球化学修复

关于水质的问题：

地下水中物质浓度的大小有助于掌握水循环
水的流动的水岩石作用

weight per weight unit质量浓度
weight per volume unit体积浓度

1ppm=1mg/L
1ppb=1$\mu g/L$

对于水来说，质量和体积可以换算，因为水的密度是1000g/cm3

为了不同离子之间可以对比
引入当量：
当量=分子量/电子数

浓度/分子量。

每升毫克当量

水质的指标：
常规指标：

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温度
PH
total Disssolved soilds
electric conducitvity
hardness
turbidity
溶解氧

逐个介绍
深部的地下水温度受地温控制；
geothermal gradient
地温梯度

TDS总溶解性固体；
悬浮物过滤后，溶解水中的物质的总称
与矿化度的区别：水的矿化度又叫做水的含盐量，是表示水中所含盐类的数量。水的矿化度通常以1升水中含有各种盐分的总克数来表示(克/升).根据矿化度的大小。
中文名称水的矿化度
英文名称mineralized degree of water
定　　义单位体积水体内所含各种离子、分子与化合物的总量。
TDS相对于矿化度小，小的原因是蒸发的时候碳酸氢根离子转变为二氧化碳溢出。
小的 部分是碳酸氢根含量的一般

电导率EC：离子越多，电导率越强。
TDS与电导率完全正相关。一般可用EC表示TDS
两者线性关系。

TDS越小，水质越好

小于500可以饮用
500-1000不适宜饮用，但可以作为生活用水
超过1500不适宜灌溉

超过1g/L就是咸水了saline

小于1g/L是淡水freshwater

大于100000mg/L是卤水Brine

1000-10000mg/L是微咸水Brackish

干旱地区很多地方的水都是咸水，是因为干旱地区的水多来自地下水，蒸发强，携带的盐分很高。

湖是咸水湖基本是内陆湖

水难以循环

硬度：
水中的钙镁大小
硬度越高，碳酸钙含量越高。
硬度越低越好

17mg/L升是分界

浊度
悬浮物、砂的含量的多少。

溶解氧
Dissolved Oxygen
溶解在水中的氧气：
范围0-18mg/L
在标准大气压下氧的溶解的饱和度就是18mg/L

Hypoxia
赤潮：氧气含量低，水生生物大量死亡，但是水体富营养化，
污染物排放多，水中的氮元素、磷元素含量增多，促进蓝藻和红藻类的植物大量繁殖，迅速消耗氧气、使其它水生生物死亡。

主要使农业化肥，生活粪便污水等

湖泊中出现此类现象称为水华现象

2.地下水中的物质存在状态：

Solid phase固相悬浮物
gas phase气体，气泡等
Liquid phase 液体不溶于水，
dnapl密度比水重
lnapl密度比水清

Solute phase溶质’

地下水中的气体有：
氧气、二氧化探、甲烷、硫化氢、二氧化氮

温室气体，二氧化碳、甲烷、二氧化氮
甲烷引起的温室效应是二氧化碳的28倍

甲烷主要是存在底泥中，底泥中释放的气泡就是甲烷

硝酸盐的来源是氨氮，进入地下经过硝化作用产生二氧化氮

还有一些少量的，氦氖氩氪氙

碳酸岩类溶解过程释放二氧化碳

溶质：
地下水中的溶质；按照浓度

重要组成>5mg/L
0.01~5微量元素
小于0.01痕量元素。

天然地下室的主要成分：
天然地下水的八大离子，占比90%，阴阳离子是平衡的
四个阳离子
钾、钠、钙、镁
四个阴离子
硫酸根离子、氯离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子

二氧化硅特殊——溶解态
Sodium:
Calcium

nitrate:硝酸盐

硝酸盐超过10mg/L不适合使用

地下水中的有机物
Toc总有机碳

四大阳离子中钾元素和钠元素性质比较接近，钾钠合并测试
四大阴离子中碳酸根离子和碳酸氢根离子合并测试。

• 利用水中的离子含量判断水的类型
• 比如TDS极低、可能是降雨或者纯净水
• TDS极高。可能是咸水——海水

借助图表判别地下水类型

• Piper diagram 八大离子，合并后六种离子

piper diagram常被用作水文地质研究中水样中化学成分的有效图形表示[1],是地下水水化学研究中使用最广泛的图表，用于表示一组水样的化学相的来源[2-3]。

图1中考虑了六个离子组的百分比值，分别是钙、镁和钠加钾阳离子，以及硫酸盐、氯化物和碳酸盐加碳酸氢根阴离子。

阳离子和阴离子由两个单独的三元图（左下，右下）显示，然后都投影到菱形上。在 Origin 中，它们被绘制为三层图。

• Stiff pattern diagram

形状发生变化则说明水化学类型不同
，发生了变化，辅助手段、比较直观

水化学在地下水中的化学反应

溶解、氧化、还原、生物地球化学反应、衰减作用五大类
排泄区TDS比较大，补给区TDS比较小
碳酸岩的溶蚀作用比较强，因此在碳酸岩发育的地区TDS更高，钙镁离子更高、硬度也更高。

calcium carboonate

Basic concepts

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2. Groundwater Flow