地下水化学成分的分析内容与表示方法

Answer 1

(一)地下水化学成分的分析内容

地下水化学成分的分析是水文地质研究的基础。工作目的与要求不同，分析项目与精度也不同。在一般水文地质调查中，分析方法主要有简分析和全分析，有时为了配合专门任务，则要进行专项分析。

简分析用于了解区域地下水化学成分的基本情况，可在野外利用专门的水质分析箱就地进行。简分析项目少，精度要求低，简便快速，成本不高，技术上容易掌握。分析项目除物理性质(温度、颜色、透明度、嗅味、味道等)外，还应定量分析Cl^－，SO^2－₄，HCO^－₃，Ca²⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺，总硬度，pH值等。

通过计算可求得水中各主要离子含量及总矿化度。定性分析的项目则不固定，较常见的有:NO^－₃，NO^－₂，NH⁺₃，Fe²⁺，Fe³⁺，H₂S及耗氧量等。分析这些项目是为了初步了解水质是否适合于饮用。

全分析项目较多，要求精度高。通常在简分析的基础上选择有代表性的水样进行全分析，以便全面了解地下水的化学成分，并对简分析结果进行验核。全分析并非分析水中的全部成分，一般定量分析HCO^－₃，SO^2－₄，Cl^－，CO^2－₃，NO^－₂，NO^－₃，Ca²⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺，NH⁺₃，Fe²⁺，Fe³⁺，H₂S，CO₂，耗氧量，pH值及干涸残余物等。

在进行地下水的化学分析的同时，必须对有关的地表水体取样分析，也要考虑大气降水的化学成分，因为它们和地下水有水力联系，直接或间接地影响地下水的化学成分。

地下水化学分析的结果，可以不同方法表示。

(二)地下水化学成分的表示方法

1.离子表示方法

由于地下水中的成分主要以离子状态存在，所以水分析的结果应以离子的形式表示，才能代表其存在的真实情况。离子含量有四种表示方法，即:每升的毫克数;每升的毫克当量数;毫克当量百分数;每升的毫摩尔数(毫摩尔浓度)。

(1)离子毫克数

离子毫克数是以离子在水中的实际质量(每升水中所含毫克)来表示水化学成分的一种方法。这种表示方法并未反映水溶液中各种离子之间的化合关系。

(2)离子毫克当量数

元素互相化合时，皆以当量为准。以离子在水中的当量数来表示化学成分，可以反映各种离子之间数量关系和水化学性质。

某离子的毫克当量数按下式计算:

普通水文地质学

普通水文地质学

水中阴、阳离子的当量总数理论上应该相等，否则就有错误，或者还有某些离子没有测出。据此原理，可以检查分析结果的正确性。

全分析时允许误差不超过2%;简分析时不超过5%。误差计算如下:

普通水文地质学

式中:Σa为1L水中阴离子毫克当量总数;ΣK为1L水中阳离子毫克当量总数;e为分析误差的百分数。

(3)离子毫克当量百分数

为了将矿化度不同的水进行比较和确定水的化学类型，通常将阴阳离子当量总数各作为100%来计算。离子毫克当量百分数可按下式计算:

普通水文地质学

上述三种表示方法各有优缺点，所以在实际工作中通常三种方法同时使用(表5－14)，以便互相补充。

表5－14 化学成分三种表示方法换算对比表

(4)摩尔表示法

摩尔是表示物质质量的单位，数值上等于该原子(离子)的原子量，如Ca²⁺为40，Cl^－为35.5。

离子的摩尔浓度以每升水中含该离子的摩尔数表示。

普通水文地质学

因毫克当量浓度和毫摩尔浓度不同，用毫摩尔百分数和用毫克当量百分数表示法得出的结果可能不同，所以得出的水化学类型也不同。毫克当量虽为非法定单位，但目前习惯上还是采用毫克当量百分数表示法来确定地下水的化学类型和进行水化学分类。

2.库尔洛夫式表示法

库尔洛夫式是用分数的形式来表示水化学成分的，分子表示阴离子，分母表示阳离子，单位为毫克当量百分数，排列次序从左到右为含量减少方向。含量小于10%毫克当量的离子不列入式内。矿化度(M)、气体成分及特殊组分，列在分式的左边，单位为g/L，右边列上水温(t℃)、pH值等。表示式中各种含量一律标于该成分符号的右下角，将右下角的原子数移至右上角，例如:

普通水文地质学

库尔洛夫式法表示简单，既能反映地下水的化学成分特征，又能据此直接确定出地下水化学类型。水化学类型定名时，只考虑毫克当量大于25%的阴、阳离子成分。上例地下水类型可定为HCO₃－Ca型水。

现有河北某区水化学分析结果如下(mg/L):

离子成分:［K⁺］:27.40，［Na⁺］:12.46，［Ca²⁺］:66.56，［Mg²⁺］:16.14，［NH⁺₄］:0.28，［Cl^－］:35.20，［SO^2－₄］:68.67，［HCO^－₃］:160.49，［NO^－₃］:61.66。

微量组分:［F^－］:0.11，［Sr］:0.37，［H₂SiO₃］:17.78，［CO₂］:1.33。

其他要素:M=386.51，pH=7.8，t=20℃，Q=15.78L/s

下面给出库尔洛夫式表示的计算过程。

(1)计算各离子毫克当量数

普通水文地质学

(2)计算各离子毫克当量百分数

阴离子的毫克当量总数为:

普通水文地质学

阳离子的毫克当量总数为:

普通水文地质学

(3)误差的计算

普通水文地质学

(4)计算各离子的毫克当量百分数

普通水文地质学

(5)书写库尔洛夫式

普通水文地质学

这种水的化学类型为HCO₃－Ca型水。