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2024-02-01
地下水的物理性质和化学成分
目录
contents
地下水基本概念与分类
物理性质分析
化学成分组成与特点
地下水污染状况评估与监测
地下水资源保护与可持续利用
案例分析：某地区地下水环境问题治理
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01
地下水基本概念与分类
地下水定义
地下水是指存在于地壳岩石裂缝或土壤空隙中的水，它不同于地表水，是地球水资源的重要组成部分。
形成过程
地下水主要来源于大气降水、地表水入渗以及地下岩石的溶滤作用。大气降水通过土壤层向下渗透，补充地下水储量；地表水如河流、湖泊等，在与地下水接触时也会发生入渗作用；地下岩石在长时间的水岩作用下，会溶解出部分矿物质，形成地下水的一部分。
地下水储量是指地壳内部含有的水资源的总量。它受到多种因素的影响，如气候、地形、地质构造和土壤类型等。
地下水储量
地下水的分布具有明显的区域性和层状特点。在山区，地下水主要赋存于岩石裂缝和溶洞中；在平原地区，地下水则主要分布于砂层、砾石层等透水层中。此外，地下水的分布还受到地质构造的控制，如断层、褶皱等地质构造会影响地下水的流动和聚集。
分布特点
根据地下水的埋藏条件、含水层性质以及水力特征等因素，可将地下水划分为不同类型，如潜水、承压水、裂隙水、岩溶水等。
地下水类型
潜水是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上的地下水，其水位受气候、地形等因素影响；承压水是指埋藏在两个隔水层之间的地下水，具有稳定的隔水顶板和底板，承受一定的静水压力；裂隙水是指赋存于岩石裂缝中的地下水，其分布和运动受裂缝发育程度控制；岩溶水是指赋存于可溶性岩石溶洞中的地下水，其形成和运动与岩溶发育程度密切相关。
划分依据
3
02
物理性质分析
地下水温度受地温梯度影响，通常随深度增加而升高；同时受季节和气候变化影响，表现出一定的周期性变化。
温度
地下水压力与水深、地形、地质构造和补给条件等因素有关；静水压力随深度增加而增大，动水压力则受水流速度和水力梯度影响。
压力
地下水密度与温度、压力和盐度等因素有关；在标准大气压下，纯水密度最大，随温度升高而减小，随盐度增加而增大。
密度
粘度
01
地下水粘度受温度、压力和化学成分等因素影响；在常温常压下，纯水粘度较小，随温度升高而减小，随压力增大而增大。
表面张力
02
地下水表面张力与温度、压力和溶质浓度等因素有关；纯水表面张力较大，随温度升高而减小，随溶质浓度增加而降低。
渗透性
03
地下水渗透性受岩土介质、孔隙度、裂隙发育程度和岩溶发育程度等因素影响；不同岩土介质具有不同的渗透系数，决定了地下水的渗透能力和流动速度。
地下水在岩土孔隙或裂隙中流动，遵循达西定律；在均质各向同性介质中，地下水呈层流状态，流速与水力梯度成正比。
流动规律
地下水流动受气象、水文、地质和人为活动等多种因素影响；气象因素如降雨、蒸发等改变地下水的补给和排泄条件；水文因素如河流水情、湖泊水位等影响地下水的动态变化；地质因素如地形地貌、地质构造和岩土性质等控制地下水的赋存和运动特征；人为活动如开采利用、灌溉排水等改变天然流场和补给条件。
影响因素
3
03
化学成分组成与特点
常见阳离子
包括钠离子(Na+)、钾离子(K+)、钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)等，其含量因地下水来源和流经的岩层不同而有所差异。
常见阴离子
包括氯离子(Cl-)、硫酸根离子(SO42-)、碳酸氢根离子(HCO3-)、硝酸根离子(NO3-)等，阴离子含量与阳离子含量相互关联，共同决定地下水的化学性质。
含量范围
各种离子的含量范围因地区、岩层、气候等因素而异，一般通过水质分析测试可获取具体数据。
放射性元素
部分地区的地下水中可能含有放射性元素，如铀、镭、氡等，这些元素对人体具有潜在的辐射危害，需要特别关注。
微量元素
地下水中还含有许多微量元素，如铁、锰、锌、铜、铅、镉等，这些元素在地下水中的含量通常很低，但对人体健康和生态环境仍有一定影响。
含量分析方法
一般采用原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等现代分析技术来测定地下水中的微量元素和放射性元素含量。
Piper三线图法
通过绘制Piper三线图，将地下水中的主要离子含量以图形的方式表示出来，从而直观地反映地下水的化学特征。
其他分类方法
根据不同的研究目的和需要，还可以采用其他分类方法，如按矿化度分类、按总硬度分类等。
舒卡列夫分类法
根据地下水中主要阴阳离子的组合情况，将地下水划分为不同的化学类型，如HCO3-Ca型、HCO3-Na型、Cl-Na型等。
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地下水污染状况评估与监测
通过对地下水流域内的工业、农业、生活等污染源进行调查和分析，确定主要的污染源及其排放方式。
污染源识别途径
根据污染源的排放强度、污染物的毒性及迁移转化能力等因素，评估污染源对地下水的危害程度。
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