第四章 水的地球化学循环及水文地球化学分带

1.总溶解固体（TDS）：指水中溶解组分的总量，包括了水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和气体。

2.生化需氧量（BOD）：至水中的微生物在降解水中有机物的过程中所消耗的氧的量。

3.化学需氧量（COD)：指采用化学氧化剂氧化水中的有机物和还原性无机物所需要消耗的氧的量。

4.离子交替吸附作用：当溶液中的一种离子被吸附到固体表面上时，固体表面上的另一种同性离子发生解析并释放出其所占据的表面空间。

5.阳离子交换容量：每100g干吸附剂可吸附阳离子的毫克当量数。

6.水动力弥散：示踪剂在注入地下水后，它就在流场中逐渐传播扩展，占据的区域越来越大，超出了按宏观平均流动所预期的范围。

7.弥散通量：由于弥散作用所引起的单位时间通过单位溶液面积的溶质质量。

8.同位素分馏：同位素以不同比例分配于两种物质或物相中的现象。

9.同位素交换反应：在同一体系中，物质的化学成分不发生改变（化学反应处于平衡状态），仅在不同的化合物之间、不同的物相之间或单个分子之间发生同位素置换或重新分配的现象。

10.等温吸附方程：在一定温度下达到吸附平衡是，溶质在液相中的浓度与其在固相中的含量之间的关系。

11.地下水污染：凡是在人类活动影响下，水质变化朝着恶化方向发展的现象。

12.水文地球化学：是研究地下水中化学组分的形成、分布、迁移和富集规律及其在生产实际中应用的一门科学。

13.同位素比值：样品中某元素的重同位素与常见轻同位素含量或丰度之比。

14.同位素丰度：某元素的各种同位素在给定的范畴，如宇宙、大气圈、水圈、岩石圈、生物圈中的相对含量称为~15.千分偏差值：样品的同位素比值相对于标准样品同位素比值的千分偏差。

16.碳酸盐硬度：由碳酸盐和重碳酸盐所引起的碱度称为~（又叫暂时硬度）。

17.非碳酸盐硬度：总硬度与碳酸盐硬度之差被称为~（又叫永久硬度）。

18.总有机碳TOC：~是水中各种形式有机碳的总量，以mg/L表示。

19.试说明影响大气降水氢、氧稳定同位素组成的主要因素有哪些，他们是怎么影响大气降水的同位素成分的？答：主要受两种因素的控制，其一为入渗雨水及地表水的同位素组成特征，其二是渗入地下室后的同位素组成所发生的变化。

水文地球化学基础知识【】work Information Technology Company.2020YEAR《水文地球化学基础知识》——（绝对一个字一个字打出来的，正版资料！）名词解释目录第一章水化学基础第一节溶解平衡 (4)第二节碳酸平衡 (6)第三节地下水中络合物的计算 (7)第四节氧化还原反应 (8)第二章地下水的化学成分的组成第一节天然水的组成 (10)第二节天然水的化学特性 (10)第三节元素的水文地球化学特性 (11)第四节天然化学成分的综合指标（三种） (11)第五节地下水化学成分的数据处理 (11)第三章地下水化学成分的形成与特征第一节地下水基本成因类型的概念 (11)第二节渗入成因地下水化学成分的形成与特征 (12)第三节沉积成因地下水化学成分的形成与特征 (12)第四章水的地球化学循环第一节地下水圈的概念 (13)第二节地壳中水的地球化学循环 (14)第三节成矿过程中水的地球化学循环 (14)第五章水文地球化学的应用第六章补充部分 (16)第一章 <水化学基础>第一节溶解平衡质量作用定律：一个化学反应的驱动力与反应物及生成物的浓度有关化学平衡与自由能体系：把所研究对象一个物体或一组相互作用的物体称为体系或系统，而体系（或系统）周围的其他物质称为环境。

状态及状态参数：热力学状态分为平衡状态和非平衡状态。

热力学平衡体系特性是由系列参数来表示当体系没有外界影响时，各状态参数若能保持长久不变，此体系称为热力学平衡状态。

焓：它是一种化学反应向环境提供的热量总值。

以符号“H”表示。

在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化，称为“标准生成焓”。

△H r=△H(生成物)-△H（反应物）△H r为正值，属吸热反应，△H r为负值，属放热反应自由能：在热力学中，自由能的含义是指一个反应在恒温恒压下所能做的最大有用功，以符号“G”表示。

在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的自由能变化，称为“标准生成自由能”，以“△Gf”表示△Gr=△G (生成物)- △G（反应物）△Gr为正值，反应在恒温恒压条件下不能自发进行，△Gr为负值，反应在恒温恒压条件下可以自发反应；△G=0，反应处于平衡状态。

水文地球化学精品课程【水文地球化学精品课程】1. 引言水文地球化学是研究水文系统中水文过程、物质迁移和转化的学科。

它涵盖了水文学、地球化学、环境科学等多个学科的知识体系，并提供了深入理解水文过程和水资源管理的工具。

本文将介绍一门关于水文地球化学的精品课程，该课程旨在为学生提供全面、深入和综合的水文地球化学知识。

2. 课程内容2.1 基础知识掌握在课程初级阶段，学生将学习水文学和地球化学的基础知识，包括水文循环、地下水运动、水文过程的数学建模，以及基本的地球化学原理和物质迁移过程。

通过理论课和实验室实践，学生可以掌握水文地球化学的基本概念和工具。

2.2 水文地球化学过程研究随着课程的深入，学生将学习水文地球化学的各个过程，如水文循环中的降水、蒸发和径流过程，地下水运动和污染物迁移过程等。

通过深入研究这些过程的机理和影响因素，学生能够理解和预测水文地球化学过程的变化和演化规律。

2.3 水资源管理和环境保护本课程还将重点讲解水资源管理和环境保护方面的内容。

学生将学习如何有效利用和管理水资源，如地下水开采和水质保护措施等。

他们还将了解水文地球化学在环境保护中的应用，如水污染治理和生态修复等。

这些知识对于解决当前和未来的水资源问题至关重要。

3. 课程教学方法3.1 理论课讲授课程将通过理论课的讲授来传授水文地球化学的相关知识。

教师将从基础概念入手，逐步深入讲解各个过程和理论模型，并结合案例和实例进行说明。

这种由浅入深的教学方式有助于学生逐步建立知识体系，更好地理解水文地球化学的复杂性。

3.2 实验室实践为了巩固理论知识，并提供实践机会，课程还设置了实验室实践环节。

学生将亲自进行实验和数据分析，以探究水文地球化学过程和机制。

这些实验能够培养学生的实际动手能力和创新思维，使他们能够独立进行研究和解决问题。

3.3 案例分析和论文阅读为了拓宽学生的视野，课程还组织了案例分析和论文阅读的活动。

学生将学习水文地球化学领域的前沿研究，了解最新的研究进展和趋势。

地下水水文地球化学地下水是地球上存在的一种重要的水资源，对于水文地球化学的研究有着重要的意义。

本文将从地下水的形成、组成和水文地球化学的相关研究内容进行阐述。

地下水是指位于地下的水体，主要来源于降雨和地表径流的渗透，并经过多种地质和地球化学过程的作用而形成。

地下水在地下岩石中通过孔隙和裂隙储存，并与岩石中的矿物质发生相互作用，形成了独特的水文地球化学特征。

地下水的组成主要包括水分子、溶解质和悬浮物。

水分子是地下水的基本组成部分，溶解质包括无机盐、有机物和气体等，而悬浮物则主要来自于地下岩石的颗粒物质。

地下水的组成对于水文地球化学的研究有着重要的影响。

水文地球化学是研究地下水的化学特征和地球化学过程的学科。

它主要包括地下水的水化学特征、地下水的起源和演化、地下水与岩石的相互作用等内容。

通过对地下水的水化学特征的研究，可以了解地下水的来源、地下水的运移、地下水的质量等信息，对于地下水资源的合理开发和利用具有重要的指导意义。

地下水的水化学特征主要包括pH值、电导率、溶解氧等指标。

这些指标可以反映地下水的酸碱性、盐度和含氧量等信息。

地下水的pH 值反映了地下水的酸碱性，通常在7左右为中性。

地下水的电导率反映了地下水中溶解物质的含量和种类，电导率越高，溶解物质的含量越多。

地下水的溶解氧反映了地下水中氧气的含量，溶解氧的含量越高，地下水的水质越好。

地下水的起源和演化是地下水研究的重要内容之一。

地下水的起源主要包括大气降水、地表水和地下水的补给。

地下水的演化包括地下水的成因、地下水的渗流和地下水的补给等过程。

地下水与岩石的相互作用是地下水研究的另一个重要内容，它包括地下水中溶解物质的来源和地下水与岩石的反应等过程。

地下水的水文地球化学研究在地下水资源的开发和利用中具有重要的意义。

通过对地下水的水化学特征的研究，可以了解地下水的水质状况，从而制定合理的水资源管理措施。

通过对地下水的起源和演化的研究，可以了解地下水的补给途径，从而指导地下水资源的合理开发和利用。

水文地球化学研究现状、基本模型与进展摘要：1938 年, “水文地球化学”术语提出, 至今水文地球化学作为一门独立的学科得到长足的发展, 其服务领域不断扩大。

当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。

其研究方法也日臻完善。

随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究, 以及人类开发资源和保护生态的需要, 水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域, 并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。

早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开, 在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果( 沈照理, 1985) 。

水文地球化学在利用地下水化学成分资料, 特别是在查明地下水的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。

20 世纪60 年代后, 水文地球化学向更深更广的领域延伸, 更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用( 任福弘, 1993) 。

1981 年, Stumm W 等出版了5水化学) ) ) 天然水化学平衡导论6 专著, 较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。

1992 年, C P 克拉依诺夫等著5水文地球化学6分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分, 全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题, 以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等, 概括了20 世纪80 年代末期水文地球化学的研究水平。

特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解答( 谭凯旋, 1998) , 逐渐构架起更为严密的科学体系。

1 应用水文地球化学学科的研究现状1. 1 油田水研究水文地球化学的研究在对油气资源的勘查和预测以及提高勘探成效和采收率等方面作出了重要的贡献。

水文地球化学基础沈照理标题：水文地球化学基础 - 探寻沈照理的研究与理论引言：在水文地球化学领域，沈照理是一位备受瞩目的学者，他的研究和理论为我们深入了解地球上的水循环与化学过程提供了重要的指导。

本文将针对沈照理在水文地球化学基础方面的贡献展开讨论，并结合他的研究成果，探讨水文地球化学的深度与广度。

一、水文地球化学的基本概念水文地球化学是研究地下水的成因、分布、运移规律以及地球化学过程对水质的影响的学科。

它关注水循环的各个环节，包括降水、入渗、地下水形成、地下水运移、水库沉积物等。

沈照理是我国在这一领域做出重要贡献的学者之一。

二、沈照理的研究成果沈照理教授主要的研究方向包括地下水的碳酸酐化作用、地下水与岩石之间的相互作用以及地下水中的微生物过程。

他的研究成果丰富多样，既包括理论方面的创新，也包括实践方面的应用。

1. 碳酸酐化作用的研究沈照理教授的关键贡献之一是在碳酸酐化作用研究方面。

他通过实地观测和实验室模拟，揭示了地下水对岩石的碳酸酐化作用。

碳酸酐化对岩石的溶解作用会产生溶液中的溶解性离子，并对地下水的成分和性质产生显著影响。

沈照理的研究结果为我们理解地下水的形成和运移提供了重要依据。

2. 地下水与岩石的相互作用另一个重要方向是沈照理教授对地下水与岩石相互作用的研究。

他关注于地下水中各种离子的溶解和沉积过程，以及这些过程对地下水质和矿物形成的影响。

他的研究结果在预测地下水质量和岩石溶解程度方面具有重要的应用价值。

3. 地下水微生物过程的研究沈照理教授还致力于研究地下水中的微生物过程，并提出了一套兼具实证与模型的方法，用于了解微生物对地下水环境的影响。

他的研究成果不仅为地下水的生态安全提供了科学依据，还为地下水资源保护和利用提供了技术支持。

三、水文地球化学的深度和广度1. 深度上的探索在水文地球化学的深度上，我们可以从不同尺度和时间尺度上观察研究对象。

可以研究地下水底下的地下河流、矿物形成的微观机制等。

地球表面的地球化学循环地球是我们生活的家园，它是一个复杂而精密的生态系统。

地球表面的地球化学循环是维持地球生命的重要过程之一。

地球化学循环是指地球上各种元素和化合物在不同环境中的循环过程，包括岩石圈、大气圈、水圈和生物圈之间的相互作用。

这些循环过程不仅影响着地球的气候、生态系统和地质演化，也直接或间接地影响着人类的生活。

一、岩石圈中的地球化学循环岩石圈是地球表面最外层的固体地壳，它是地球地壳和上部地幔的总称。

在岩石圈中，地球化学循环主要包括岩石的形成、变质和风化等过程。

岩石的形成是指岩石从熔融状态或溶液中形成的过程，如火山喷发和岩浆冷却。

岩石的变质是指岩石在高温高压下发生的化学和物理变化，如板块运动引起的地壳变形和变质作用。

岩石的风化是指岩石在大气、水和生物等因素作用下分解和溶解的过程，如风化作用和溶蚀作用。

二、大气圈中的地球化学循环大气圈是地球表面上空的气体层，它包括对流层、平流层和臭氧层等不同层次。

在大气圈中，地球化学循环主要包括大气的成分和气候的变化等过程。

大气的成分主要由氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳等组成，其中二氧化碳是温室气体的重要成分，对地球气候起着重要的调节作用。

气候的变化是指大气中温度、湿度和风速等参数的变化，如季节变化和气候变迁。

三、水圈中的地球化学循环水圈是地球上水分循环的过程，包括水的蒸发、降水、融化和蒸发等过程。

在水圈中，地球化学循环主要包括水的循环和水质的变化等过程。

水的循环是指水从地表蒸发成为水蒸气，然后凝结成云，最后降水到地表的过程。

水质的变化是指水中溶解物质和微生物的变化，如河水的污染和海水的盐度变化。

四、生物圈中的地球化学循环生物圈是地球上生物体所占据的所有地方，包括陆地和海洋等不同生态系统。

在生物圈中，地球化学循环主要包括生物的生长、死亡和分解等过程。

生物的生长是指植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为有机物质的过程，而动物则通过摄取植物和其他动物来获取能量和营养。

《水文地球化学基础》复习题一、填空题1、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的效应所致；水的沸点较高，是由于水分子间的破坏需要较大的能量。

2、海水的水化学类型为，而海成存封水的水化学类型为。

3、水的地球化学循环始于表生带的，一直到深部变质作用带形成，或深部变质作用带的局部熔融体冷却后分异出，并返回地表为止。

4、地球化学垒按成因可分为机械垒、垒、垒和垒。

5、吸附方程S = K d C，S表示___ ___，K d表示___ ___。

6、物理吸附是指带有电荷的固体颗粒表面依靠___ ___吸附液相异性离子的现象；化学吸附是指固体表面通过___ ___吸附液相中的离子现象。

7、一定温度条件下，某溶质的液相浓度与固相浓度之间存在一定的关系，该关系在直角坐标系内可以用曲线（或直线）的形式表达，该曲线（或直线）即称为___ ___，相应的数学方程式称为___ __ 。

8、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于，而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于。

9、近代火山型浅部地下热水的水化学类型为，而深部地下热水的水化学类型为。

10、固体废物中的有机物分解时可形成数量可观的，而其与微量金属污染物的，能明显减少金属离子在岩土表面的吸附与沉淀，促进其迁移。

二、单项选择题1、在____的地下水环境里，蒙脱石会转变为伊利石；在_____的地下水环境里，蒙脱石会转变为绿泥石。

(A) 富镁，富钾(B) 富钙，富钾(C) 富钙，富镁(D) 富钾，富钙2、表生带中水的地球化学循环过程，机械搬运与机械沉积使粘土矿物在合适的地段沉积成岩，化学搬运与化学沉积发生于水交替缓慢的地带则形成_____。

(A) 硅酸盐岩(B)碳酸盐岩(C) 岩容岩(D) 石灰岩3、在_____条件下，地下水中Fe、Mn含量高，可形成五价砷酸盐沉淀；在_____条件下，地下水中低价S含量高, 可形成As2S3（雌黄）与AsS（雄黄）沉淀。

(A)氧化，还原(B) 还原，氧化(C) 酸性，碱性(D) 碱性，酸性4、大量汲取地下水导致水盐均衡破坏，水位下降，包气带厚度_____，入渗途径_____，还原环境会变为氧化环境。

第一章绪论第二章水溶液的物理化学基础一、水的结构2.水分子的内部结构原子结构理论表明，H2O分子呈V形结构，H-O键的夹角为104°45′，键长为0.96Å（1Å=10-10m）2.水分子的内部结构由于氧的电负性为3.5，氢的电负性为2.1，（中性原子接受电子的能力，称为电负性）这种差异导致了H、O形成共价键。

由于氧的电负性大，所以共价电子偏向氧原子，这样使氧带有部分负电性，氢还有部分正电性，这就造成了极性共价键。

由这种极性共价键所形成的分子称为极性分子。

3.电负性(E)电负性就是原子在化合成分子时把价电子吸引向自己的能力。

规定氟的电负性为4.0，并以此为标准求出其它元素的电负性。

电负性小于2.0时，多数元素显金属性，大于2时，多数元素显非金属性。

铀的电负性为1.7，显金属性。

U4+的电负性为1.4，U6+为1.9，U4+的金属性较U6+强。

电负性差值大于2的两个元素化合时，多数形成离子键化合物，电负性差值小于2时，多数形成共价键的化合物。

由于电负性影响化合物的键性，而化学键的性质又影响到化合物的许多物理化学性质，如硬度、光泽，溶解度等，所以电负性对元素的迁移和沉淀也有影响。

3.水分子间的联结水分子间是靠氢键联结起来的。

所谓氢键是一种因静电吸引作用而产生的附加键，所以一个水分子中的氢原子，在保持同本分子中氧原子的共价键的同时，又能同相邻水分子中的氧原子产生一种静电吸引力。

这样水分子就有具有了两种类型的键：（1）存在于水分子内部的极性共价键；（2）存在于水分子之间的氢键。

3.水分子间的联结水分子间的氢键联结，使水分子相互缔合形成巨型分子（H2O）n，水分子的这种缔合强度取决于温度，一般温度越低，缔合程度越稳定，4℃时，水的缔合程度最大，此时达到最大密度。

在250～300℃时，n接近1，即水具有H2O形式。

水分子在缔合过程中不会引起化学性质的变化。

这种由单分子水结合成多分子水而不引起水的化学性质改变的现象，称为水分子的缔合作用。

水文循环概述一、概念及过程生物体需要持续不断的能量流和物质流，以维持它们的生存。

如果能量流和物质流停止了，生物将死亡。

所有的物质都由原子组成。

这些原子在生态系统中的生物体和非生物体之间循环。

这些活动包括生物学、地质学和化学过程。

因此，这些养分循环通常称为生物地球化学循环（biogeochemical cycle）。

首先介绍水文循环，然后对碳、氮、磷3种元素在群落内部以及生态系统的非生物和生物部分之间的流动进行介绍。

所有的水，都被锁定在一个连续不断的循环过程中，这个过程称为水文循环（hydrological cycle），如图3-1所示。

一个完整的水文循环过程包括了蒸发（水面、植被蒸腾、土壤、降水、下渗、径流等几个方面）。

水圈中的各种水体，通过蒸散发、水气输送、降水、下渗和地表径流等水文过程紧密联系，相互转换，形成一个巨大的动态系统。

该循环中包括水的蒸发和凝结两个重要过程。

蒸发涉及给液体分子增加能量，使液体变成气体，在气相中分子之间的距离更远。

凝结是一个相反的过程，在凝结中气体分子释放出能量，分子聚集得越来越紧密，最终变成液体。

太阳提供能量，使水从海洋表面、土壤、淡水水体和植物表面蒸发或散发。

从植物表面蒸发的水有两个来源：一部分是以雨水、露水或雪的形式降落在植物上的水；另一部分是植物从土壤中汲取并运送到其叶部，在叶子表面进行蒸腾。

这个过程称为蒸发蒸腾作用（evapotranspiration）。

自然界的水循环遵循一个简单的模式。

大气中的湿气凝集成小水滴，以雨或雪的形式降落到地面，供地球上的生物使用，并维持其生命。

水，或作为地表水，在地球表面流动；或作为地下水，在土壤中流动，最终回到海洋，通过蒸发返回大气，再次开始循环。

图3-1 水文循环过程流经地表并进入小溪和河流的地表水，称为径流（runoff）。

进入土壤并且未被植物根部所吸收的水，缓慢地通过土壤和地表下物质之间的缝隙，最终到达不透水的岩石层。

这种充满地底层缝隙空间的水，称为地下水（groundwater）。

可编辑修改精选全文完整版水文地球化学教学辅导书（教案）《水文地球化学》学习辅导第一章地下水的化学成分一、学习要点（一）内容：水的结构与特性，水的内部结构；地下水的化学成分；地下水的综合指标。

（二）基本要求：1．了解地下水分子的内部结构、水分子间的联结与排布以及水的特异性质；2．掌握水的几个化学组分；3．了解精地下水的综合指标；4．了解水质分析结果的可靠性检验方法方法；5．了解水化学成分的图形表示。

（三）重点：水的特异性质；水的无机组分、有机组分；地下水的综合指标。

（四）难点：水分子间的联结与排布二、复习题（一）名词解释1．氢键2．质量浓度3．BOD（二）问答题水的特异性质有哪些？三、复习题参考答案（一）名词解释1．氢键：指水分子中氢原子，在保持同本水分子中的氧原子最基本的共价键的同时，又能同相邻水分子中的氧原子产生一种静电吸引。

2．质量浓度：每升水中所含溶质的毫克数或微克数（或每千克溶液中含溶质的毫克数或微克数）3．BOD：水中的微生物在降解水中有机物的过程中所消耗的氧的量，以mg/L表示。

（二）问答题答：（1）水具有独特的热理性质（2）水具有较大的表面张（3）水具有较小的粘滞度和较大的流动性（4）水具有使盐类离子产生水化作用的能力（5）水具有良好的溶解性能（6）水具有高介电效应第二章地下水成分的形成作用一、学习要点（一）内容：化学热力学基础；溶解/沉淀作用；碳酸平衡；氧化还原平衡；吸附解吸及离子交替吸附作用。

（二）基本要求：1．掌握热力学状态函数与平衡判据、各种形态物质化学势的表达式；了解平衡常数的计算。

2．了解地下水系统固体物质的组成；掌握溶解/沉淀作用。

3．掌握碳酸盐的溶解平衡；了解离子的影响；掌握方解石和白云石的非全等溶解。

4．了解氧化还原基本概念；掌握氧化还原强度；了解pE（E h）- pH图6．了解地下水系统的氧化还原条件及其影响因素。

7．掌握离子交替吸附作用的概念。

（三）重点：热力学状态函数与平衡判据；各种形态物质的化学势；溶解/沉淀作用；碳酸平衡；氧化还原强度；离子吸附交替作用概念。