水文地球化学基础知识要点

《水文地球化学基础知识》

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名

词

解

释

目录

第一章水化学基础

第一节溶解平衡 (3)

第二节碳酸平衡 (4)

第三节地下水中络合物的计算 (4)

第四节氧化还原反应 (5)

第二章地下水的化学成分的组成

第一节天然水的组成 (6)

第二节天然水的化学特性 (6)

第三节元素的水文地球化学特性 (7)

第四节天然化学成分的综合指标（三种） (7)

第五节地下水化学成分的数据处理 (7)

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 (7)

第二节渗入成因地下水化学成分的形成与特征 (8)

第三节沉积成因地下水化学成分的形成与特征 (8)

第四章水的地球化学循环

第一节地下水圈的概念 (8)

第二节地壳中水的地球化学循环 (9)

第三节成矿过程中水的地球化学循环 (9)

第五章水文地球化学的应用

第六章补充部分 (10)

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。

活度及活度系数

为了保证计算的精确程度，就必须对水中组分的实测浓度加以校正，校正后的浓度为校正浓度，也就是活度。质量作用定律中，浓度是以活度表示的。活度是真实浓度（实测浓度）的函数，一般情况下，活度小于实测浓度。活度与实测浓度的函数表示式为:a=rm m为实测浓度（mol/L）,r为活度系数。活度系数随水中溶解固体（矿化度）增加而减小，但一般都小于1

理想溶液：从理论上讲，溶液中离子之间或分子之间没有相互作用，这种溶液称为理想溶液。

地下水中的溶解-沉淀

全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物都是溶解组分，这种溶解反应称为全等反应；

非全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物除溶解组分外，还有新生成的组分，这种反应称为非全等溶解

溶度积：当难溶电解质溶于水而成饱和溶液时，溶液中同时存在的溶解离子和未溶解的固体。按质量作用定律，在给定的温压下，溶液中相应方次的离子的活度乘积是一个常数，称为平衡常数K，对于难溶盐来说，这个常数称为“容积度”，或者“溶度积常数”常用KSP表示。

溶解度：在给定温压下，达到溶解平衡时，溶液中溶解物质的总量。在水文地球化学研究中，溶解度常用mg/L表示。

同离子效应：一种矿物溶解于水溶液中，若水溶液中有与矿物溶解相同的离子，则这种矿物的溶解度就会降低，这种现象在化学上称为同离子效应。

盐效应：矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含量水中的溶解度，这种含盐量升高使矿物溶解度增大的现象，在化学上称为盐效应。其主要原因是，水中含盐量升高，离子强度I也升高，而活度系数则降低。注：就对溶解度的影响而言，同离子效应大于盐效应。所以，在盐效应和同离子效应同时存在时，盐效应往往可忽略；如无同离子效应时，盐效应是应考虑的。

饱和指数

饱和指数是确定水与矿物出于何种状态的参数，以符号“SI”表示。一般来说，根据饱和指数值判断水

与岩石、矿物的反应状态，对于地下淡水来说，还是很有用的。

水质

用来描述不同用途的水的物理、化学及生物化学性质的一个术语。

第二节碳酸平衡

电中性条件

从宏观上讲，电解溶液的一个基本条件是电中性条件，即溶液中的正离子电荷总数等于负离子电荷总数。水及弱酸的离解

纯水或含有其他溶质的水溶液中的水分子都会离解，其反应为：

H2O=H++OH-

按质量作用定律，达到离解平衡时可表达为：

KW=

式子中，KW是水的离解常数。在稀溶液中，水的活度为1。KW随温度而变化。

地下水中的碳酸平衡

地下水中的碳酸组成：游离碳酸H2CO3、重碳酸HCO3-、碳酸CO32-

地下水系统中的碳酸平衡

闭系统：该系统与大气没有co2交换，水与碳酸盐间的溶解反应所消耗的co2得不到补充，碳酸盐的溶解受到co2的控制，这种系统称为“闭系统”。其特征是，Ca2+、HCO3-浓度较低，而p H值较高。

开系统：该系统与大气有co2交换，水与碳酸盐间的溶解反应所消耗的co2不断得到补充，碳酸盐的溶解不受到co2的控制，这种系统称为“开系统”。其特征是，Ca2+、HCO3-浓度较高，而p H值较底。

第三节地下水中络合物的计算

地下水中溶解组分的存在形式

地下水溶解组分的存在形式有三种：

（1）单一离子形式：eg:Ca2+ /Mg2+/ Na+/ K+/ Cl- /F-等；

（2）络阴离子形式：eg:SO42-/CO32-/HCO3-/NO-等；

（3）复杂络合物：它包括无机络合物和有机络合物

主要七大离子：Cl- SO4- HCO3- Na+ K+ Ca2+ Mg2+

地下水中的络合物

地下水络合物：由一中心离子（一般为金属阳离子）和其周围的配位体（一般为阴离子或中性成分）以配位键的方式集合在一起的复杂缔合物称为地下水络合物。这种离子可能带电可能不带电。

地下水中长两组分的主要离子对：CaSO40 /MgSO40/ NaSO4-/ KSO4-/ CaHCO3+/ MgHCO30/ NaHCO30/ CaCO30/ MgCO30/ NaCO3-

地下水络合物的计算（具体计算形式详见课本p27）

第四节氧化还原反应

一、氧化还原反应基本原理

半反应式：通常在化学反应式中电子转移和得失过程的反应式称半反应式；

eg:O2+4H++4e=2H2O

标准电极电位（标准氧化还原电位）：在标准状态下，金属与含有该金属离子且活度为1mol的溶液相接触的电位称为该金属的标准电极电位（由于标准电极电位表示物质氧化性及还原性的强弱，所以又称标准氧化还原电位），以符号E0表示，单位为V,每个半反应都有它的E0值。

能斯特方程

氧化还原电位（Eh）：在实际的系统中，参加氧化还原反应的组分其活度一般都不是1mol，则该反应达平衡是的电位称为氧化还原电位，单位为V

Eh值与E0值和参加组分的活度有关，表示这种关系的方程为能斯特方程

Eh=E0+

二、Eh-PH图的绘制

Eh-PH图是以Eh为纵坐标，pH为横坐标，表示在一定的Eh值和PH值范围内，各种溶解组分及固体组份稳定场的图解，因此也称为稳定场图

注：Eh-PH图在天然地下水系统中，只能预测水溶液在一定的Eh-PH范围内可能出现的溶解组分及固体类型，但不能预计其反应速率。

Eh-PH图的局限性：（1）所有的Eh-PH图仅代表标态下的稳定场范围，而实际情况常常偏离标准状态；（2）野外实测的Eh值并不与某种金属离子严格相关；（3）Eh-PH图的绘制并未考虑离子强度及离子络合的影响。因此，Eh-PH图只是一种简化的理想模型。

三、地下水中的氧化还原反应

地下水中的主要氧化还原元素：铁、氮、硫、锰、铬（Cr）、砷(As)

控制地下水系统氧化还原状态的因素：主要取决于通过循环进入该系统的氧量，以及通过细菌分解有机物所消耗的氧量，或氧化低价金属硫化物、含铁硅酸盐和碳酸盐所消耗的氧量。（进入的氧量>=消耗的氧量，则为氧化状态；反之，则为还原状态）。

影响地下水氧化还原状态的因素：1.包气带的性质及其透水性。2.含水层中有机物及其它还原剂的含量。3.地下水循环途径。

地下水系统中，消耗氧的氧化还原反应，多半发生在地下水面以上的包气带里。只要包气带及含水层里有少量的有机物，水中的溶解氧很快被耗尽。在此过程中，微生物起到催化作用。

第五节吸附作用

吸附：吸附是固体表面反应的一种普遍现象。在液相与固相接触时，液相和固相表面之间常常产生物质交换，这种现象称为吸附。

一、吸附种类和吸附机理

物理吸附：其吸附的键联力为静电引力，键联力较弱，因此已吸附在颗粒表面的离子，在一定条件下，可悲液体中的另一种离子所替代，所以物理吸附也称为“离子交换”。

化学吸附：被吸附的离子进入颗粒的结晶格架，成为晶格的一部分，它不可能再返回溶液，是一种不可逆反应。这种现象也成为“特殊吸附”。

二、离子交换

地层中的吸附剂：凡能吸附液相中溶解离子的固体均称为吸附剂

阳离子交换容量：某种岩石、矿物和松散沉积物的吸附能力往往以交换容量，主要是阳离子交换容量来衡量，其含义是每百克干土（岩）所含的全部交换型阳离子的毫克当量数，其单位是meq/100g

阴离子吸附：（1）PO42-易于被高岭土吸附；（2）硅质胶体易吸附PO42-、AsO43-，不易吸附SO42-、Cl-和NO3-；（3）阴离子被吸附的顺序为：F->PO42->HPO4->HCO3->H2BO3->SO42->Cl->NO3-

阳离子吸附亲和力：H+>Rb+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH+>K+>Na+>Li+

注：吸附亲和力很弱的离子，只要浓度足够大，也可以交换吸附亲和力很强而浓度较小的离子。第二章<地下水的化学成分的组成>

第一节天然水的组成

一、水的结构和特性

水分子的缔合作用：相邻水分子间由于有氢键联结，使水能以（H2O）n巨型分子存在，但它不会引起水的化学性质的改变，这种现象称为水分子的缔合作用

水的缔合程度随温度降低而增强，当温度为4℃时，缔合程度最大，水的密度也最大。

水的特异性质：

1.水具有独特的物理性质：（1）水的生成热很高（即热稳定性很高）（2）水具有很高的沸点和达

到沸点以前极长的液态阶段

2.水具有较大的表面张力；

3.水具有较小的粘滞度和较大的流动性；

4.水具有较高的介电效应；

5.

水具有使盐类离子产生水化作用的能力；6.水具有良好的溶解性能

二、天然水组成分类

天然水组成可按溶质颗粒大小、化合物类型、相对浓度及相态等分类：

（一）按颗粒大小溶液胶体悬浮液

（二）按化合物类型无机物有机物金属元素络合物及有机络合物

（三）按状态固相液相气相

（四）按相对浓度宏量元素中量元素微量元素

第二节天然水的化学特性

一、大气降水的成分特征

大气是个五成分三相系统，五成分是氮、氧、惰性气体、二氧化碳及水；三相是水、气、冰

二、海水的成分特征

（一）无机组分: 1.宏量组分（Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+）2.中量组分（Sr、SiO、B、F）3.微量组分（P、

I、Ba）

（二）有机物碳水化合物、蛋白质、缩氨酸等

三、河水的成分特征

（一）无机物

不同地区的岩石、土壤组成决定着该地区的河水的基本化学成分。在结晶岩地区，河流水中

溶解离子含量较少；在石灰岩地区，河水中富含Ca2+及HCO3-；若河流流经白云岩及燧石层

时，水中Mg2+、Si含量增高；河流流经石膏层是，使水中富含SO42-,且总含盐量有所增加；

富含吸附阳离子的页岩及泥岩地区则像河水提供大量溶解物质，如Na+、K+、Mg2+（二）有机物大多为死亡或腐烂的植物

第三节元素的水文地球化学特性

地壳中丰度较高的元素：硅铝铁锰

地壳中的宏量元素：钙镁钠钾

地壳中的营养元素：氮磷

第四节天然化学成分的综合指标（三种）

第一组指标：总溶解固体、含盐量、硬度及钠吸附比

第二组指标：化学需氧量、生化需氧量、总有机碳、氧化还原电位

第三组指标：酸度和碱度

第五节地下水化学成分的数据处理

地下水化学成分的图示法：（1）离子浓度图示法（2）三线图示法

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

溶滤—渗入水：溶滤—渗入水为大气起源，其成分由水与岩石作用形成

沉淀—埋藏水：埋藏于地质构造比较封闭的部分，一定程度上反映了形成沉积物的那些盆地的特点

内生水：来自地球深部层圈物质分异和岩石变质作用过程中化学反应生成的水

第二节渗入成因地下水化学成分的形成与特征

地下水化学成分在空间变化的规律性叫做水文地球化学分带性，表现为自然地理的称为水平分带，表现为地质的称垂直分带

开系统：系统中所消耗的气体得到不断的补充，系统内的气体基本上保持稳定不变，这样的系统称为开系统；

闭系统：系统中所消耗的气体得不到补充，系统内的气体逐渐降低，这样的系统称为闭系统；第三节沉积成因地下水化学成分的形成与特征

沉积成因的地下水：从原沉积物排出运动至其他时期地层中的水，以及与渗入水混合但仍保留有一定比例的与沉积物同期沉积保存下来的水的混合水，这些水统称为沉积成因的地下水。

蒸发浓缩作用：是指地下水通过蒸发排泄引起水中成分的浓缩，使水中盐分浓度增大，矿化度增高的现象。

阳离子交换作用：指土壤胶体上吸附的阳离子和土壤溶液中的阳离子进行交换的作用。土壤胶体大多带阴离子,它的外层吸附着阳离子,其中有些阳离子能够与土壤溶液中的阳离子交换。

次生白云岩化作用：在古盐盆中，石盐沉淀后，残余卤水具有氯化镁质成分，这些含镁高的卤水在深部环境中，与石灰岩相互作用，并使其变为白云岩，这种作用称为次生白云岩化作用；

钠长石化作用：氯化钙型卤水不仅在白云岩中遇到，同时也出现于火山成因的沉积物里；

第四节火山成因热水循环系统地下水成分的形成与特征

现代热泉基本类型：碳酸-硫化氢水、氢-碳酸水、碳酸水、碳酸-氮水、甲烷及甲烷-氮水、氮热水

初生水：是由岩浆分逸出来的水；

再生水：在高温条件下，岩石和矿物结合状态的水（结构水、结晶水、沸石水等）转变为游离状态而进入现代地下水圈，这种水称为再生水；

第四章<水的地球化学循环>

第一节地下水圈的概念

水圈由大气圈的水、地球表面的水及地球内部的水三部分组成。地球水圈是地球内部的水。

地下水：一般来说，地下水是指渗入地下贮存于岩土空隙中的水，它可能是液态水、气态水、固态水，它可能赋存与空隙中，也可能是岩石、矿物组成的一部分；可能是自由水、结合水或矿物结构水。从化学成分上来看，地下水是在自然条件下溶解了气体、离子、分子、胶体及有机质的复杂综合体。

自由水：也称重力水，它是在重力作用下能自由流动的水，它存在与岩石圈里的空隙里；

结合水：是靠静电吸引吸附在固体表面的水；

结构水：它不是以H2O的形式存在于结晶构架中，而是以OH-和H+的形式存在于结晶构架中；

沸石水：以水分子的形式存在于晶胞之间，无固定水分子数量

结晶水：以水分子的形式存在于矿物的结晶格架上；

结构水在常温常压下，矿物风化便可分解出来；结晶水只有在高温高压下才能分解出来；沸石水在常温常压下即可逸出，在逸出数量取决于空气温度。

第二节地壳中水的地球化学循环

水的地质循环发生于地壳深部，循环方式主要包括：重结晶脱水，使水从自由水变为结构水；沉积物压实释水，使水转到另外的沉积物中去；沉积埋藏水，使水被封闭在岩石里。

地壳中水的地球化学循环：在沉积-变质过程（作用）有次序的有方向的发展中，在岩石、有机物及气体经历的地球化学改造中，导致水的直接参与，产生水的分解和合成等作用与现象的总和。

第三节成矿过程中水的地球化学循环

地下水成矿作用：指的是地下水溶液中的成矿组分，在适宜的水文地球化学环境中，在有利的地质部位富集、沉淀形成矿床的过程。成矿物质的含义包括成矿元素和介质溶液两个组成部分。

沉积成因水：在沉积初期，水随沉积物一起埋藏在沉积盆地里，这种水成为沉积成因水。

水静层状压力水：水的运动由水静压力驱动，补给区和排泄区高差决定运动的速度，也决定该带的深度；

过度层状压力带：该带由于上覆岩层的压力，弱结合水开始排出，岩石上孔隙度大大减小，起始水力坡度增大，被挤出的水的层状压力大于空隙中水的水静压力，但小于岩静压力，层间压力随深度的增大而增大；

岩静层状压力带：该带中弱结合水已经全部排出，岩石孔隙度及透水性均显著下降，层状压力增加并逐渐接近岩静压力。

第五章<水文地球化学的应用>

地下水污染：凡是在人类活动影响下，地下水质变化朝着水质恶化的方向发展的现象；

地下水污染物：凡是人类活动导致进入地下水并使水质恶化的溶解物或悬浮物，无论其浓度是否达到使水质明显恶化的程度

地下水污染物按其性质分：化学污染物、生物污染物、放射性污染物

地下水污染源按形成原因分：人为污染源和天然污染源

地下水污染特点：隐蔽性和难以逆转性

地下水污染方式：直接污染和间接污染

地下水污染途径：间歇入渗型、连续入渗型、越流型、径流型

有机氮的矿化过程：它是指复杂的含氮有机物的矿化作用，更准确的说，是有机氮转化为无机形式的NH4-N的过程。

硝化过程：它是指NH4-N通过自养型微生物氧化为NO3-N的过程

反硝化过程：它是指NO3-N通过微生物还原为气态氮的过程；

固氮过程：有机氮矿化过程产生的NH4+，硝化过程产生NO3-，反硝作用产生气态氮都可以通过

微生物和植物吸收同化，转化为有机氮。

生物降解：有机污染物在细菌作用下，从大分子分解成小分子，从有毒转化为无毒，最后变化为二氧化碳、水等的过程；

影响氮转化的环境因素和地质因素：

（1）环境因素：温度、Eh值、土壤含水情况、污水及土壤中的养分；

（2）地质因素：包气带岩性及其结构、潜水埋深、含水层类型

第六章补充部分

地下水的主要物理化学性质：

物理性质：气味、温度、浊度、电导率、味道、放射性Eh;

化学性质：酸度、碱度、硬度、浓度、溶解性总浓度TDS

浓度:指某物种在总量中所占的分量.广义的浓度概念是指一定量溶液或溶剂中溶质的量；这一笼统的浓度概念正像“量”的概念一样没有明确的含义；习惯上，浓度涉及的溶液的量取体积，溶液的量则常取质量，而溶质的量则取物质的量、质量、体积不等。

狭义的浓度是物质的量浓度的简称，以前还称体积摩尔浓度（molality ），指每升溶液中溶质B 的物质的量，符号为c，单位为mol/L或mol/dm3，即：cB≡nB/V

常用的浓度表示方法有: 重量百分浓度:一般使用最常用; 体积百分浓度:常用于酒类表示;体积摩尔浓度:化学常用;重量摩尔浓度; 摩尔分率_当量浓度

量具有加和性，如质量、物质的量、体积、长度……，这类物理量称为广度量；另一类物理量则不具有加和性，这类物理量称为强度量。浓度是强度量。此外，压力（压强）、温度、密度等也是强度量。

饱和溶液（saturated solution）在给定温度下,溶质在溶剂中溶解的量达到最大时的溶液。溶质溶于溶剂的溶解过程中,首先是溶质在溶剂中的扩散作用,在溶质表面的分子或离子开始溶解,进而扩散到溶剂中。浊液分散质的粒度>100nm(10—7m)之间的分散系叫浊液。分散质是分子的集合体或离子的集合体,具有浑浊、不稳定等宏观特征。浊液是不溶性固体颗粒或不溶性小液滴分散到液体中形成的混合物,分别为悬浊液和乳浊液,浊液不均匀,不稳定。

标准溶液是指含有某一特定浓度的参数的溶液，

胶体定义：分散质粒子在1nm—100nm之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。

分类：

1、按分散剂的不同可分为气溶胶，固溶胶，液溶胶；

2、按分散质的不同可分为粒子胶体、分子胶体。

胶体的性质：

能发生丁达尔现象,聚沉，产生电泳，可以渗析等性质。

气味: 嗅觉所感到的味道。an odor; a scent; a smell

7种基本气味是：樟脑味、麝香味、花卉味、薄荷味、乙醚味、辛辣味和腐腥味

水质：水体质量的简称。它标志着水体的物理(如色度、浊度、臭味等)、化学(无机物和有机物的含量)和生物(细菌、微生物、浮游生物、底栖生物)的特性及其组成的状况。为评价水体质量的状况，规定了一系列水质参数和水质标准。如生活饮用水、工业用水和渔业用水等水质标准。

水质是表达未经人类活动污染的自然界水的物理化学特性及其动态特征的术语。物理特性主要指水的温度、颜色、透明度、嗅和味。水的化学性质由溶解和分散在天然水中的气体、离子、分子、胶体物质及悬浮质、微生物和这些物质的含量所决定。

天然水中溶解的气体主要是氧和二氧化碳；溶解的离子主要是钾、钠、钙、镁、氯、硫酸根、碳酸氢根和碳酸根等离子。生物原生质有硝酸根、亚硝酸根、磷酸二氢根和磷酸氢根离子等。此外，还有某些微量元素，如溴、碘和锰等。胶体物质有无机硅酸胶体和腐殖酸类有机胶体。悬浮固体以无机质为主。微生物有细菌和大肠菌群。

天然水水质的影响因素？

1、天然水中的大气降水水质与当地的气象条件和降水淋溶的大气颗粒物的化学成分有关；

2、地表水水质与径流流程中的岩石、土壤和植被有关；

3、地下水水质主要与含水层岩石的化学成分和补给区的地质条件有关。

4、地下水水质主要与水岩作用时间有关。

色度是指含在水中的溶解性的物质或胶状物质所呈现的类黄色乃至黄褐色的程度。溶液状态的物质所产生的颜色称为“真色”；由悬浮物质产生的颜色称为“假色”。测定前必须将水样中的悬浮物除去。

通常测定清洁的天然水是用铂钴比色法。

水的透明度（Diaphaneity）

是指用直径为30厘米的白色圆板，在阳光不能直接照射的地方垂直沉入水中，直至看不见的深度。

溶液酸性、中性或碱性的判断依据是：

c(H+)和c(OH-)的相对大小，在任意温度时溶液c(H+)>c(OH-)时呈酸性；c(H+)=c(OH-)时呈中性；c(H+)

当溶液中c(H+)、c(OH-)较小时,直接用c(H+)、c(OH-)的大小关系表示溶液酸碱性强弱很不方便,于是引进pH概念.

pH:即氢离子物质的量浓度的负对数。pH=-log[H+]

化学需氧量（COD），是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。化学需氧量（COD）的测定，随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值也有不同。目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。

化学需氧量表示在强酸性条件下重铬酸钾氧化一升污水中有机物所需的氧量,可大致表示污水中的

有机物量。COD是指标水体有机污染的一项重要指标,能够反应出水体的污染程度。

生化需氧量又称生化耗氧量，英文（biochemical oxygen demand）缩写BOD，是表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标，它说明水中有机物出于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量，其单位以ppm或毫克／升表示。其值越高，说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。

从水环境地球化学测试指标分析地下水中的组分

有两类指标：

必测指标：pH、氯化物、铁、锰、铜、锌、钼、汞、砷、镉、铬(六价)、铅、铍、钡、钴、镍、钙、镁、亚硝酸银、氧化物等。

选择指标：

①总硬度、氧化物、挥发性酚类(以苯酚计)、高锰酸盐指数、溶解性总固体、硫酸盐、阴离子合成洗涤剂、硝酸盐、氮、磷、钾、化学耗氧量、氧化还原电位、碘化、物、氨氮等主要用于水质分析；

②有机污染物：滴滴涕、六六六等；

③细菌指标：总大肠杆菌，细菌总数；

④放射性指标：总放射和总放射。

元素迁移的可能机理有：

1.地下水运动；

2. 毛细管作用；

3. 蒸发作用；

4.离子扩散作用；

5. 植物根系吸收；

6. 微生物活动

7. 气体搬运(包括以地球气为主的多营力接力模型)；

8. 自然电位场(电化学模型、还原囱模型、雷暴电池)；

9. 膨胀性泵压作用(气压泵、地震泵)

10. 水位的起伏(包括陆上“潮汐泵”)

地下水化学组分表示方法：指型图、Durov Diagram、Piper Diagram(皮帕尔图解）、库尔洛夫式

水质分类：

按矿化度的水质分类：淡水（小于1克/升）弱咸水（1—3克/升）咸水（3—10克/升）强咸水（10—50克/升）卤水大于（50克/升）

矿化度通常以1升水中含有各种盐分的总克数来表示(克/l)。

地下水中总溶解性固体：

按TDS水质分类：地下水中所含有各种离子、分子与化合物的总量

?地下水的化学成分的形成作用类型固相作用

溶解－沉淀－蒸发

吸附－解吸（离子交换作用）

?浓缩作用

?酸碱反应

?氧化－还原作用

?络合作用

?水解作用

?同位素交换

?脱碳酸作用

?脱硫酸作用

?生物作用

依数性——只与溶液的浓度（即单位体积内质点的数目）有关，而与溶质本身无关的性质。

电解质在溶液中因溶剂的作用而离解为带正、负电荷的质点——正、负离子，称为“电离”(ionization)

活度－即被校正过的溶液的有效浓度。符号a ,量纲1

电离度（ ）：即电离平衡时电解质已电离部分占总量的百分比

溶度积规则：1. Qi < Ksp : 正反应自发，溶液未饱和，若有难溶电解质，沉淀溶解；

2. Qi = Ksp : 达平衡态（对应“饱和溶液”）

3. Qi > Ksp : 逆反应自发，沉淀生成。

根据“溶度积规则”可以讨论沉淀的生成与溶解问题。

饱和指数

1936年朗格利尔(Langlier)根据自己关于水中碳酸溶解平衡理论提出的描述碳酸钙固体与含二氧化碳溶液之间的平衡关系表达式，即水样实测的pH值减去饱和pH(即pHs)值的差值。根据表达式：Is(饱和指数)=pH—pHs，若Is为负值，即pH

减少溶液中离子浓度的方法:

1.生成弱电解质;

2.生成配合物;

3.发生氧化-还原反应.

溶滤一渗入水

大气起源，其成分由水与岩石作用形成。进一步还可分出古代的、现代的；地表的、地下的等。

沉积一埋藏水

埋藏于地质构造比较封闭的部分，其成分在一定程度上反映了形成沉积物的那些盆地的特点，又可进一步分出同生与后生等不同情况。也称为封存水。

内生水

地球科学的许多分科（诸如理论岩石学、矿床成因学，火山学和地热学等）业已公认，发生在地球深部的许多地质作用中均有地下水参与。例如，火山喷发作用，热水泉，岩浆，变质作用等均有水的活动。对于这种来自深部的水，概念很不一致，对于这种水是如何参与形成地下水过程的，更是众说纷纭，暂且统称为内生水。

Mass equilibrium model（质量平衡模式）

以研究物种形式(species)为主体,建立在质量（mass）、能量(energy)和电荷(charge)守恒定律(the conservation law)的基础上,是计算物质在水中的存在形式和饱和指数的模式。

?mass-transfer model (质量转化模式)

建立在热力学(thermodynamics)和反应动力学(reaction kinetics)基础上,以研究物种形式，及其转化数量、速率为主体,是计算天然水体中或水-岩体系中物质转化的模式。

?mass-transport model (质量迁移模式)

相当于水文地球化学模式，建立在热力学、反应动力学和水力学弥散、扩散原理的基础上,是计算元素(物质)水迁移的模式。

由于此模式结构复杂,数学计算较困难,需要大型甚至超大型计算机,所以,目前只开发出一些简单的溶质迁移CHEMTRN,CPT,DYNAMIC,CHMTRNS, PHAST 等。