各类天然水体的水化学概况.docx

1、各类天然水体的水化学概况第九章 各类天然水体的水化学概况天然水在自然界中的分布和循环， 构成地球的水圈， 水圈为地球表面和接近地球表面的 各类水的总称。 天然水的总水量近 14 亿 km3, 地球表面积的三分之二被其所覆盖。 天然水在 流动与循环过程中接受了周围环境的各种杂质， 形成不同水系。 按天然水形成、 形态与性质 的特点，可划分为河水、湖（库）水、地下水、大气降水 （ 雨水、雾、雪、霜、雹等 ） 及海水 五大类。各类天然水均具有各自的特点， 即使同类水体， 其水质状况也不尽相同。 这是由于 水体所处的环境条件，如气象、气候、地理、地质、人类生产与生活用水和排废、各种生物 的生命代谢活动

2、等均会影响水质。 本章将简要叙述各种类型天然水体的水化学概况及相关概 念。第二节 河水一、河流水化学基本特点 河流是大气降水径流和出露地面的地下水径流在地表线性凹地汇集而成的水体， 河流是 自然界水分循环的组成部分及水量平衡的组成要素。 其具有集水流域面积广、 敞开、 流动等 特点。河流水质与土壤、 岩石、 植被、 气候及河水的补充水源等状况有关， 和人类活动有关， 特别是与水中生物生命代谢活动直接相关。 河流是水圈中最为活跃的部分， 由于其流动所涉 及的面积较为广阔， 流动过程中接触的环境较复杂， 且多样性， 故河水化学组成具多样性和 易变性的特点， 不同地区河流与同一河流的不同季节、 不同

3、河段， 其河水化学成分都可能有 较大差异。通常河流的水化学有以下基本特点：1、溶解有丰富的气体因河水处于运动状态， 与空气接触充分， 溶有空气中的各种气体， 溶解氧气和氮气较丰 富，含量近为饱和。未污染河流中生物不多，溶解氧等气体的含量主要受温度和气压影响。夏季大型水库溢洪放水时， 放出大量温度低且为溶解气体所饱和了的库水， 这些水在大 坝以下河道中如温度迅速上升，可能造成水中溶解气体过饱和。2、河水化学组成与含盐量（ 1）主要离子 世界各地河水所含主要离子种类相同，阳离子为： Ca2+、Mg2+、Na+、阴离子为：HCOCO32-、SQ2-、Cl-，即通常所说八大离子。世界河水平均化学组成、

4、我 国及世界部分河流主要离子含量和分别列于表 9-3 、 9-4 与 9-5。多数河流主要离子中以 HCO3- 和CaT含量最高，水质属碳酸盐类钙组。在含盐量较高河水中，水质类型可能与前者不同， 存有硫酸盐类或氯化物类钠组类型水质。较多河水中主要离子含量大小基本具有以下顺序：2+ + - 2+ - 2- 2- -阳离子：Ca Na +K Mg ，阴离子：HCQ-+CO- SO 4 - Cl -东南沿海各河流， 水质类型主要以重碳酸盐类钙组或钠组为主， 但是主要离子比例关系2+ 2+有所不同。对于长江、黄河等大的河流，主要离子的比例关系在上游一般为 Ca + Mg Ca2+ Mg2+ HCQ-，

5、在下游则以 HCO +SO42- Ca2+ Mg2+ HCQ为主。在滨海 河口段随潮位变化，水质类型主要为氯化物类钠组， 但也可能在前者与重碳酸盐类钙组之间波动。西北河流水质类型随季节变化显著，汛期属重碳酸盐类或氯化物类钠组或硫酸盐类， 枯水季节则转为硫酸盐类或氯化物类。河水的流动性特点使其水质垂直分布均匀， 混浊度较大。若支流水质不同、 不同区段地质条件有变化，则不同区段水质将有差异， 水质类型也可能发生变化。 若某区段河水遭受污 染，污染物将使河流不同区段化学组成、水质状况发生变化。（2）有机物与pH河水尚含有机物，主要来自集水区土壤与人类活动排废。植被较好的集水区域与城市下游河水中有机物

6、较多。河水pH一般为6.5-8.5，冬季稍低，夏季稍高。表9-3世界河水的平均化学成分含量（ mg/L）HCSCSNCMNK(Fe,AIO-O42-l -iO2O-2+ a2+g+ a+)2Q35151123522.7.22.1.71.7.90.4.4.8.1天津师范大学等，水文学与水资源概论表9-4 我国部分河流主要离子含量 （mg/L）河流名称HCOco2-SQ2-Cl-2+Ca2+Mg+ +Na(K )离子总量西江141.23.618.73.342.6.814.2230.4(1980-1983)东江26.202.31.04.11.25.941.(1982-1983)北江(1981-198

7、2)9803.92.922.02.610.7黄上游1724.013.522.439.513.22.02284.8中游2123.278.149.549.323.455.7471.2河下游1770.988.262.546.821.061.8458.2松花江（哈尔滨1981）74.705.57.216.93.69.5117.4鸭绿江（丹东）103.7012.621.116.83.45.5163.0钱塘江（杭州52.032.654.5118.0422.966.1786.361978,10）长江123349.114.1244.86.545.36193.27（武汉 1980,6）汉水116.028.924

8、.4036.647.834.14177.95（武汉 1980,6）嘉陵江193.96.374.1246.405.595.02261.48（重庆 1980,6）转引自中国内陆水域渔业资源编写组转引自陈静生，水环境化学。表9-5 世界部分河流主要离子含量中国内陆水域渔业资源（mg/L）和 HuMinghui等 Nature.河流 HC C SQCa2Md+Na离Cl-名称 Q- Q32- 2-+（K ）子总量圣芬纶斯316.7.174.2951914.4河（加拿大）.20.5.092密西西比109.1328河8.003985382.93.6（美国）科罗拉多159637183.5422河3.7088

9、65433.2（美国）托涅川1208.2.4.1.3.32（日本）.842913.7湄公河11146.315.9.180（越南）5.6.72.1732.6墨累河509.2.8.5.2198（澳大利0.74957.4.6亚）尼罗河854.3.158.19130（非洲）.874.88.58亚麻逊河2.2.9.1.3.29047（南美洲）54001陈静生，水环境化学。（3）含盐量 不同河水含盐量可能有较大差异，但多数河流含盐量较低。我国南方与东北河流含盐量多低于 200mg/L。有的仅3050mg/L,高者超过1000mg/L，极少数河水高达 数千毫克/升。世界河水平均含盐量仅约 120mg/L。以

10、地下水补给的河流含盐量较高。3、河水营养盐通常河水中营养盐含量均不高。一般清洁河水 NO-N为0.1-0.5mg/L ，NH-N含量低于0.1 mg/L ;受污染河水，NQ-N与NH-N含量将大幅度增加， NQ-N高于5-10 mg/L，NH-N 每升可增至数毫克。如我国珠江水系河流有效氮以 NO-N为主，占有效氮52.1-87.6% NO-N 含量变化范围相当大（0500mol/L ）。清洁河水活性磷一般为 0.05-0.1 mg/L，但若受人类活动影响，河流某一区段磷含量可 能显著增加。二、我国河流水质主要指标的区域性分布特点我国河流水质主要指标有明显区域性特点。 全国河水离子总量的增减和

11、水质类型的变化，都是从东南向西北内陆呈渐变的趋势。 河水含盐量从东南沿海向西北基本呈现递增的趋势，河水总硬度和水质类型显示地域性特点。 以下按通常所采用的四大地块说明我国河流含盐量、水质类型与营养盐等在不同地快的特点。1、秦岭-淮河一线以南地区东南沿海地区由于雨水充沛，河流沿途地域常年受到河水的冲洗，故河水矿化度低于50 mg/L，水质多数属于碳酸盐类钠组类型，是全国河水含盐量最低的地区。由于由东向西 部地区干旱程度逐渐增强，因此矿化度从东南向西和西北呈增加趋势， 由沿海往西，河水矿化度增加为100200 mg/L或200300 mg/L，个别地区超过 500 mg/L，河流水质类型转变为 碳

12、酸盐类钙组。因西北地区干旱少雨， 可溶盐易在土壤中积累， 河水流过可溶解携带较多盐分，其含盐量可超过 1000 mg/L，是全国河流含盐量最高区域。LYZ1LYZ1从东南沿海向北，是长江中下游地区，河水矿化度 50100 mg/L和100200 mg/L。靠近沿海及河口受海水影响地区，河水化学类型属氯化物类钠组 ，其余均属碳酸盐类钙组。长江干流上、中、下游NH-N分别为35、28.6、74.3卩mol/L。长江干流活性磷含量 0.30.6 卩mol/L。珠江水系河流有效氮以 NO-N为主，占有效氮 52.187.6%，变化范围 0500卩 mol/L , NH-N变化范围0150卩mol/L。

13、珠江水系河流活性磷含量 038.7卩mol/L ,各河流均 值 0.412.0 mol/L。2、华北地区秦岭一淮河一线以北，是黄土高原与华北大平原，属干旱、半干旱地区，干湿季节明显 地表呈季节性积盐状态，使河水矿化度升高。河水矿化度垂直分带性特点在这一地区开始出 现。在太行山、燕山一带，河水矿化度200300mg/L,到平原地区，蒸发浓缩作用使矿化度 增至500mg/L。水的类型也由碳酸盐类钙组变为碳酸盐硫酸盐类钠钙组。受海水影响水域属 于氯化物类钠组。黄土高原河水矿化度也呈从东往西增加趋势。由 200300mg/L增至300500 mg/L及5001000mg/L,有些河水矿化度超过 100

14、0mg/L,祖历河矿化度曾高达 7000mg/L。黄河干流磷含量较低，活性磷为 0.061.8 i mol/L，平均值为 0.40卩mol/L，总磷为0.3236.5 i mol/L，平均为 5.5 i mol/L。3、西北地区河流水水质主要指标明显垂直分带性是我国西北地区河流的特点。 在阿尔泰山、天山及昆仑山4000m以上地区，河水矿化度低于200mg/L,水质类型属碳酸盐类钙组或碳酸盐硫酸盐 类钠钙组。随高度下降，土壤及风化壳中易溶盐及石膏含量增加，矿化度逐升至 300500mg/L以至1000mg/L，水质类型演变为硫酸盐类钠组水 ，至下游进入干旱荒漠地区，矿化度升至每升数千毫克，水质转

15、变为氯化物类钠组。祁连山从山顶到柴达木盆地也有类似 现象。4、东北地区我国东北地区河水矿化度低于西北、 华北地区，也有垂直分带性分布特点。大部分山地河水矿化度为 50-100mg/L,水质类型属碳酸盐类钙组或钠组。在松辽平原 ，河水矿化度增至300400mg/L,有自西向东增加趋势，主要为碳酸盐类钙组水 ，特别是嫩江以东杜尔伯 特草原（属封闭的内陆流域），矿化度由周围向中央递增到 400500mg/L,由碳酸盐钙组变为碳酸盐硫酸盐类钠钙组。东北各水域NH-N在总有效氮中比例增大。主要河流 NH-N含量150i mol/L，枯水期含量高于丰水期。NO-N含量1117 i mol/L，鸭绿江、牡丹

16、江、第二松花江及穆林河含量 较高（均值 94.3 i mol/L ）。在鸭绿江干流（丹东）、辽河（盘山）、嫩江支流雅鲁河（碾子山)等河水含有一定量 NO2- -N 。第三节 湖泊水与水库水湖泊是陆地表面天然洼陷处流动缓慢而蒸发量大的水体， 由降水和地面、 地下径流所形 成。湖水流转主要靠风力和温度变化。水库可理解为人工湖， 水库水交换量比湖泊大。 与河 水相比， 湖水流动与交换缓慢， 较长时间处于一定区域 , 因此湖水有较强地区性特征。 湖泊 水质取决于形成的历史条件和所处环境的水文、 地质、 人类与其它生物活动等状况， 故不同 湖泊水质可能相差悬殊。湖水水质的多样性与不均匀性是湖水的特点。一

17、、湖泊的类型湖泊的成因极为复杂， 类型甚多。 湖泊的分类法有多种， 下面仅介绍常用的按含盐量 (ST) 与营养类型的分类法：1、按湖水含盐量分类( 1)淡水湖 含盐量小于 1g/L 属淡水湖。 不同地区湖水含盐量差异较大 , 潮湿多雨地 区 , 含盐量很低 , 矿化度仅约 50mg/L。(2)咸水湖和盐湖 含盐量1 Sr 35 g/L称为咸水湖，大于 35 g/L称为盐湖。干旱条件下， 湖水蒸发量大于补给量， 并随径流入湖盐分不断积累， 使湖水含盐量饱和或过饱和， 以至使淡水湖演变成咸水湖或盐湖。2、按湖泊营养盐类型分类 据湖泊与库水营养盐含量及初级生产量 , 可将湖泊、 水库划分为贫、 中、

18、富等营养类型， 划分的指标有多种，下面介绍的仅是其中的一种，表 9-6 简要概括了此种分类法。(1)贫营养型 水质清瘦,透明度大,初级生产量低于1g(02) /m2-do这类湖泊较深,多分布在高原和山区 , 或潮湿多雨地区，这类湖泊、水库的溶解氧与 pH 变化幅度均较小。( 2)中营养型 总的水质状况介于上述两者之间。水质指标中 , 有的可能属于富营养型，有的可能属于贫营养型，初级生产量介于14g(O2 )/m2 d之间。( 3)富营养型 营养元素含量较丰富 , 常出现水华 , 透明度低 , 初级生产量多在2.310g/m.d之间。这类湖泊水较浅，分布在平原或城郊，集水区土壤丰富，外源性有机质

19、和 营养盐丰富。而且这类湖泊、水库 pH、溶氧的变化幅度都比较大。(4)超富营养型 营养元素含量丰富，无机氮含量大于 0.11卩mol/L，水质肥，初级生产量多大于 10g(O2) /m 2.d。表 9-6 不同营养型湖(库)的主要水质指标初植物浮C活性营游动物总磷级产量现优OD无机氮磷养Q,存量势量mmol/L-410 im-410 im型mg/ol/Lg/mIdm种Lg/Lol/Lg/L类金0.3贫11藻、硅藻8610.0143.29.716010藻、蓝藻15.11绿超1010藻、裸藻15（中国湖泊环境（第一册），金相灿等，1995。二、湖泊、水库水化学基本特点1、 含盐量不同地区湖水含盐

20、量差异较大， 在潮湿多雨区，湖水含盐量很低， 矿化度50mg/L左右。在含盐量高的地区，矿化度超过 35mg/L,甚至达到100mg/L以上，称为盐湖。含盐量低的咸水湖仍有渔业价值，一些盐湖具有工业价值。2、 主要离子世界与我国部分湖水和库水主要离子含量见表 9-7、9-8。两表表明，湖水和库水通常阳离子以钙离子含量最高，阴离子以碳酸氢根离子含量最高。 Lyz2Lyz2表9-7 世界部分淡水湖的化学成分含量（mg/L）离HSC C MN 子湖泊CO-O42- l一 a2+ g2+ a+K+ 总量2819336.2.5.0.0.6.82尼皮幸格湖541133北苏必利尔湖0.0.8.54.1.7.

21、47美伊利湖121388洲安大略湖21879.7.22212137813.50.35.66.9.8.903苏黎世湖（瑞110472欧士）451.1.831.2.307洲巴拉顿湖（匈111464牙利）97105.25.35.78.28172224贝加尔湖表加尔1000拉 4 1 6 3 5 7 6多加 14.7 6.9 2.9 3.9 5.9 7.3 62湖谢凡湖4 4 2 1 4 6 5非洲坦加尼卡湖15.2 .0 8 5.2 3.7 4.2 70陈静生等，水环境化学。表9-8 我国部分湖泊、水库主要化学成分含量（ mg/L）湖HCCGSQCa2+Na离子2+ClMg泊O3-2-2-+K+总量

22、抚仙1610782.2520.145316.湖7.8.4.316.85.1662148.1312115.巢湖05.2.1.34.5.38红碱66159274108445.22562淖69.29.50东平131.52224421293.11.3湖8.618.9.5.9.93镜泊398.2.8.3.03.665.0湖.6327022显岗191.0.2.3.一0.8028.2水库.753683412锦江201.3.1.6.一2.034.2水库.146061西河1810810.3944377.16.3水库5.2.17.074.78.02西津124.4.5.371.177.4.0水库1.6700.306冯家16885.3243236.一16.3山水库6.7.367.8.755河口1140246911101303747水库90547.671汾河153.38104214278.13.1水库7.19.0.3.3.07陆汾130145.378.085.207.水库8.1.225.006清河822920298.176.一6.27水库.35.55.66.9029刘家1720104413277.