地下水的化学性质及主要类型

地下水的化学成分比较复杂，其中溶有各种离子、分子、化合物、各种气体及生物成因的物质。到目前为止，在地下水中已发现有62种化学元素，其中含量多少不一。

（一）地下水中常见的化学成分

地下水中含有多种元素，有的含量大，有的含量甚微。地壳中分布广、含量高的元素，如H、Ca、Mg、Na、K、等在地下水中最常见。有的元素如Si、Fe等在地壳中分布很广，但在地下水中却不多；有的元素如Cl等在地壳中极少，但在地下水中却大量存在，这是因为各种元素的溶解度不同的缘故。所有这些元素是以离子、化合物分子和气体状态存在于地下水中，而以离子状态为主。总的来讲，地下水中含有气体成分、离子成分、胶体成分、有机成分和细菌成分等几大类化学成分。

1.主要气体成分

地下水中含有多种气体成分，常见的有氧（O2）、氮（N2）、二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）。地下水中的氧气和氮气主要来源于大气。地下水中出现硫化氢，表明处于缺氧的还原环境。地下水中的二氧化碳有两个来源：一是生物化学作用，如生物呼吸及有机质的发酵；另一是深部变质作用形成的，即碳酸盐类岩石，在高温作用下，分解成二氧化碳。

2.主要离子成分

地下水中含有数十种离子成分，常见的阳离子有H＋、Na＋、K＋、Mg2＋、Ca2＋、Fe2＋、Fe3＋等；常见的阴离子有OH－、Cl－、SO、NO3－、HC、CO、SiO等。地下水中分布最广、含量最多的离子有：Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO、HC。它们来源于与其相关的各种原岩的风化溶解，在地下水中占绝对优势。它们决定了地下水化学成分的基本类型和特点。

3.主要胶体成分

地下水中胶体成分包括有机的和无机的两类。有机胶体在地球表面分布很广，尤其在热带、沼泽地带的地下水中含量很高。地下水中呈分子状态的无机化合物（胶体）有Fe3O3、Al2O3和S2SiO4等。无机胶体有的不稳定，易生成次生矿物而沉淀，如氢氧化铝胶体易形成水矾土、叶蜡石沉淀。有的溶解度很低（如二氧化硅），故在水中含量较低。

4.有机成分和细菌成分

有机成分主要是生物遗体的分解，多富集于沼泽水中，有特殊臭味。细菌成分可分为病原菌和非病原菌两种。

（二）地下水的主要化学性质

1.酸碱度

水的酸碱度主要取决于水中氢离子浓度。氢离子浓度用pH值表示，即pH＝lg[H＋]。根据pH值可将水分为强酸水、弱酸水、中性水、弱碱水、强碱水5类，见表6-1。地下水的氢离子浓度主要取决于水中HC、CO等的数量。自然界中大多数地下水的值在6.5～8.5之间。

表6-1　水按pH值的分类

(www.xing528.com)

2.硬度

水的硬度取决于水中Ca2＋、Mg2＋的含量。硬度分为总硬度、暂时硬度、永久硬度、碳酸盐硬度四种。

（1）总硬度。水中Ca2＋、Mg2＋的总含量称为总硬度，相当于水中所含Ca2＋、Mg2＋的总量。

（2）暂时硬度。水煮沸后，水中一部分Ca2＋、Mg2＋与HC作用，生成碳酸钙（CaCO3）和碳酸镁（MgCO3）沉淀而致使水中Ca2＋、Mg2＋的含量减少。呈碳酸盐沉淀的这部分即由于煮沸而减少Ca2＋、Mg2＋的总量称为暂时硬度。

（3）永久硬度。总硬度与暂时硬度之差称为永久硬度，相当于煮沸时未发生碳酸盐沉淀的那部分Ca2＋、Mg2＋的含量。

（4）碳酸盐硬度。地下水中与HC含量相当的Ca2＋、Mg2＋的总量。

我国采用的硬度表示方法有两种：一是德国度，即每一度相当于1L水中含有10mg的氧化钙（CaO）或7.2mg的MgO；二是每升水中Ca2＋、Mg2＋的毫摩尔数。1毫摩尔硬度＝2.8德度。按地下水的硬度可分为极软水、软水、微硬水、硬水和极硬水5类，见表6-2。

表6-2　水按硬度的分类

3.总矿化度

总矿化度表示水的矿化程度，为水中离子、分子和各种化合物的总量，以每升水中所含各种化学成分的总克数（g/L）表示。为了便于比较，通常按在105～110℃温度下将水蒸干后所得干涸残余物的总含量为额定。也可将分析所得阴、阳离子含量相加，求得理论干涸残余物值。地下水根据矿化程度分为5类，列表于6-3。

表6-3　水按矿化度的分类

矿化度与水的化学成分之间有密切的关系：淡水和微咸水常以HC为主要成分，称重碳酸盐水；咸水常以S为主要成分，称硫酸盐水；盐水和卤水则往往以Cl－为主要成分，称氯化物水。

高矿化水能降低混凝土的强度，腐蚀钢筋，促使混凝土分解，故拌和混凝土时不允许用高矿化水，高矿化水中的混凝土建筑亦应注意采取防护措施。