水的光学性质：浑浊度与色度的区别

（一）水的透明度

水的透明度与通过它的光线波长有关。能透过液态水的光的最大波长约为0.47μm，该波长位于可见光谱的蓝色部分，这是深层水呈蓝色的一个原因。在可见光谱的红色端，射入液态水的相当大一部分光被吸收。因此，利用红光进行光合作用的绿色海藻和更高级的植物，只能在不太深的水中生长，有时离水面只有十几厘米深。

把透明度板沉入水中至恰好看不到板面白色，此时的深度称为透明度，它是进入水体内太阳光能大小的一种量度，因而也是水体内能量流动的能源大小的一种量度。一般进入水体中的热能总量的73%透射到1cm的深度，也就是27%的热保留在这1cm内水层里；约有36%透射到1m深度，因而有64%的热保留在1m深的水层里；进入水体中的太阳能透射到100m深度的仅有1.5%。

随着深度的增加，太阳光谱从被水吸收最多的长波这一方面减少得很快，而且波长不同的太阳能本身的减少也不相同。在通过1cm的水层后，光谱中所有波长大于1.5μm的光线完全被吸收；在100cm的深处，光谱在0.9μm波长处已终止；而在100m深处，只留下大大减弱了的0.35～0.60μm的部分。

透明度的测定迅速简便，无论对天然水或受污染的水，无论在野外或在实验室内都是有用的。

（二）水的颜色

各种水和废水常常会显示不同的颜色。新鲜的生活污水呈暗灰色，陈腐的生活污水呈黑褐色。工业废水则颜色各异，其中以印染、化工、造纸等废水的颜色为重。即使是天然水，也常会有不同的颜色。

1.水的颜色来源

天然水中颜色的主要来源有：

（1）水生植物和浮游生物，如水球藻、硅藻可使水带有亮绿色或浅棕色等。

（2）水流过沼泽或森林地区，带入了有机物分解过程中产生的腐殖酸或丹宁酸等，使水呈黄褐色。

（3）天然的金属离子或矿物质，如低铁化合物使水呈淡蓝绿色，被氧化成高铁化合物后呈橙黄色，硫化氢被氧化所析出的硫则会使水呈浅蓝色等。

（4）悬浮于水中的泥沙细微颗粒使水呈红色、黄色等。

水的颜色有真色和表色之分。真色是由于水中所含溶解物质或胶体物质所致，即除去水中悬浮物质以后的所呈现的颜色。表色则不仅包括因溶解物质和胶体物质引起的颜色，也包括悬浮物质造成的颜色。在水质分析中所表示的颜色常指水的真色。

水中的颜色和pH值的关系很大。一般来说，pH值越高颜色越深，所以在记录色度报告时，要注明当时的pH值。

2.颜色测定的环境意义

水的色度是评价感官质量的一个重要项目。一般说来，水色的存在在卫生上意义不大。饮用水标准规定色度不应大于15度，主要是考虑到不应引起感官上的不快。多数洁净的江河水，其色度常在15～25度左右，湖泊沼泽水则可达50～60度甚至更高些。如果源水色度不超过75度，那么经过自来水厂混凝、沉淀和过滤的常规处理，出水就可以达到15度以下。但若水的颜色是由于有毒有害物质所引起，则不论色度的大小如何，只要这种物质在水中的浓度超过其容许浓度，都不能作为饮用水。

水体色度对水生生物的影响主要是减弱了光线的穿透，降低浮游植物的光合作用。如果水体有异色时，往往说明可能有污染物质存在，应引起必要的重视。

对于某些工业用水来说，色度有一定的限制，如造纸工业用水色度不应超过15～30度，纺织工业用水不应超过10～20度，否则会使产品质量下降。

（三）水的浑浊度

天然水和废水由于含有各种颗粒大小不等的不溶解物质，如泥土、细砂、有机物和微生物等，会产生浑浊现象。(www.xing528.com)

1.水的浑浊原因

水样浑浊的程度可用浑浊度的大小来表示。所谓浑浊度是指水中的不溶解物质对光线透过时所产生的阻碍程度。也就是说，由于水中有不溶解物质存在，使通过水样的部分光线被吸收或被散射，而不是直线穿透。因此，浑浊现象是水样的一种光学性质。

浑浊度与色度虽然都是水的光学性质，但它们是有区别的。色度是由水中的溶解物质所引起，而浑浊度则是因水中不溶解物质所引起。所以，有的水样色度很高但并不浑浊；反之亦然。

地表水常会有不同大小的浑浊度。对于江河水而言，引起浑浊的大多为粗大砂、土颗粒，其浑浊度的大小还与河床的性质和水流的速度有关，特别在洪水季节，浑浊度可能很高。我国的主要大河，如黄河、长江、海河等都比较浑浊。黄河流域气候干旱、表土疏松、雨量集中，是典型的高浑浊度河流。湖泊沼泽水的浑浊度主要是由细微胶体颗粒和浮游生物等引起的，一般来说浑浊度不很高。地下水通常都较清澈透明，浑浊度很小。

2.浑浊度测定的环境意义

浑浊度是天然水和用水的一项非常重要的水质指标，也是水是否受到污染的重要标志。在水质分析中，浑浊度的测定通常仅用于天然水和用水，至于生活污水和工业废水，由于含有大量的悬浮状污染物质，因而它们大多是相当浑浊的。

我国饮用水标准规定浑浊度不超过3度，特殊情况下不得超过5度。虽然很低的浑浊度在卫生上并无多大害处，但应考虑到感官的要求。

某些工业用水对浑浊度有一定的要求，如冷却用水为防止结垢和堵塞，浑浊度不应超过50～100度，造纸工业用水不应超过2～5度，纺织、漂染用水不应超过5度，半导体集成电路用水浑浊度应为零度等，这些都是为了保证产品的质量。

污水和工业废水一般虽不作浑浊度的测定，但在用化学法处理废水时，有时也用浑浊度的测定来控制化学药剂的投加量。

浑浊的水会妨碍光线向水体中的透射，减少透光层深度，影响水生生物和鱼类的生存，还影响水体的娱乐用途，如游泳等水上运动。

水的浑浊与否有时也用透明度来表示，但透明度是与水的颜色和浑浊度两者综合影响有关的水质指标。

（四）水的光学性质的生物学意义

纯水对太阳光的吸收有两个特点：

（1）有一定的选择性。以波长0.4～0.6μm的蓝、绿光穿透力最大，与植物的光合成色素的吸收区大体相符，对浮游植物生长是有利的。

（2）随深度增大能量衰减很快。对水生植物来说，这种分布特点有三种可能后果：①光抑制区，光强过度，抑制浮游植物生长，在光照强烈的白天，最表水层可发生这一情况；②光适宜区，光强适宜，在其他条件适合时，水生植物可以饱和速度进行光合作用，日照强烈时的次表水层，阴天或日照不强时的最表水层，多属这种情况；③光限制区，光强太弱，即使其他条件适宜，植物也无法生长。

一般说来，这两个特点对天然水体与养殖水体同样适用，只不过它们的情况更复杂，影响进入水中的有效太阳光能的因素更多。主要有：

（1）抵达水面的太阳辐射总量。这又与云层覆盖程度、海拔高度、纬度、日长等有关。

（2）水面对光的反射性。入射光与水面的交角越小，则反射损失的数量就越多。这也就是说，早上日出后不久，下午日落前不久，被反射损失的阳光较多，进入水中的阳光较少，水中“白天”远没有大气中白天那么长久。

（3）水体的浑浊度。悬浮水中的粘土粒子、有机碎屑、浮游生物、微生物、各种沉淀及絮凝物等，都能形成浑浊度。浑浊度高，光的吸收、散射损失也大，透明度就随之下降。某些泉水特别透明，其主要原因是水中没有湍流，水和沉积物的特性常常有利于迅速沉淀。此外，水的矿物含量高，有时带酸性和氧含量低，这些因素都会阻止使水变混浊的微生物生长。

不同水体，由于上述各因素互不相同，因此，透明度可以相差甚远，小的不足20cm，大的可达10m左右。