东华理工大学水文地球化学试卷

2006-2007第一学期《水文地球化学》期末试卷(B)－参考答案班级（）学号（）姓名（）一、名词解释（每题3分，共21分）1、盐效应：矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含盐量水中的溶解度，这种含盐量升高而使矿物溶解度增大的现象。2、阳离子交替吸附作用：在一定条件下，岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的某些阳离子转入水中，从而改变了地下水的化学成分，这一作用即为阳离子交替吸附作用。3、氧化垒：在还原条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。4、侵蚀性CO2：当水中游离CO2大于平衡CO2时，水中剩余部分的CO2对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性，这部分即为侵蚀性CO2。5、TDS：指水中溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解的气体。6、硅质水与硅酸水：SiO2含量大于50mg/L的水称为硅质水（1.5分）；在阴离子中，HSiO3-占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5分）。7、硬度：是以水中Ca2+和Mg2+来量度，其计算方法是以Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位为mg/L。二、填空（每题1分，共14分）1、Fe2+在（酸）性中迁移强，而在（碱）性中迁移弱。2、地球化学垒按成因可分为（机械）垒、（物理化学）垒、（生物）垒和（复合）垒。3、碱度主要决定于水中的（HCO-3，CO2-3）的含量。硬度是以（Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（HCO-3，CO2-3）的毫克当量总数乘以50。4．大气CO2的δ13C平均值是（-7‰），而土壤CO2的δ13C平均值是（-25‰）。5．标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（它的迁移能力）。6．弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（渗透分散）。7、SiO2和Na/K地热温度计适用的温度范围分别为（0~250℃）和（150~350℃）。8．近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2-4SO2-4-Cl），而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO-3）。9．海水的水化学类型为（Cl-Na），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na-Ca）。10、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（介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（氢键）的破坏需要较大的能量。11、在35℃下，pH=7的地下水是（碱）性。在天然水化学成分的综合指标中，体现水的质量指标的有（TDS，硬度，含盐量或含盐度,电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（COD，BOD，TOC，Eh）。12、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于（0.1mol/L），而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于（0.5mol/L）。13、空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原）条件，而水迁移的标型元素主要决定环境的（酸碱）条件14、在氮的化合物中，（NO-2，NH4+）可作为地下水近期受到污染的标志，而（NO-3）可作为地下水很早以前受到污染的标志。三.简答（每题5分，共30分）1、水的酸度与pH值的区别？答：酸度是表征水中和强碱能力的指标（1分）。它与水中的氢离子浓度并不是一回事，pH值仅表示呈离子状态的H+数量（1分），而酸度则表示中和过程中可以与强碱进行反应的全部H+数量，其中包括原已电离的和将会电离的部分（2分），已电离的H+数量称为离子酸度，它与pH值是一致的（1分）。2、水分析结果是简分析，请问从那几方面检查分析数据可靠性。？答：（1）阴阳离子平衡的检查（1.5分）（2）碳酸平衡关系的检查（1.5分）（3）分析结果中一些计算值的检查（1分）（4）其它检查方法（1分）3、何谓降水氢氧稳定同位素的大陆效应？试用蒸发与凝结的机理加以解释(图示)。答：（1）降水氢氧稳定同位素的大陆效应指大气降水中的18O和D含量随着远离海洋而不断下降的现象（2分）。（2）4、试述潜水的毛细蒸发与土石内部蒸发的区别？答：（1）毛细蒸发：指水沿着毛细管上升，水份蒸发后，盐份积累在毛细管内，使土壤富含盐而形成土壤盐碱地。它使潜水的水位下降，但不会使潜水的矿化度增高。（2）土石内部蒸发：指水分子直接脱离潜水面而扩散到空气中，水份蒸发后，盐份积累在潜水内，它不会使土壤富含盐而形成土壤盐碱地。它使潜水的水位下降，同时使潜水的矿化度增高。5、热力学方法在水文地球化学中有那些应用？答：（1）判断水文地球化学体系反应进行的方向和程度，即计算化学反应的自由能变化和平衡常数（1分）；（2）计算化学反应的热效应，即计算化学反应的焓变（1分）；（3）计算氧化还原反应的Eh值和pH值（1分）；（4）计算和判断地下水中各种化学组分的存在形式（1分）；（5）判断矿物与水的溶解或反应状态，即计算浓度积常数或饱和指数（1分）。6、请用图表示水文地质封闭构造的水化学成分全水平分带（正常海相沉积岩中有还原硫酸盐的有机物存在的含水层）四、解释与计算题（每小题10分，共20分）1、某一深层砂岩含水层的地下水化学成分为（mg/L）：K+=18，Na+=390，Ca2+=41，Mg2+=60，HCO-3=210，SO2-4=670，pH=8.1。由于过量开采，地下水位降幅很大。为保持稳定供水量，以井灌方式进行人工补给，补给水源来自湖水，发草绿色，含有机质。结果，观测井中检查出H2S（人工补给前未检出）。试述出现H2S的原因，发生何种反应？HCO-3及pH将升高或降低？2、已知半反应式SO2-4+9H++8e=HS-+4H2O的平衡常数K=1033.63,试求在25°C，105Pa条件下pE-pH的关系式（法拉第常数F=96.564KJ/V）。(1)求pE0（4分）pE0=logK/N=33.63/8=4.20(2)求pE-pH的关系式（4分）pE=pE0+(1/N)log{[SO42-][H+]9/[HS-]}=4.2+(1/8)log{[SO42-]/[HS-]}+(1/8)log[H+]9=4.2+0.125log{[SO42-]/[HS-]}-1.125pH(3)若[SO42-]/[HS-]=1（分）则Eh=4.2-1.125pH五.论述题（15分）试述地下水的水文地球化学分类方法。答：（1）地下水水文地球化学分组（8分）根据水中溶解的气体组分（O2、N2、CO2、CH4、H2S、H2等）将地下水分为六个组（3分）：A-----氧化水组（O2为主）；B----潜育水组（生物成因的CO2为主，有时有H2）；C----硫化氢还原水组（H2S为主，有部分生物成因的CO2）；D----甲烷强还原水组（CH4为主，有部分生物成因的CO2、N2、H2S）；E----变质或岩浆CO2水组；F----含氮热水组（大气成因的N2为主）。由A到D分别是氧化环境、氧化—还原环境、还原环境和强还原环境的水组（2分），而E、F是两个特殊的水组（1分）。根据低下水的埋藏条件，将地下水分为潜水亚组和承压水亚组（1分）。在每个水组中注明Eh值的大致变化范围、微量元素和各种特殊组分，力求充分表示出每组水的水文地球化学环境的特征（1分）。（2）地下水水文地球化学分类（7分）根据水中的主要阴离子成分，将地下水分为六大类（2分）：Ⅰ---（HSiO3、HSiO3-HCO3）；Ⅱ---（HCO3）；Ⅲ---（SO4）Ⅳ---（HCO3-Cl）；Ⅴ---（Cl）；Ⅵ---（Cl卤水）。在每一类水中，根据阳离子成分分出九个亚类，用阿拉伯数字1、2、3、4、5、6、7、8、9表示（2分）：1---（Ca）；2---（Ca-Mg，Mg-Ca）；3---（Ca-Mg-Na）；4---（Ca-Na，Na-Ca）；5---（Mg）；6---（Mg-Na，Na-Mg）；7---（Na）；8---（Na-Ca-Mg，Na-Mg-Ca）；9---（Fe、Al等重金属）。在每类水中注明pH值和矿化度的大致变动范围（1分）。水中有机物与水质类型的关系在备注中加以说明（1分）。毫克当量百分数超过20的阴离子参加分类（1分）。