Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Гидрология - файл Тема 1 ГИДРОЛОГИЯ СВОЙСТВА ВОДЫ.doc


Лекции - Гидрология
скачать (576.2 kb.)

Доступные файлы (8):

Тема 1 ГИДРОЛОГИЯ СВОЙСТВА ВОДЫ.doc117kb.28.12.2008 00:29скачать
Тема 3 ГИДРОЛОГИЯ ОЗЕРА.doc174kb.28.12.2008 00:28скачать
Тема 4 ГИДРОЛОГИЯ ВОДОХРАНИЛИЩА.doc71kb.28.12.2008 00:30скачать
Тема 5 ГИДРОЛОГИЯ ЛЕДНИКИ.doc62kb.28.12.2008 00:29скачать
ТЕМА 6 ГИДРОЛОГИЯ БОЛОТА.doc114kb.28.12.2008 00:30скачать
ТЕМА 7 ГИДРОЛОГИЯ ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ.doc318kb.28.12.2008 00:32скачать
ТЕМА 8 ГИДРОЛОГИЯ РЕКИ.doc347kb.28.12.2008 00:31скачать
Тема 9 ГИДРОЛОГИЯ ОКЕАНЫ И МОРЯ.doc79kb.28.12.2008 00:28скачать

содержание
Загрузка...

Тема 1 ГИДРОЛОГИЯ СВОЙСТВА ВОДЫ.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Тема 1. Химические и физические свойства природных вод


1.1. Основные физические свойства воды, снега и льда

Общие сведения. Вода имеет большое значение в жизни Земли. Являясь одним из распространенных и наиболее подвиж­ных природных тел, она участвует почти во всех физических, кли­матических и биологических процессах, совершающихся на Земле.

При анализе гидрологических явлений принимается, что коли­чество свободной воды на Земле сохраняется постоянным. Вода в результате некоторых процессов вступает в прочные соединения с другими веществами и перестает существовать как свободное образование, однако в глубоких слоях земной коры имеют место и обратные процессы: при высоких давлениях и температурах вновь образуется некоторое количество воды.

Жидкая вода в тонких слоях бесцветна, в толстых имеет голу­бовато-зеленый оттенок. Чистая вода, без примесей, почти не про­водит электрический ток. Температура замерзания дистиллирован­ной воды принята за 0° С, а температура кипения при нормальном давлении - за 100° С.

Природная вода никогда не бывает совершенно чистой. Наи­более химически чистой является дождевая вода, но и она содер­жит различные примеси, которые захватывает из воздуха. Попадая на землю, дождевая вода отчасти стекает по поверхности, отчасти просачивается в почво-грунты, образуя подземные воды. Стекая по поверхности земли и в толще почво-грунтов, вода растворяет различные вещества и превращается в раствор. Качественный и количественный характер изменений химического состава раство­ренных веществ и физических свойств воды весьма различен и за­висит от всего комплекса физико-географических условий, в кото­рых совершается процесс круговорота воды на Земле.

^ Строение воды. Вода состоит из 11,11% водорода и 88,89% кислорода (по весу). При образовании воды с одним ато­мом кислорода соединяются два атома водорода. В молекуле воды атомы водорода и кислорода расположены по углам равнобедрен­ного треугольника: при вершине находится атом кислорода, а в уг­лах при основании - по атому водорода (Рис.1).


^ РИС. 1. СХЕМА СТРОЕНИЯ МОЛЕКУЛ ВОДЫ


Молекула воды характеризуется значительной полярностью вследствие того, что в ней оба атома водорода располагаются не на прямой, проведенной через центр атома кислорода, а как бы по одну сторону от атома кислорода. Это приводит к неравномер­ности распределения электрических зарядов. Сторона молекулы с атомом кислорода имеет некоторый избыток отрицательного за­ряда, а противоположная сторона, в которой размещены атомы водорода, - избыток положительного заряда электричества. На­личием полярности и некоторых других сил обусловлена способ­ность молекул воды объединяться в агрегаты по несколько мо­лекул.

Простейшую формулу H2O имеет молекула парообразной воды - гидроль.

Молекула воды в жидком состоянии представляет собой объедине­ние двух простых молекул (Н2O)2 - дигидроль.

Молекула льда - объединение трех простых молекул (Н20)з - тригидроль.

В парообразном состоянии при температуре свыше 100° С, вода состоит главным образом из молекул гидроля, так как зна­чительная скорость движения молекул при этой температуре на­рушает ассоциацию (объединение) молекул.

В жидком состоянии вода представляет собой смесь гидроля, дигидроля и тригидроля, соотношение между которыми меняется с изменением температуры.

Во льду преобладают молекулы тригидроля, имеющие наиболь­ший объем, а простые, необъединившиеся молекулы в нем отсут­ствуют.

Возможность перехода воды из одного агрегатного состояния в другое (из жидкого в лед или в пар и обратно) определяется температурой и давлением. Диа­грамма состояния воды изображена на рис. 2.


^ РИС. 2. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ВОДЫ


Линия АВ показывает границу равновесия между парооб­разной и твердой водой, линия ВС - между парообразной и жидкой во­дой. При температуре 0,0075°С и давлении 6,1 мб в устойчивом рав­новесии могут одновременно суще­ствовать лед, пар и жидкая вода (точка В на графике).

Если очень чистую воду охлаж­дать, тщательно предохраняя ее от сотрясения, то лед долго не образу­ется, несмотря на низкую темпера­туру; практически такое охлажде­ние производилось до -72° С. Од­нако переохлажденная вода малоус­тойчива: при внесении в нес кристаллика льда или при встряхивании она сразу же превращается в лед. Переохлаждение воды в естественных водоемах на 0,005-0,01° С встречается весьма часто. В грунтах вследствие повышенной минерализации переох­лаждение воды может быть более значительным.


^ Плотность и удельный объем

Под плотностью воды по­нимается отношение ее массы m к объему V, занимаемому ею при данной температуре, т.е.


= m/V где - в г/см3.


За единицу плотности принята плотность дистиллированной воды при 4° С.

Величина, обратная плотности, т. е. отношение единицы объема к единице массы, называется удельным объемом:


v = V/m где v - в см3/г.


Плотность воды зависит от ее температуры, минерализации, дав­ления, количества взвешенных частиц и растворенных газов.

С по­вышением температуры плотность всех жидкостей, как правило, уменьшается. Вода в этом отношении ведет себя аномально: при температурах выше 4° С плотность ее с повышением температуры уменьшается, а в интервале температур 0-4° С увеличивается. Аномальное изменение плотности воды объясняется особенностями ее строения. При нагревании воды идут два параллельных про­цесса: первый - нормальное увеличение объема за счет увеличения расстояния между молекулами, второй - уменьшение объема бла­годаря возникновению более плотных гидролей и дигидролей.

В зоне температур выше 4° С интенсивнее происходит первый процесс, в интервале 0-4°С - второй. В момент выравнивания влияния, оказываемого этими процессами на изменение объема воды, наступающего при 4° С, наблюдается наибольшая плотность.

Изменения плотности воды на один градус температуры в раз­личных интервалах температуры неодинаковы. Они очень малы около температуры наибольшей плотности и быстро возрастают по мере удаления от нее. Так, при температуре, близкой к 4°С, из­менение плотности воды на один градус температуры составляет 8*10-6, при температуре около 30°С - до 3*10-4.

При переходе воды из жидкого состояния в твердое (лед) плот­ность резко, скачкообразно изменяется приблизительно на 9%; плот­ность дистиллированной воды при 0°С равна 0,99987, а плотность льда, образовавшегося из той же воды при 0°С, равна 0,9167.

С понижением температуры плотность чистого льда несколько возрастает и при -20° С достигает 0,92.

Своеобразный режим изменения плотности воды в связи с из­менениями температуры имеет колоссальное значение в природе. Благодаря этому естественные водоемы (например, озера) при от­рицательных температурах воздуха зимой даже в условиях суро­вого климата не промерзают до дна в случае достаточной глубины водоема. При этом под ледяным покровом остается жидкая вода, потому что при промерзании лед, значительно более легкий, чем вода, остается на поверхности водоема, на дно которого опуска­ются охладившиеся до 4°С наиболее плотные массы воды.


Плотность снега с выражается в виде от­ношения веса снега к весу воды, взятых в равных объемах, или отношения веса снега Р в граммах к его объему W в кубических сантиметрах


с = P/W, где вес снега Р в граммах, объем снега W в куб. см.


Слой воды hв, содержащийся в снеге, выражается как произве­дение высоты снега hс на его плотность с


hв = с hс


С плот­ностью снега непосредственно связаны пористость, теплопровод­ность, водоудерживающая способность, твердость и другие меха­нические и водно-физические свойства снежного покрова.

Плотность снега колеблется в широких пределах как по вре­мени, так и по площади. Наименьшей плотностью, порядка 0,01 г/см3, обладает свежий снег, выпавший при низкой темпера­туре и безветренной погоде. С течением времени под влиянием ветра и оттепелей снег уплотняется. Сильно промокший и затем смерзшийся снег обладает плотностью до 0,70 г/см3.


^ Удельная теплота парообразования воды и плавления снега и льда.

Удельной теплотой парообразования L (кал/г) называется количество тепла, необходимое для перевода 1 г воды из жидкого состояния в парообразное без изменения температуры при нормаль­ном атмосферном давлении.

Теплота, затрачиваемая на перевод жидкости в пар, состоит из двух частей


L = L1 + L2,


где L1 - тепло, расходуемое на преодоление межмолекулярных сил сцепления, т. е. на повышение внутренней энергии, и называе­мое внутренней теплотой испарения; L2 - тепло, расходуемое на увеличение объема, занимаемого единицей массы вещества, т. е. на работу против внешнего давления.

С повышением температуры удельная теплота парообразования уменьшается. Эта зависимость может быть охарактеризована сле­дующей эмпирической формулой:


L = 597 - 0,57t, где t - температура испаряющей поверхности, L - в кал/г.


Количество тепла Qис, затрачиваемого на испарение столбика воды высотой E см с площадью основания 1 см2 при плотности воды = 1, определяется по формуле


Qис = EL = Е (597 - 0,570 t), где Qис - в калориях.


Удельной теплотой плавления Lпл называется количество тепла, поглощаемого при переходе 1 г снега или льда в жидкую воду той же температуры. Это же количество тепла выделяется при за­мерзании 1 г воды.


Количество теплоты, поглощаемое при плавлении или выделяе­мое при кристаллизации столбиком чистого льда высотой h см и площадью 1 см2, определяется выражением


Qл = лhLпл, где Qл - в калориях.


Интересно отметить, что удельная теплота испарения воды и удельная теплота плавления льда значительно больше, чем мно­гих других жидкостей. Эта аномалия объясняется, так же как и аномалия плотности, особенностями строения воды. При переходе жидкой воды в пар и льда в жидкую воду энергия затрачивается не только на преодоление сил взаимного притяжения молекул, но и на разрушение агрегатов двойных и тройных молекул.


^ Теплоемкость и теплопроводность.

Количество тепла, необ­ходимое для нагревания 1 г воды на 1°С, называется удельной теплоемкостью Cp. В гидрологии теплоемкость обычно выражается в кал/(г*град).

Вода характеризуется наибольшей теплоемкостью по сравнению с другими жидкими и твердыми веществами, за исключением во­дорода и аммиака.

Благодаря большой теплоемкости воды суточные и сезонные изменения ее температуры оказываются менее значительными, чем изменение температуры воздуха, удельная теплоемкость которого в 4 раза меньше, чем теплоемкость воды.

Так же как и плотность, теплоемкость воды изменяется с температурой аномально: при 30°С она наименьшая - 0,9975 кал/(г*град) при 15 и 70°С равна 1,000, при 3,6 и 100°С возрастает до 1,0057; теплоемкость водяного пара при 100°С и давлении 760 мм равна 0,462, теплоемкость льда при 0°С - 0,485, а при 10°С - 0,444 кал/(г*град).

Передача тепла путем молекулярной теплопроводности состоит в том, что повышенные колебания молекул в более нагретых слоях постепенно передаются молекулам смежных слоев и таким обра­зом энергия теплового движения постепенно передается от слоя к слою. В результате возникает поток тепла от более нагретых слоев к слоям с более низкой температурой.

Характеристика молекулярной теплопередачи - коэффициент теплопроводности воды () в кал/(см*с*град) при 0°С равен 0,001358 кал/(см*с*град). С повышением температуры он увели­чивается и при температуре 20° С равен 0,00143 кал/(см*с*град).

Коэффициент теплопроводности чистого, лишенного пузырьков воздуха льда равен 0,0054 кал/(см*с*град). С понижением тем­пературы теплопроводность льда несколько уменьшается.

Тепло­проводность снега зависит в значительной мере от его плотности.

Зависимость коэффициента теплопроводности снега с от его плот­ности может быть выражена в следующей форме:


с = 0,0067с2, где с - плотность снега; с - в кал/(см*с*град).


Молекулярная вязкость. Поверхностное натяжение.

Вяз­костью жидкости называется ее свойство оказывать сопротивление взаимному передвижению смежных слоев. Вязкость играет двой­ную роль при движении жидкости. С одной стороны, она высту­пает как фактор, формирующий скоростное поле потока, передаю­щий скорости от одного слоя к другому, сглаживающий различие скоростей в соседних точках, а с другой - как фактор, оказываю­щий сопротивление движению, т. е. способствующий превращению механической энергии в тепловую.

Коэффициент вязкости воды () зависит от температуры: с повы­шением температуры он значительно уменьшается.

Силы притяжения, действующие между молекулами воды, вы­зывают на поверхностях раздела вода – воздух - твердое тело яв­ление, называемое поверхностным натяжением а. Оно проявляется на границе раздела вследствие разности сил молекулярного при­тяжения, так как поверхностные молекулы испытывают притяже­ние, направленное к массе воды, большее, чем в направлении па­рообразных частиц воды, находящихся в воздухе.

Каждая молекула, расположенная под поверхностью на глу­бине, большей, чем радиус сил молекулярного притяжения, окружена со всех сторон молекулами воды, дей­ствующими на нее с некоторыми силами. Благодаря симметрич­ному расположению эти силы будут компенсироваться. Когда мо­лекула попадает в поверхностный слой воды толщиной, равной радиусу сил молекулярного притяжения, возникает равнодейст­вующая молекулярных сил, направленная внутрь жидкости. Этот радиус превышает радиус самих молекул, но нена­много, так как силы молекулярного притяжения с увеличением расстояния быстро затухают.


^ РИС. 3. Действие молекулярных сил на молекулу,

находящуюся внутри жидкости (а) и вне ее (б)


Водоудерживающая способность (влагоемкость) снега. Образовавшаяся при таянии снега вода перво­начально содержится в виде пленочной и подвешенной капилляр­ной влаги, удерживаемой прочно на поверхности частиц снега и в промежутках между ними молекулярными и капиллярными си­лами.

Относительное количество воды, которое снег способен удер­живать в своих порах и капиллярных промежутках вне зоны ка­пиллярного поднятия в виде гигроскопической, пленочной и ча­стично гравитационной воды, представляет собой водоудерживающую способность (влагоемкость) снега у, определяемую отноше­нием количества жидкой воды hж к общему количеству воды h, содержащейся в данном объеме снега в жидкой и твердой фазах. Водоудерживающая способность снега может быть выражена в процентах или в долях единицы


у = hж/h*100%.


где hж - количество жидкой воды в данном объеме снега в мил­лиметрах; h - общее количество воды, содержащейся в данном объеме снега в жидкой и твердой фазах, в миллиметрах.

Водоудерживающая способность (влагоемкость) снега зависит от степени его перекристаллизации и плотности. Мелкозернистый метелевый снег обладает большей водоудерживающей способностью, чем крупнозернистый при одной и той же плотности. В процессе таяния мелкозернистый снег быстро перекристаллизовывается и его водоудерживающая способность убывает.

Влажностью снега называ­ется количество воды, содержащейся в нем в рассматриваемый мо­мент времени, выраженное в процентах к общему весу пробы влаж­ного снега.


Водоотдача. С развитием процесса таяния промежутки ме­жду частицами снега заполняются водой, сила тяжести которой превосходит капиллярные силы. Появляется так называемая гра­витационная вода, которая под действием силы тяжести передви­гается вниз, пока не достигает почвы, и пока, таким образом, не наступит момент водоотдачи.

Водоотдачей называется процесс поступления воды из снега на почву; интенсивность водоотдачи определяется количеством воды (обычно в миллиметрах слоя), поступающей из снега на поверх­ность почвы за единицу времени.


^ 1.2. Химические свойства воды

В природе нет абсолютно нерастворимых веществ. Все они в той или иной степени подвергаются воздействию воды, отличаясь, друг от друга только количеством переходящего в раствор вещества. Поэтому в естественном состоянии вода всюду представляет собой сложный раствор различных веществ, который принято называть природной водой в отличие от химически чистой воды Н2О.

Таким образом, под химическим составом природных вод надо понимать весь сложный комплекс минеральных и органических веществ, находящихся в разных формах ионно-молекулярного и коллоидного состояния.

С некоторой условностью химический состав природных вод можно разделить на следующие пять групп:

1) главные ионы, т. е. ионы, содержащиеся в наибольшем количестве (хлоридные Сl-, сульфатные SO4-, гидрокарбонатные НСОз-, карбонатные СО3-, натрия Na+; калия К+, магния Mg2+ и кальция Са2+);  

2) растворенные газы (кислород О2, азот N2, двуокись углерода СО2, сероводород H2S и др.);  

3) биогенные элементы (соединения азота,   фосфора, кремния);

4) микроэлементы - соединения всех  остальных химических элементов;

5) органические вещества.

 Несколько особое положение занимают ионы водорода Н+, находящиеся в природных водах в очень небольшом количестве, но играющие очень большую роль в химических и биологических  процессах, протекающих в природных водах.

Деление на эти группы в известной мере условно, так как некоторые элементы, например, кальций, калий, также усваиваются и необходимы организмам, как и биогенные элементы, а концентрации биогенных элементов часто бывают еще меньше, чем микроэлементов.

Некоторая условность создается и в результате определения суммарной концентрации нескольких видов ионов, близких по химическим свойствам и поэтому аналитически трудно разделяемых, например, фосфора с мышьяком, кальция с барием и стронцием, хлора с бромом и йодом. Разумеется, существуют аналитические методы и раздельного определения указанных сходных по свойствам элементов. Однако такое определение элементов отнимает много времени и труда и в большинстве случаев ограничивается только суммарной концентрацией с  пересчетом ее на главный определяемый элемент.

^ Кроме перечисленных компонентов, состав природной воды обладает качественными характеристиками: жесткость, щелочность, окисляемость, агрессивность.

Эти свойства обусловлены не одним, а совокупностью нескольких компонентов состава воды.

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью (мг-экв/дм3, мг-экв/л).

Классификация: мягкая (<4 мг-экв/л), средней жесткости (4-8 мг-экв/л), жесткая (8-12 мг-экв/л), очень жесткая (>12 мг-экв/л).

Щелочность - способность сильной кислоты реагировать с различными компонентами природной воды. Поскольку в большинстве природных вод преобладают карбонаты, то обычно различают лишь гидрокарбонатную и карбонатную щелочность. В редких случаях, при рН>8.5 возникает гидратная щелочность.

Окисляемость - это величина характеризует содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей.

Химическое потребление кислорода (ХПК) - показатель, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ по количеству израсходованного на окисление химически связанного кислорода.

^ Биохимическое потребление кислорода (БПК) – количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20°С, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов.

Агрессивность - способность воды и растворенных в ней веществ разрушать путем химического воздействия различные материалы (бетон, металлы и т.д.).


Широко распространено еще понятие минерализация воды, под которым понимают сумму всех найденных при анализе минеральных веществ в мг/л или г/кг (при сумме больше одного г/кг), содержащихся в данной воде.

В океанологии вместо минерализации употребляется термин соленость.

 

В воде растворяются твердые, жидкие и газообразные вещества, которые делятся на три группы:

- хорошо растворимые (в 100 г воды растворяется более 10 г вещества);

- плохо растворимые, или малорастворимые (в 100 г воды растворяется менее 1 г вещества);

- практически не растворимые (в 100 г воды растворяется менее 0,01 г вещества).


Горные породы и минералы как источники солей для минерализации природных вод целесообразно разделить на три группы:

 а) изверженные, магматические породы, образующие растворимые соли при их разложении;

б) соли, рассеянные в сухом, растворенном или адсорбированном состоянии в различных осадочных породах;

 в) минералы и растворимые соли, находящиеся в виде скоплений или залежей (известняки, мергели, доломиты, гипсы, каменная соль и пр.).


Наиболее часто используется классификация вод по степени минерализации

< 0.2 мг/л - ультрапресные

0.2 - 0.5 мг/л - пресные

0.5 - 1.0 мг/л - воды с относительно повышенной минерализацией

1.0 - 3.0 мг/л - солоноватые

3 - 10 мг/л - соленые

10 - 35 мг/л - воды повышенной солености

> 35 мг/л – рассолы


Можно использовать и другую классификацию:

Пресные                            -       до 1,0 г/кг

Солоноватые                     -       1—25г/кг

С морской соленостью    -       25—50г/кг

Рассолы                            -       выше 50г/кг


Кроме минерализации, существует ещё близкое к ней по величине понятие сумма ионов, т. е. сумма всех видов ионов в мг/л или г/кг, концентрация которых больше 0, 1 мг/л. 

 

^ 1.3. Характеристика состава природных вод

В природных водах всегда присутствуют газы в растворенном состоянии. Их качественный и количественный состав зависит от природных условий, в которых находится вода. Происхождение этих газов связано:

а) с составом атмосферы (азот N2, кислород О2, аргон Аr и другие инертные газы, двуокись углерода СО2),

б) с биохимическими процессами (двуокись углерода, метан СН4 и другие тяжелые углеводороды, сероводород Н2S, азот N2, водород Н2);

в) с процессами дегазации мантии и метаморфизацией гордых пород в глубинных слоях земной коры при высоких температурах и давлении (двуокись углерода, окись углерода СО, сероводород, водород, метан, аммиак  NH3, хлористый водород HCl и другие соединения водорода с галогенами и бором).

Первая группа газов характерна главным образом  для вод земной поверхности и подземных, в которые проникают инфильтрационные воды с поверхности,   вторая - для поверхностных и подземных вод и третья - в основном для подземных вод.

Наиболее широко распространены в поверхностных водах кислород и двуокись углерода, в подземных - сероводород и метан.


Источники образования органического вещества по происхождению органических веществ в природных водах могут быть разделены на:

1)   поступающие извне (с водосборной площади)

2)   образующиеся в самом водоеме.

К биогенным элементам в природных водах относятся азот, фосфор и кремний в различных соединениях. Они имеют особое значение в развитии жизни в водоемах. Азот и фосфор являются обязательными составными частями тканей каждого живого организма. Выделение этой группы до некоторой степени условно, так как в жизненных процессах, происходящих в природных водах, участвует и ряд других элементов (Са, Мg, К и др.).

Микроэлементы представляют собой самую большую группу состава природных вод в нее входят все остальные элементы периодической системы.  Условно их можно разделить на пять подгрупп:

1) типичные катионы (Li, Rb, Cs, Ве, Sr , Ва и др),

2) ионы тяжелых металлов (Сu, Аg, Аu, РЬ , Fe, Ni, Со и др);

3) амфотерные комплексообразователи (Сг, Мо, V, Мn);

4) типичные анионы (Br, J, F, В),

5) радиоактивные элементы.


Факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, могут быть разделены на две основные группы.

^ 1. Прямые факторы, непосредственно  воздействующие на воду (т. е. действие веществ, которые могут,  обогащать воду растворимыми соединениями, или, наоборот, выделять их из воды):

- горные породы,

- почвы,

- живые организмы,

- деятельность человека.

^ 2. Косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой:

- климат,

- рельеф,

- водный режим,

- растительность, 

- гидрогеологические,

- гидродинамические условия и пр.

Действие этих факторов проявляется косвенно, через прямые факторы, однако, роль их при этом в формировании состава воды часто бывает решающей. В свою очередь все косвенные факторы тесно взаимосвязаны между собой.

Климат прежде всего определяет баланс тепла и влаги, и от которого зависит увлажненность местности и величина водного стока, а следовательно, разбавление или концентрирование природных растворов, и возможность растворения веществ или выпадения в осадок.

С климатическими условиями  связано направление движения почвенных и грунтовых растворов вблизи поверхности Земли. От климатических характеристик также зависят условия взаимодействия воды с породами, процесс выветривания горных пород тип почвообразования и растительности и характер разложения остатков последней, что в свою очередь влияет на минерализацию воды. Климатические условия определяют не только количество, но и характер атмосферных осадков (дождь, снег), их распределение  в течение года, условия миграции различных элементов, промерзаемость почвы, существование вечной мерзлоты, с которыми тесно связан гидрохимический режим вод на поверхности Земли и вблизи нее.

Роль климатических условий нельзя игнорировать и для подземных вод, влияние которых прослеживается на значительную глубину. Влияние климата на химический состав, воды настолько существенно, что часто является решающим фактором, определяющим не только величину минерализации воды, но и ее состав. Климат создает общий фон, на котором происходит большинство процессов, влияющих на формирование химического состава природных вод.

 Важнейшим фактором состава природных вод является также рельеф местности, хотя его роль носит менее явный характер. С рельефом местности связаны условия поверхностного и подземного стока, водный и солевой режим почв, освещенность склонов и расчлененность местности, способствующая созданию неоднородности состава воды, заболоченность местности, обусловливающая специфический состав воды, и др.

 Существен в формировании химического состава воды и водный режим водоёмов, который в свою очередь зависит от ряда физико-географических условий. Состав воды рек зависит от времени наступления половодья, от характера их питания. Влияет на изменение состава воды рек также и их протяженность, которая определяет различие гидрологического режима отдельных частей реки, наличие притоков, протекание реки через водоем и мн. др. Наличие стока из озера определяет величину минерализация воды, водообмен между отдельными его частями. Минерализация подземных вод в сильнейшей мере зависит от степени влияния поверхностных вод на данный водоносный горизонт, наличия трещин, скорости движения воды в породах.

Растительность, помимо прямого воздействия в водоемах на состав растворенных газов, обмен с ионным составом и растворенные органические вещества, большую роль играет и на суше, где она формирует почвы, создает запасы растительных остатков, являющихся основным источником растворенных органических веществ, смываемых в водоемы с  поверхности. Продукты трансформации остатков органических веществ определяют условия для подвижности многих элементов (особенно микроэлементов), способствуя образованию комплексов и, влияя на величину рН.     

 

 1.4. Классификации состава природных вод

^ Классификация С.А. Щукарева основана на делении вод по шести главным ионам, присутствующим в воде в количестве, большем, чем 12,5 % -экв.

Такими могут быть только. Na, Мg, Са, Сl, SO4 и НСО3. Комбинацией трех катионов с тремя анионами можно получить 49 сочетаний, которые, по С. А. Щукареву, соответствуют 49 классам природных вод. Например, состав девятого класса воды определяется присутствием ионов Са, Мg, НСО3 и SO4  в количестве, большем, чем 12,5 %-экв каждого из них, считая сумму эквивалентов анионов за 50 %. 

 ^ Классификация О. А. Алекина сочетает принцип деления по преобладающим анионам и катионам с делением по  количественному соотношению между ними. Все природные воды делятся сначала по преобладающему аниону (по эквивалентам) на три класса гидрокарбонатных и карбонатных, сульфатных и хлоридных вод. Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется далее на три группы кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа в свою очередь подразделяется на четыре типа вод, определяемых соотношением между ионами в эквивалентах.

1. НСО3->Са2++Мg ,

2. НCОз-<Са2++Mg2+<HСО3-+SO42- ,

3.НCОз-+SO42-<Са2++Mg2+илиСl->Na+,     
           4. НCОз- = 0.         

Воды типа 1 образуются или в процессе химического выщелачивания изверженных пород, или при обменных процессах Са и Mg на Na. Эти воды чаще всего маломинерализованные, исключение составляют бессточные озера, питаемые подобными водами.

Воды типа 2 - смешанные. Состав их может быть связан генетически как с осадочными породами, так и с продуктами выветривания изверженных пород. К этому типу относятся воды большинства рек, озер и подземные воды малой и умеренной минерализации.

Воды типа 3 - метаморфизированные. Они включают какую-то часть сильноминерализованных вод или вод, подвергшихся катионному обмену Na на Са или   Mg. К этому типу относятся воды океана, морей, лиманов реликтовых  водоемов и многие другие сильноминерализованные воды.


Для лучшей дифференциации состава воды типа 3 Е В. Посохов предложил ввести еще два подтипа

3а — с соотношением ионов Сl < Na+Мg,

3б — с соотношением ионов Сl > Nа+Мg.

Подтип 3б особенно характерен для сильно минерализованных вод лагунного происхождения. В водах этого подтипа Сl уравновешивает даже часть ионов кальция.

К типу 4, характеризуемому отсутствием НСОз-, относятся кислые воды, загрязнённые.

^ Классификация В.А.Александрова служит для характеристики лечебных вод. Воды по этой классификации подразделяются на 5 классов по аниону, превышающему 12,5 % экв, каждый из которых делится по преобладающим катионам:

- гидрокарбонатный,

- сульфатный,

- хлоридный,

- нитратный,

- смешанный — включает воды, содержащие одновременно разные анионы в количестве 12,5 % экв.

 Кроме этих пяти классов, различающихся по ионному составу, предусматривается одновременное разделение вод по их особым свойствам.

^ А. Воды с активными ионами а) железистые (>10 мг/л),  б) мышьяковистые (>1 мг/л), в) йодо-бромистые (Вг> 25 мг/л, ,1>10 мг/л), г) кремнистые (>50 мг/л), д) с другими активными ионами (F, В, Li, Со и др.).

^ Б. Газовое воды а) углекислые (>075 г/л), 6) сероводородные (>10 мг/л), в) радоновые (>10 ед. Махе), г) другие (азотные, метановые и др ).      

В. Нормальные воды а) теплые (20—37°), б) горячие (>37°).








Скачать файл (576.2 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru