自来水总硬度的测定流程图

第一节　地下水概述

地下水分布很广，与人们的生活、生产和工程活动密切相关。一方面，它是饮用、灌溉和工业供水的重要水源之一；另一方面，地下水与岩土相互作用，使土体和岩体的强度和稳定性降低，产生各种不良地质现象，如滑坡、崩塌、岩溶、流沙、潜蚀、地基沉陷、道路冻胀以及基坑或隧道涌水等，给工程建设和正常使用造成危害。在工程设计与施工中，均必须研究地下水的问题，研究地下水的埋藏条件、类型及其活动规律性，以便采取相应措施，保证结构物的稳定和正常使用。此外，地下水还会对工程建筑材料如混凝土、钢筋等产生腐蚀作用，使结构物遭受破坏。通常把与地下水有关的问题称为水文地质问题，把与地下水有关的地质条件称为水文地质条件。

一、地下水物理性质

地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、气味、味道和导电性等。

（一）温度

地下水的温度变化范围很大。地下水温度的差异，主要受各地区的地温条件所控制。通常随埋藏深度不同而异，埋藏越深，水温越高。

（二）颜色

地下水一般是无色、透明的，但当水中含有某些有色离子或含有较多的悬浮物质时，便会带有各种颜色和显得混浊。如含有高价铁离子的水为黄褐色，含H ₂ S的水呈翠绿色，含腐殖质的水为浅黄色。

（三）透明度

地下水多为透明的，当水中含有矿物质、机械混合物、有机质及胶体时，地下水就会变为半透明或不透明。

（四）气味

地下水一般是无嗅、无味的，但当水中含有H ₂ S气体时，水便有臭鸡蛋味；含有机质较重时，常有鱼腥味等。

（五）味道

地下水的味道主要取决于水中的化学成分，含NaCl的水有咸味；含MgCl₂和MgSO₄的水有苦味；含Mg（OH）₂和Mg（HCO₃）₂的水有甜味，俗称甜水；含CaCO₃的水清凉爽口。

（六）导电性

地下水的导电性取决于所含电解质的数量与性质（即各种离子的含量与离子价），离子含量越多，离子价越高，则水的导电性越强。

二、地下水化学成分

地下水中含有多种元素，有的含量大，有的含量甚微。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，但以离子状态为主。

地下水中含有多种气体成分，常见的有O₂、N₂、CO₂、H₂S。

地下水中呈分子状态的化合物（胶体）有Fe₂ O₃、Al₂ O₃和H ₂ SiO₃等。

（一）氢离子浓度

氢离子浓度是指水的酸碱度，用p H值表示。p H＝-lg［H^＋］。根据p H值可将水分为五类，见表4-1。

表4-1　水按p H值的分类

氢离子浓度为一般酸性侵蚀指标。自然界大多数地下水的p H值在6．5～8．5之间。酸性侵蚀是指酸可分解水泥混凝土中的CaCO₃成分。

（二）矿化度

水中离子、分子和各种化合物的总量称为总矿化度，以g／L表示。它表示水的矿化程度。通常以在105°～110°温度下将水蒸干后所得干涸残余物的含量来确定。根据矿化程度可将水分为五类，见表4-2。

表4-2　水按矿化度的分类

（三）硬度

水中Ca^2＋、Mg^2＋的总含量称为总硬度。将水煮沸后，水中一部分Ca^2＋、Mg^2＋的重碳酸盐因失去CO₂而生成碳酸盐沉淀下来，致使水中Ca^2＋、Mg^2＋的含量减少，由于煮沸而减少的这部分Ca^2＋、Mg^2＋的总含量称为暂时硬度。其反应式为：

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Ca^2＋、Mg^2＋的含量。

我国采用的硬度有两种表示法：一种是德国度，每一度相当于1L水中含有10mg的CaO或7．2mg的MgO；另一种是每升水中Ca^2＋和Mg^2＋的毫摩尔数。1毫摩尔硬度＝2．8德国度。根据硬度可将地下水分为五类，见表4-3。

表4-3　水按硬度的分类

（四）气体

地下水中的主要气体成分有O₂、N₂、CO₂、H ₂ S。一般情况下，每升地下水中气体含量只有几毫克到几十毫克。地下水的氧气和氮气主要来自于大气层，它们随同大气降水及地表水补给地下水。地下水中溶解氧含量越高，越有利于氧化作用。

地下水处在与大气较为隔绝的环境中，当存在有机质时，由于微生物的作用，将被还原成H ₂ S。因此，H₂S一般出现于封闭地质构造的地下水中，如油田水中。

植物根系的呼吸作用及有机质残骸的发酵作用，会在包气带水中产生CO₂，这种由有机物的氧化产生的CO₂，随同水一起入渗补给地下水。因此，浅部地下水主要含有这种成因的CO₂，含碳酸盐类的岩石，在深部高温的影响下，会分解成CO₂，即：

由于近代工业的发展，大气中人为产生的CO₂显著增加，尤其在某些集中的工业区，补给地下水的降水中的CO₂含量往往很高。

地下水中CO₂的含量越高，其溶解碳酸盐类的能力也越强。