关于地下水的化学分类,不同的作者提出了不同的方法,其中大多数都在一定程度上利用了主要阴离子与主要阳离子间的对比关系。
1.舒卡列夫分类法
舒卡列夫分类根据地下水中6种主要离子(Na+、Ca2+、Mg2+、
第一步,根据水质分析结果,将6种主要离子中毫克当量百分数大于25%的阴离子和阳离子进行组合,可组合出49型水,并将每型用一个阿拉伯数字作为代号(表1—4)。
第二步,按矿化度的大小划分为4组。
A组 M≤1.5g/L;
B组 1.5<M≤10g/L;
C组 10<M≤40g/L;
D组 M>40g/L。
第三步,将地下水化学类型用阿拉伯数字(1~49)与字母(A、B、C或D)组合在一起表示。
例如,1—A型,表示矿化度不大于1.5g/L的HCO3—Ca型水,沉积岩地区典型的溶滤水;49—D型,表示矿化度大于40g/L的Cl—Na型水,该型水可能是与海水及海相沉积有关的地下水,或是大陆盐化潜水。
这种分类法的优点是简明易懂,可以利用此表系统整理水分析资料。其缺点是:以毫克当量大于25%作为划分类型的依据不充分,此外,划分出的49种水型是由组合方法得到,实际上有些水型在自然界中很少见到,也难以解释它的形成过程。
表1—4 舒卡列夫分类表
2.布罗德斯基分类法
布罗德斯基分类法与舒卡列夫分类法相似,都是考虑六种主要离子成分及矿化度,两者间所不同的是将阴、阳离子各取一对进行组合,便得出36种地下水类型,矿化度按图1—7进行分类。
图1—7 布罗德斯基分类法示意图
1—<0.5g/L;2—0.5~1g/L;3—1~5g/L;4—5~30g/L;5—>30g/L;6—沉积岩中循环水矿化作用的一般方向;7—火成岩中循环水矿化作用的一般方向
布罗德斯基分类法的优点:即可用来分析地下水形成的规律和循环条件。例如在典型的山前倾斜平原的地下水,其化学成分的形成和作用方向具有一定的规律;在径流带内,地下水运动比较强烈,岩石中的可溶性盐类大部分被溶解,剩下的只是钙、镁的碳酸盐,所以在这一带的地下水为淡水(矿化度小于1g/L),到了溢出带,地下水的矿化度逐渐增高,当地下水流至垂直交替带时,不仅运动缓慢,而且消耗于蒸发,故地下水矿化度极高。这种矿化度由低逐渐增高的作用,布罗德斯基称它为总矿化作用。
布罗德斯基分类法的缺点:当两种离子的含量差别不大时,这种主次划分就失去了意义,甚至可能将本来属于同一类的水划分为不同类型。此外,这种分类是不管成对离子含量多少,都要阴阳离子各取一对,如果水中仅有一种离子含量占优势,而另一种离子含量甚微时,分类中仍要表示出来,这样会导致在分析水化学成分形成规律时不能确定主导因素,可能会得出某些不正确的结论。
3.阿廖金分类法
阿廖金分类法是由俄国学者O.A.Aleken提出的,按水体中阴阳离子的优势成分和阴阳离子间的比例关系确定水质化学类型的一种方法。该方法的具体操作步骤如下:
第一步,列出各计算分区中具有代表性水样的
第二步,根据各水样中含量最多的阴离子将这些水样分为三类:重碳酸类(以C表示)、硫酸类(以S表示)、氯化类(以Cl表示),它们的矿化度依次增加,水质变差。
第三步,在每类中再根据水样中含量最多的阳离子进一步分为钙质(Ca)、镁质(Mg)、钠质(Na,钾与钠合并)三组。
第四步,按各水样中阴阳离子含量的比例关系分为四种类型:
Ⅰ型
Ⅱ型
Ⅱ型
Ⅳ型
阿廖金分类图解如图1—8所示。
图1—8 阿廖金分类图解
第Ⅰ型水的特点是
第Ⅱ型水的特点是
第Ⅲ型水的特点是
第Ⅳ型水的特点是
上述类型的差异是水体所处自然地理环境造成的,一般来讲,它们有一定的地理分布规律。
第五步,按照阿廖金的分类,水的类别是用主要阴离子的化学符号(即C、S、Cl)表示,组别用主要阳离子的化学符号(即Ca、Mg、Na)表示,而型别用脚码表示。表达式以“类”为基号,以组为上脚号,以型为下脚号,如C类Ca组Ⅱ型可表示为
阿廖金分类法具有许多优点,它适用于绝大部分天然水,简明易于记忆,而且能将多数离子之间的对比恰当的结合,可以用来判断水的成因、化学性质及其质量。
复习思考题
1.地下水的化学组分有哪些?
2.论述地下水的形成作用有哪些?
3.掌握地下水水质的三类综合评价指标。
4.掌握地下水化学类型的分类方法。
地下水的分类是一个相当复杂的问题,它可以根据地下水在岩石空隙中的存在形式、地下水的物理性质和化学成分,地下水的水力性质、岩石空隙性质、地下水埋藏条件,以及地下水在现代水循环中的水交替速度等标志进行分类。通常传统的分类是根据地下水的埋藏条件,把地下水分为上层滞水、潜水和承压水。还有按岩石空隙性质,把地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。下面介绍几种对水文地质勘察工作有指导意义的地下水分类及其基本特征。
⑴.按地下水理藏条件的分类
①.上层滞水:上层滞水是存在于松散堆积物的饱气带中的局部隔水层之上的重力水,是当地季节性的降雨或地表水渗入到局部隔水层受阻而赋存起来的距地表近的地下水。它的分布范围很小,常常是雨季补给时存在,旱季蒸发时消失,是一种不稳定的季节性地下水。
②.潜水:潜水是埋藏在地表以下第1个稳定隔水层(弱透水层)以上,具有自由水面的重力水。从自由水面到隔水层的垂直距离为潜水含水层的厚度。这个厚度是一个变数,补给期出现高水位时厚度变大,排泄期出现低水位时则厚度变小。潜水从高水位流向低水位。潜水的静水压力表现不明显,所以又称无压水。潜水水位往往和地形起伏相一致。它主要受大气降水和地表水补给,当其下面有高水头的承压水存在时,有时也通过所谓渗透性较好的“天窗”而获得承压水的补给,或其底板为弱透水层时,也可出现所谓承压水向上的越层(流)补给。潜水的径流速度除了岩溶暗河或粗颗粒组成的河谷潜流外,一般是很小的。潜水的排泄方式有泉水流出,以地下径流补给河湖等地表水或当其埋藏较浅时通过包气带而蒸发。潜水主要埋藏在第四纪松散堆积物中,其次是基岩裂隙风化带中。潜水在现代水循环中处于一种积极交替的过程,所以是一种再生能力较强的地下水资源。
③.承压水:承压水是充满两个隔水层或两个相对弱透水层之间含水层中的地下水。当这种含水层中的地下水未被充满时,称为层间水,具有潜水的水力性质。承压水承受静水压力,所以被钻孔或井揭露后地下水涌出并高出隔水层底板,承压水涌出地表的称自流水。承压水的形成条件与地质构造及含水层与隔水层的空间分布有关。例如,向斜构造、单斜构造常常形成承压水;在由第四纪松散沉积物组成的多层结构条件下,也有利于承压水的形成。有的承压水可分为补给区、承压区和排泄区。补给区往往小于分布区。补给区分布在上游,常常是深埋的潜水;排泄区分布在下游,常是地表上升泉的分布地带。有的承压水并没有明显的补给区和排泄区。例如,在过去地质年代里形成的封存水,它具有很高的承压水头,但划分不出补给区与排泄区。
⑵按岩石空隙性质的分类
①孔隙水:孔隙水是理藏运动在第四纪松散沉积物,弱胶结的沉积岩和岩浆岩、变质岩风化带孔隙中的地下水。孔隙水分布均匀而且连续,呈层状,有连续稳定分布的水位。根据埋藏深度的不同,孔隙水可以分别形成上层滞水、潜水和承压水。孔隙水的形成与分布同第四纪沉积物的成因类型有着密切关系,其富水性取决于含水层的颗粒大小,分选程度及含水层的厚度。
②裂隙水:裂隙水主耍分布在坚硬、半坚硬岩石的各种裂隙之中,根据含水层产状,可分为裂隙层间水和裂隙脉状水。根据裂隙的成因又可分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水三种。在第四纪松散沉积物中有时也出现一种裂隙水,如黄土中的裂隙水和冲积平原下游的粘土裂隙水。
③岩溶水:埋藏运动在可溶盐岩石的裂隙、溶洞中的地下水称岩溶水。岩溶水不但具有*的性质,同时又是一种地质营力。因为岩溶水在储存、运动中不断地对可溶盐岩石进行溶蚀作用,所以也就不断地在改变它自身的储存条件和运动条件。岩溶水的特点是其空间分布的不均一性,这种特殊分布取决于当地岩溶的发育规律。岩溶水在现代水循环过程中有着比较快的水交替速度,尤其是岩溶暗河,其水交替速度接近于地表径流。
地下水的分类方法多种多样,可以根据不同的分类目的、原则和标准进行区分。以下是一些常见的分类方法:
按起源和形成:
渗入水:由降水渗入地下形成。
凝结水:水汽凝结形成的地下水,当地面温度低于空气温度时,空气中的水汽进入土壤和岩石空隙,在颗粒和岩石表面凝结形成。
初生水:由岩浆中分离出来的气体冷凝形成,与降水渗入和水汽凝结无关。
埋藏水:与沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的孔隙中形成。
按力学性质:
结合水:包括吸湿水和薄膜水,与岩土颗粒紧密结合,不传递静水压力。
毛细水:存在于岩土毛细孔隙中的地下水,可分为毛管悬着水和毛管上升水。
重力水:具有自由水面的地下水,可在重力作用下自由流动,可分为上层滞水和渗透重力水。
按贮存埋藏条件:
包气带水:存在于包气带中的地下水,包括上述的结合水、毛细水和上层滞水。
饱水带水:存在于饱水带中的地下水,包括潜水和承压水。
按岩土的贮水空隙的差异:
孔隙水:储存于第四系松散沉积物及第三系少数胶结不良的沉积物的孔隙中的地下水。
裂隙水:赋存于坚硬岩石和某些粘土层裂隙中的地下水。
岩溶水:又称喀斯特水,指存在于可溶岩石(如石灰岩、白云岩等)的洞隙中的地下水。
按矿化程度:
淡水:总矿化度小于1g/l。
微咸水:总矿化度在1~3g/l。
咸水:总矿化度在3~10g/l。
盐水:总矿化度在10~50g/l。
卤水:总矿化度大于50g/l。
这些分类方法并不是互相独立的,有时一个地下水体可能同时符合多个分类标准。对地下水的分类有助于我们更好地理解其特性、分布规律以及合理利用和保护地下水资源。