地下水化学组分存在形式及其SI值计算(2)

时间：2026-01-23

饱和指数

第3期

郭张军等:地下水化学组分存在形式及其SI值计算

201

F等,那么其可能的组分存在形式如表1所列:

表1 化学组分的可能存在形式

Table1 Somepossibleformsofchemicals

主要组分Ca2+Mg2+Na

存在,只考虑活度的情况下,进行反应平衡的计算,饱和指数SI值计算过程简单;但是通过研究元素在地下水中的存在形式以后,发现地下水溶解组分由游离

离子和络合物两部分组成,例如钙,其组成如下:m

、

Ca2+

组分存在形式

Ca、CaOHCaF+

Mg2+、MgOH+、MgCO0MgSO0MgHCO+MgF+3、4、3、Na

+2+

、CaHCO3、CaCO0HSO+3、CaSO4、Ca4

(T)=m

Ca2+

CaSO0

CaHCO+

CaCO0

式中符号 m 表示mol浓度;m水中的总浓度,即分析浓度;m

2--

Ca2+

(T)是Ca在

CaSO0

、m

CaHCO+

和(T

、NaCO-3、NaHCO0NaSO-3、4

mCaCO0分别为Ca与SO4、HCO3和CO3结合的3络合物浓度。通常的水分析结果只能代表m

Ca2+

Cl-SO2-4HCO-3F-

Cl---SO2-HSO4、MgSO0CaSO0NaSO4、CaHSO+4、4、4、4

)浓度,而游离离子及络合物浓度是未知数,所以饱和指数SI值出现偏差。在进行饱和指数SI值计算过程中,由于所涉及的概念广,公式多,所要解的方程中有数十个未知数,如果用一般方法来计算,费时

费力,十分繁琐;若利用计算机,采用迭代进行计算,不但计算过程方便,而且计算结果也有很高的精确度。针对上述情况,根据图1和图2所示的程序流程,作者编写了两个不同的FORTRAN应用程序,分别进行不考虑络合物和考虑络合物的饱和指数SI值计算。FORTRAN语言具有严谨的语言结构和丰富的数据类型,因此处理水化学组分计算十分适宜

[7]

CO2-HCO-HCO0CaCO0CaHCO+MgCO03、3、3、3、3、3、NaHCO0NaCO-MgHCO+3、3、3F-、CaF+、MgF+

2 饱和指数SI值的计算

饱和指数SI值(saturationindex)是一个十分重要的参数,因为根据SI值可以判断和确定水与岩石、矿物之间处于何种反应状态,考察下列反应:

aA+bB=cC+dD

式中:a,b,c,d分别为反应物(A,B)和生成物(C,D)的摩尔数,按质量作用定律,当上述反应达到平衡时,有

=Kab[A][B]

上式左边称为活度积,以 AP 表示;如所有组分均为离子,则称离子活度积,以 IAP 表示。SI值的数学表达式为

SI=IAP/K

或

SI=lg

IAP

2-c

。

3 实例应用及结果分析

结合这一工程实例,说明如何求解饱和指数,以及地下水中化学组分存在形式尤其是离子的络合对矿物溶解平衡的重要影响。水化学分析数据来源于福建省古田溪水电站一级坝坝址地下水分析结果。古田溪一级坝坝址区基岩为白垩纪燕山期流纹斑岩,致密坚硬,矿物成分以石英、长石为主,黑云母次之,含少量黄铁矿等。库水渗流经过岩石,水的成分主要取决于围岩性质与水交替特点。分析水样取自一级坝内廊道的排水孔,水样分析结果见表2:

表2 古田溪一级坝坝址区水样分析结果/(mg L-1)

Table2 AnalyticaldataofwatersamplesfromGutianxi项目PHCa2+Mg2+

4#8.25

8#9.535.390.48

(1)(2)

以CaCO3与水的反应为例

CaCO3

+CO3

K=[Ca][CO3]

当SI=1(式(1))或SI=0(式(2)),水与Ca CO3达到溶解平衡状态;当SI<1(式(1))或SI<0(式(2))时,水与CaCO3处于非饱和状态,反应向右进行,CaCO3继续溶解;当SI>1(式(1))或SI>0(式(2)),水与CaCO3处于过饱和状态,反应向左进行,产生CaCO3沉淀。一般说来,根据SI值来判断水与岩石、矿物的反应状态,对于地下淡水来说,效

果比较理想。

在溶解平衡研究中,如果不考虑地下水中络合物

7.1611.218.5622.3523.40.88

0.24

6.312.07

8.5910.168.92

8.870.64

8.1510.125.921.75

0.88

0.2

.8640.48118.1317.4816.9822.6713.6919.06K++Na+10CO2-3HCO-3SO2-4Cl-091.71

30.459.960