天然水的主要理化性質(zhì)

天然水的主要理化性質(zhì)第1頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)天然水的鹽度、密度和化學(xué)分類天然水的含鹽量天然水的密度天然水的化學(xué)分類法第2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四離子總量礦化度鹽度氯度天然水中主要離子成分含量的總和即離子總量。礦化度是指“蒸干稱重法得到的無機礦物成分的總量”。（一）反映天然水含鹽量的參數(shù)一.天然水的含鹽量第4頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四1.離子總量（ST）

定義：指天然水中各種離子的含量之和，常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg單位表示。離子的質(zhì)量濃度以單位電荷為基本單元的物質(zhì)的量濃度第5頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四大多數(shù)淡水：八大離子：

陽離子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+

陰離子：HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-第6頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.礦化度礦化度是水中所含無機礦物成份的總量用過氧化氫氧化后蒸發(fā)，在105～110℃干燥剩余的殘渣，然后稱重（本書）礦化度離子總量＜第7頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四初始定義：將1000g海水中的溴和碘以等當(dāng)量的氯取代后，海水中所含氯的總克數(shù)，以Cl‰表示。3.海水的氯度（Cl）新定義：海水樣品中的氯度相當(dāng)于沉淀海水樣品中全部鹵族元素所需純標(biāo)準(zhǔn)銀的質(zhì)量與該海水樣品質(zhì)量之比的

0.3285234倍，用10-3作單位，用符號Cl表示。第8頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四S=1.80655Cl1966年聯(lián)合國教科文組織和英國皇家海洋研究所提出的WAg：代表沉淀海水樣品中全部鹵族元素所需純銀（原子量銀）的質(zhì)量與海水質(zhì)量之比

代表以10-3為單位的上述比值的數(shù)值

表示以10-3為單位的氯度的數(shù)值第9頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四鹽度氯度原始定義：將1000g海水中的溴和碘以等當(dāng)量的氯取代后，海水中所含氯的總克數(shù)。用Cl‰符號表示。新定義：沉淀0.3285234千克海水中全部鹵族元素所需純標(biāo)準(zhǔn)銀（原子量銀）的克數(shù)，在數(shù)值上即為海水的氯度。用Cl符號表示，無量綱單位為1х10-3。原始定義1966年鹽度定義1978年的實用鹽標(biāo)第10頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四●最初含義：當(dāng)海水中的溴和碘被相當(dāng)量的氯所取代，碳酸鹽全部變?yōu)檠趸铮袡C物完全氧化時，海水中所含全部固體物的質(zhì)量與海水質(zhì)量之比，稱為鹽度。以10-3或‰為單位，用符號S‰表示。4.海水的鹽度●鹽度的氯度定義1966年經(jīng)驗公式第11頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四鹽度與相對電導(dǎo)率的經(jīng)驗關(guān)系式：S=1.80655Cl1969年電導(dǎo)鹽度的定義第12頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四●1978年實用鹽度（S）定義質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.4356×10-3的標(biāo)準(zhǔn)氯化鉀溶液（S=2～42適用）標(biāo)準(zhǔn)海水：鹽度為35.000第13頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四R15:用鹽度為35.000的標(biāo)準(zhǔn)海水作參比時，測得的電導(dǎo)率比S=S未+

△

S

S未《國際海洋學(xué)常用表》電導(dǎo)鹽度計樣品的實用鹽度

第14頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四各種含鹽量表示方法間的關(guān)系S‰=0.030+1.8050Cl‰S‰=1.80655Cl‰根據(jù)對大西洋東北部和波羅的海九個不同鹽度值水樣的準(zhǔn)確測定結(jié)果而推導(dǎo)出來的，在六十年代以前得到國際上的廣泛應(yīng)用。由于海水成分的變動，特別是低鹽度海水用上述關(guān)系式從氯度值計算出的鹽度值通常產(chǎn)生0.4‰的誤差。聯(lián)合國教科文組織和英國國立海洋研究所聯(lián)合出版了《國際海洋學(xué)常用表》（1966年），在編制該表時，提出了通過測定電導(dǎo)率確定鹽度所采用的新的鹽度—氯度關(guān)系式?！?/p>

采用實用鹽度后，鹽度成為獨立參數(shù)，與氯度之間不存在實質(zhì)性關(guān)系。鹽度值可直接由《國際海洋學(xué)常用表》中編入的海水鹽度—電導(dǎo)率比值關(guān)系查算表進行計算。第15頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四ΣS=1.81578Cl‰ΣS=1.005109S

離子總量、礦化度概念較多用來反映內(nèi)陸水的含鹽量；鹽度、氯度則是反映海水含鹽量的參數(shù)。氯度在內(nèi)陸水中不使用，因為對于內(nèi)陸水，它與含鹽量沒有一定關(guān)系。在涉及內(nèi)陸水含鹽量的文獻中，也?？梢姷健胞}度”這個術(shù)語，從上、下文中分析，有的作者指的是離子總量、有的作者指的是礦化度，并不是指海洋學(xué)上的鹽度概念?？偤}量----水中可溶性以無機鹽為主的物質(zhì)含量之和，以∑S表示

第16頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四●海水:離子總量ST與鹽度S‰、實用鹽度S的關(guān)系絕對鹽度:每公斤海水中溶解鹽分總量，以g/kg或10-3

為單位海水鹽度與氯度S‰=0.030+1.8050Cl‰第17頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四與含鹽量有密切關(guān)系的水質(zhì)參數(shù)還有許多，比如海水的折光率、海水的密度等都與海水含鹽量有密切關(guān)系，因而市場上設(shè)計生產(chǎn)了海水光學(xué)鹽度計，海水密度計（比重計）等，用它們間接反應(yīng)天然水鹽度的狀況，只是準(zhǔn)確度較差。其他第18頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四總含鹽量離子總量礦化度鹽度氯度水中可溶性以無機鹽為主的物質(zhì)含量之和天然水中主要離子成分含量的總和礦化度是指“蒸干稱重法得到的無機礦物成分的總量”。天然水含鹽量的參數(shù)離子總量礦化度鹽度＞＞第19頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四與水生生物關(guān)系與養(yǎng)魚生產(chǎn)的關(guān)系與漁汛的關(guān)系（二）含鹽量對水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響第20頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水中一定的含鹽量是保持生物體液一定滲透壓的需要，超過了生物滲透壓調(diào)節(jié)的能力，生物就會“渴死”或“脹死”。1.與水生生物關(guān)系水生生物有一定的適應(yīng)鹽幅第21頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四同一生物不同生長階段耐鹽能力不同

耐鹽限度不同;幾種淡水魚的耐鹽能力次序為：草魚>團頭魴>鰱在適宜的鹽度范圍內(nèi)，頻繁的鹽度波動對生長有影響

（鹽度實驗時要注意）離子組成不同，耐鹽能力不同第22頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四淡水魚類適應(yīng)的鹽幅與pH、堿度有關(guān)育苗用水第23頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四鹽度對魚類的影響根據(jù)含鹽量多少對魚類進行分類:A淡水魚B海水魚根據(jù)魚類對鹽度的適應(yīng)性來分:A.狹鹽性魚類:海水、淡水(S‰﹤4‰)B.廣鹽性魚類1.決定魚的生存第24頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四影響精卵子的發(fā)育，親魚的繁殖(受精率、孵化率)

精子的壽命(水中):四大家魚50-60秒鯉魚1.5-3分鐘鱘魚1-25分鐘3-5‰生理鹽水：四大家魚115-170秒2.鹽度對魚類人工繁殖的影響第25頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四鹽度的變化蒸發(fā)：敞口慢性實驗，夏季納水池塘結(jié)冰：初春降水：添加其它物質(zhì)：第26頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四歸納鹽度有幾種測定方法？養(yǎng)殖生產(chǎn)中常用哪種？第27頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四問題1、天然水含鹽量有幾種測定方法？2、離子總量有幾種單位？第28頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四二、天然水的密度（一）純水的密度天然水的密度：單位體積水體所具有的質(zhì)量，用表示第29頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四（二）海水的密度現(xiàn)場密度：用表示條件密度：標(biāo)準(zhǔn)密度：ρ17.5是鹽度、溫度、壓力函數(shù)；可通過測定密度推算鹽度。第30頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四影響：S>t第31頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四S<24.95，tzm>tfS>24.95，tzm<tf圖1-1海水冰點和最大密度時的溫度附錄10t，ρt（密度計）海水鹽度第32頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四思考與討論：為什么海水結(jié)冰比淡水難？第33頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、天然水的化學(xué)分類法1.含鹽量分類2.主要離子成分的分類第34頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.按主要離子成分的分類據(jù)含量最多的陰離子分類：碳酸鹽類（C）、硫酸鹽類（S）、氯化物類（Cl）據(jù)含量最多的陽離子分組：鈉組（Na）、鎂組（Mg）、鈣組（Ca）——阿列金分類法以單位電荷為基本單元！第35頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四據(jù)陰陽離子的比例關(guān)系分型：Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型第36頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第37頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四類組含鹽量型總硬度表示方法第38頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)天然水的依數(shù)性和透光性稀溶液的一個重要特性是依數(shù)性，即稀溶液蒸氣壓下降（ΔP），沸點上升（ΔTb），冰點下降（ΔTf）值等與溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。一、天然水的依數(shù)性對于純?nèi)芤海赫魵鈮合陆郸=K×b冰點下降Δtf=Kf×b滲透壓增大Π=(n/V)RT=cRT第39頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四{Tf}℃=-0.0137-0.05199S-7.225×10-5S2

冰點與鹽度關(guān)系海水tf為冰點，S為實用鹽度

最大密度的溫度與冰點相同時的鹽度t=-1.35℃，S=24.95

第40頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四鹽度小于24.95的咸水或淡水，最大密度時的溫度在冰點之上，由密度最大時的溫度開始，無論升溫或降溫，密度都逐漸變小，當(dāng)表層水溫降至冰點時開始結(jié)冰，而底層水溫仍在冰點之上，水體出現(xiàn)明顯的溫度分層。這種現(xiàn)象對于維持淡水湖泊或半咸水湖泊生物的生命活動具有重要意義。鹽度大于24.95的海水，這與絕大多數(shù)物質(zhì)隨溫度升高密度下降相一致。表層海水溫度降低其密度一直在升高，若下層海水溫度高于表層，則垂直對流就一直進行，而溫度越趨于最大密度時的溫度，垂直對流就越劇烈，即使海水表層已結(jié)冰，但冰下的海水溫度也沒達到最大密度時的溫度，冰下海水繼續(xù)對流運動，因而海水較淡水難結(jié)冰，且結(jié)冰后海水冰下水溫比淡水冰下的水溫低得多。第41頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Pwo’=Pwo(1-0.000537S)飽和蒸氣壓與鹽度關(guān)系海水鹽度對于天然水的飽和蒸氣壓影響不大

第42頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四｛∏｝KPa=69.55S+0.2546{t}℃·S滲透壓與鹽度關(guān)系滲透壓：當(dāng)半透膜處于水與水溶液之間時，僅水分子可通過半透膜滲透至水溶液，阻止水分子透過半透膜進入水溶液所施加的壓力稱為滲透壓。水生生物對水的滲透壓有一定范圍的適應(yīng)能力。海水天然水的滲透壓主要決定其中的含鹽量。滲透壓不容易直接測量，常常采用冰點下降數(shù)值來換算，或者直接用冰點下降值來反映滲透壓的大小。第43頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四二、天然水的透光性光線在水中的反射、吸收與折射(一)水面對太陽輻射的反射

入射角、反射角、太陽高度角，反射率水面對大氣散射輻射的反射率，大約在5%-10%第44頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四(二)水對太陽能的吸收和散射太陽輻射入水：吸收－升溫；散射－輻射；穿透－吸收+散射紅外絕大部分被表層100cm水層吸收；27％的總輻射能被1cm水層吸收；64％的總輻射能被1m水層吸收；100m處的輻射能僅及表層的1.4％。第45頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四1.有一定的選擇性2.隨水體深度增大能量衰減快

73%到水面1cm處36%到1m處1.4%到100m處光抑制區(qū)光適宜區(qū)光限制區(qū)水對太陽光的吸收特點:第46頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四一定波長太陽輻射能在水中的衰減：符合指數(shù)衰減規(guī)律第47頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四可見光在水中的衰減：Z—水深，mI0，IZ—分別為進入水中表層和Z米深處的可見光輻照度μ—為衰減系數(shù)，下標(biāo)w、c、p分別表示純水、溶解有機物質(zhì)及懸浮物質(zhì)第48頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四養(yǎng)魚池水下與冰下的輻射度與光照度水下冰下（哈爾濱，1980）第49頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四光照度單位微愛因斯坦/(秒.米2）－－每平方米面積每秒鐘所接受的輻射光量子的微摩爾數(shù)。符號：μE/(s·m2)

第50頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四透明度渾濁度補償深度營養(yǎng)生成層營養(yǎng)分解層補償點(補償深度)水域生態(tài)學(xué)：第51頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四透明度盤是采用黑白的油漆涂成黑白相間的金屬圓盤制成。圓盤中央拴一根有深度標(biāo)記的軟繩（此繩應(yīng)不易伸長）。測定時將圓盤沉入水中，在不受陽光直射條件下，圓盤剛剛看不見的深度，即為透明度。透明度與補償深度有機物的分解速率等于合成速率的水層深度稱為補償深度?？梢姽庠谒械乃p狀況2~2.5倍第52頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四透明度與水的光學(xué)分層光適宜區(qū)（營養(yǎng)分解層）：光合作用速率小于呼吸作用速率的水層，有機物的分解速率大于合成速率，這一水層的植物不能正常生活。光限制層（無光層）：生物無法生長或生長緩慢。真光層（營養(yǎng)生成層）：光合作用速率大于呼吸作用速率的水層，植物光合作用合成的有機物多于呼吸作用消耗的有機物，有機物的凈合成大于零。第53頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四光照與水生生物的關(guān)系光照強度對水生動物攝食的影響光周期對水生動物攝食的影響光譜成分對水生動物攝食的影響光周期對動物生長、發(fā)育和存活率的影響兩種攝食模型：具峰值的攝食曲線和S型攝食曲線第54頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)天然水的導(dǎo)電性一、概念電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，等于電流與電壓的比：電導(dǎo)率：當(dāng)電極面積為1平方厘米，兩電極相距1厘米時，溶液的電導(dǎo)即為電導(dǎo)率，單位為西門子每米（S/m）。第55頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四不同離子的導(dǎo)電能力不同。離子組成不固定就不能用電導(dǎo)率儀準(zhǔn)確測定總含鹽量或鹽度（有地域差異）由于溫度不同，電導(dǎo)率的差異很大，必須校正溫度的影響。用電導(dǎo)率儀直接測定鹽度的準(zhǔn)確度不高，專用電導(dǎo)鹽度計除外。電導(dǎo)率第56頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四同一鹽度的海水，溫度升高電導(dǎo)率增加，近于直線關(guān)系。式中數(shù)（二.天然水的電導(dǎo)率電導(dǎo)率與溶液所含離子種類和濃度、溫度與壓力有關(guān)。圖1－5溫度對海水電導(dǎo)率的影響第57頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四1．內(nèi)陸水的電導(dǎo)率與離子總量的關(guān)系f為換算系數(shù)，具體取值隨電導(dǎo)率而變：示例：（陜西水利局，關(guān)中地區(qū)）單位：mS/cm內(nèi)陸水的離子組成變化很大，含鹽量與電導(dǎo)率就沒有一定的關(guān)系，不能用測電導(dǎo)率的方法來準(zhǔn)確測定含鹽量。

對于一個特定地區(qū)，水質(zhì)主要離子組成比例變化不大時，可以用水的電導(dǎo)率來反映含鹽量的變化。

第58頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.海水的電導(dǎo)率與鹽度的關(guān)系*第59頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四天然淡水的水質(zhì)類型差別較大，對于類型差別較大的淡水，無法建立含鹽量與電導(dǎo)率的相關(guān)關(guān)系式。而對于同一類型淡水，在pH5-9范圍內(nèi)，電導(dǎo)率與離子總量大致成比例關(guān)系。天然淡水在常壓下，在海洋的溫度范圍內(nèi)，海水的電導(dǎo)率與鹽度幾乎成正比例增加。于是，一系列有關(guān)電導(dǎo)率－鹽度（或氯度）的經(jīng)驗公式不斷涌現(xiàn)，通過電導(dǎo)率的測定獲得鹽度的精確數(shù)值成為可能。天然海水‰‰第60頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第五節(jié)水的流轉(zhuǎn)混合與水體的溫度分布風(fēng)力渦動混合作用密度引起的對流混合作用流水狀態(tài)人為機械攪動一、水的流轉(zhuǎn)混合作用第61頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四1.天然水的流轉(zhuǎn)混合作用風(fēng)力的渦動混合溫度引起的密度對流第62頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四1.風(fēng)力的渦動混合風(fēng)力越大，渦動混合作用越強烈；水面開闊深度淺的水體，較易混合徹底。

上下密度差越大，水越深，風(fēng)力使水混合所需做的功也越大第63頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.水的密度環(huán)流當(dāng)表層水密度增大，或底層水密度減少時，都會出現(xiàn)“上重下輕”的狀態(tài)，密度大的水要下沉，密度小的水要上升，這就形成了上下水團的對流混合（環(huán)流）。

水溫在密度最大的溫度以上：熱脹冷縮水溫在密度最大的溫度以下：熱縮冷脹第64頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四●升溫和降溫引起密度流的溫度界限怎樣劃分？與水的鹽度有何關(guān)系？●鹽度≥25的海水池塘升溫時有沒有密度流？降溫時密度流可以進行到什么時候？界線：密度最大時的溫度第65頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四二.水體的溫度分布開闊的水體，差別不大。岸邊淺水區(qū)與中心區(qū)的水溫可能有所不同；養(yǎng)魚池水溫的水平分布受風(fēng)力影響，使上、下風(fēng)處水溫明顯不同。水溫的水平分布水溫的垂直分布

水溫的垂直分布有明顯的季節(jié)特點；在我國北方地區(qū)，夏季是正分布；冬季形成水溫的逆分布；春、秋季節(jié)全同溫。第66頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四春季的全同溫期夏季的正分層期秋季的全同溫期冬季的逆分層期討論的基點:淡水密度最大時的水溫為4℃,冰點0℃;鹽度為24.9的海水密度最大時的溫度與冰點0均為-1.35℃;水的含鹽量上下均勻.（一）湖泊（水庫）四季的典型溫度分布第67頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四冬季逆分層：表面結(jié)冰；水溫隨深度增加而緩慢升高。

春季全同溫：表層水溫升高，密度流使上下水對流交換。

夏季正分層：兩層（高溫表層和低溫下層）中間夾有一溫度隨深度增加而迅速降低的水層（溫躍層）。秋季全同溫：氣溫低于水溫，表層水溫下降，密度增大，發(fā)生密度環(huán)流；加上風(fēng)力的混合作用，溫躍層消失。圖1－8

淡水湖四季水溫的典型分布第68頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第69頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水的流轉(zhuǎn)混合作用(密度流)由<4℃向4℃升溫(春)密度增大，形成密度環(huán)流，水體全同溫由4℃向>4℃升溫(春夏)

密度減小，形成正分層由>4℃向4℃降溫(秋冬季)

密度增大，流轉(zhuǎn)混合，水體全同溫由4℃向<4℃降溫(冬季)