1、第二章 水環(huán)境基本理論江敏10/3/2022第二章 水環(huán)境基本理論江敏第一節(jié) 天然水的化學(xué)組成及其特征第二節(jié) 天然水的含鹽量及分類第三節(jié) 天然水環(huán)境主要物理性質(zhì)第一節(jié) 天然水的化學(xué)組成及其特征第一節(jié) 天然水的化學(xué)組成及其特征一、天然水的組成與特性二、海水常量成分恒定性原理第一節(jié) 天然水的化學(xué)組成及其特征一、天然水的組養(yǎng)殖水化學(xué)第二章-水環(huán)境基本理論課件養(yǎng)殖水化學(xué)第二章-水環(huán)境基本理論課件天然水的化學(xué)組成常量元素溶解氣體營養(yǎng)元素有機(jī)物質(zhì)微量元素有毒物質(zhì) 天然水的化學(xué)組成常量元素常量元素陽離子：Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+ 陰離子：Cl-、SO42-、HCO3-（CO32-）、Br-

2、、H3BO3、F-海水中常量成分占海水中溶解鹽類的99.8%99.9%，而且它們?cè)诤Ｋ泻康拇笮∮幸欢ǖ捻樞?，其比例幾乎不變?常量成分是決定天然水體物理化學(xué)特性的最重要因素：如CO32-、HCO3-對(duì)維持水體的pH具有重要的意義。 常量成分在水中以多種形態(tài)存在，如海水中常量成分多以自由離子或離子對(duì)存在，少量以絡(luò)離子存在。 淡水八大離子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-淡水中常量成分占水體溶解鹽類總量的90%以上。常量元素陽離子：Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+ 溶解氣體 天然水中溶有大氣中所含有的各種氣體，除了N2、O2、CO2外，還有惰

3、性氣體He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn也都能在水體中找到。海水中也含有少量H2，在水交換較差的湖底及某些海區(qū)或孤立的海盆中有時(shí)也有游離的H2S存在。 對(duì)于部分受污染地區(qū)，水中可能還溶有該地區(qū)的污染氣體（如硫氧化物、氮氧化物等）。溶解氧溶解二氧化碳 溶解氣體的含量與水的溫度、水中動(dòng)物代謝活動(dòng)有關(guān)，其含量有明顯的晝夜、季節(jié)、周年變化特點(diǎn)和顯著的水層差異。溶解氣體 天然水中溶有大氣中所含有的各種氣體，除了N2、營養(yǎng)元素 主要包括與水生生物生長有關(guān)的一些元素，如N、P、Si等。 營養(yǎng)元素多以復(fù)雜的離子形式或以有機(jī)物的形式存在于水體中，在水中含量通常較低，受生物影響較大，有時(shí)又稱為“非保守成分”或“生

4、物制約元素”。營養(yǎng)元素 主要包括與水生生物生長有關(guān)的一些元素，如N、P、有機(jī)物質(zhì) 水體中的有機(jī)物可分為顆粒態(tài)有機(jī)物和溶解態(tài)有機(jī)物兩大類。 有機(jī)物在水體中的含量較低，通常是無機(jī)成分的萬分之一，一般1升水中僅幾毫克。 有機(jī)物成分復(fù)雜，種類繁多。包括糖類、脂肪、蛋白質(zhì)及降解有機(jī)物等。 有機(jī)物對(duì)水質(zhì)及水生生物有著多方面錯(cuò)綜復(fù)雜的影響，適量有機(jī)物的存在是使水質(zhì)維持一定肥力的重要條件，而過量有機(jī)物的存在將會(huì)使水質(zhì)惡化、魚病蔓延。有機(jī)物質(zhì) 水體中的有機(jī)物可分為顆粒態(tài)有機(jī)物和溶解態(tài)有機(jī)物兩微量物質(zhì) 除了常量元素和營養(yǎng)元素以外的其他元素（如同位素等），都包括在這一類中。 微量元素種類繁多，總量卻非常少，僅占總含

5、鹽量的0.1%左右。 微量元素中的Fe、Mn、Cu等與生物的生長有著密切的關(guān)系，稱為“微量營養(yǎng)元素”。微量物質(zhì) 除了常量元素和營養(yǎng)元素以外的其他元素（如同位素等有毒物質(zhì) 天然水中的有毒物質(zhì)，按其來源或產(chǎn)生方式的不同大體可分為兩類： 一類是來自工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活排放的廢物，即所謂污染物質(zhì)，主要包括有機(jī)物、油類、農(nóng)藥及重金屬離子等等。 一類是指由于水體內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)失調(diào)而生成并積累的毒物，如硫化氫、氨、低級(jí)胺類、高濃度CO2及赤潮生物的有毒分泌物等。 有毒物質(zhì)在濃度較低時(shí)就會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生毒性作用，并破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡；其毒性的大小與該物質(zhì)的存在形式有關(guān)，并受到多中水體物理化學(xué)性質(zhì)的影響。有毒物

6、質(zhì) 天然水中的有毒物質(zhì)，按其來源或產(chǎn)生方式的不同大體天然水的主要化學(xué)特性十大特性（1）天然水是一個(gè)多組分、多相的運(yùn)動(dòng)變化著的混合體系 （2）不同形態(tài)的天然水含鹽量懸殊（3）天然水都具有一定的酸堿性（4）天然水都具有一定的緩沖能力 （5）天然水都具有一定的硬度和堿度 （6）天然水都具有一定的氧化還原能力 （7）天然水都具有水生生物生長所需的營養(yǎng)元素 （8）天然水都具有水生生物呼吸作用所需的O2和光合作用所需的二氧化碳CO2 （9）天然水都具有一定的自凈能力 （10）海水常量成分具有恒定性的特點(diǎn) 天然水的主要化學(xué)特性十大特性（1）天然水是一個(gè)多組分、多相的二、海水常量成分恒定性原理 1819年Ma

7、rcet在分析了北冰洋、大西洋、地中海、黑海、波羅的海、中國海和白海等多處海水水樣后，提出了“全世界一切海水水樣，都含有同樣種類的成分，這些成分之間只有鹽含量總值不同的區(qū)別”。 Dittmar 從“HMSChallenger”號(hào)調(diào)查船在環(huán)球航行所采集的77個(gè)水樣分析中也證實(shí)了Marcet結(jié)論的正確性。不論海水中溶解鹽類的濃度大小如何，其常量成分濃度之間的比值幾乎保持恒定。這一結(jié)論被稱為“海水常量成分恒定性原理”、“主要成分恒比關(guān)系原理”、“海水組成的恒定性原理”、“Marcet原理”和“Dittmar定律”。二、海水常量成分恒定性原理 1819年Marcet在分析了養(yǎng)殖水化學(xué)第二章-水環(huán)境基本

8、理論課件養(yǎng)殖水化學(xué)第二章-水環(huán)境基本理論課件養(yǎng)殖水化學(xué)第二章-水環(huán)境基本理論課件河口區(qū)？河混合作用大洋海水通過環(huán)流、潮流、垂直流等運(yùn)動(dòng)，連續(xù)不斷地進(jìn)行混合。 體積巨大海水體積極大，它所擁有的多種成分的總量也十分巨大，外界的影響（如大陸徑流等）很難使其相對(duì)組成發(fā)生明顯的變化。即使海水的蒸發(fā)以及大氣降水，也只能使海水的濃度在局部區(qū)域增加或減少，但對(duì)于主要成分相對(duì)比例的影響是極微小的。 成因混合作用大洋海水通過環(huán)流、潮流、垂直流等運(yùn)動(dòng)，連續(xù)不斷地 在一定的溫度及壓力條件下，海水的一系列物理化學(xué)性質(zhì)主要決定于海水的總含鹽量。由于海水常量成分具有恒定性的特點(diǎn)，海水的總含鹽量就可由測定某一主要成分而間接求

9、出； 海水的物理化學(xué)性質(zhì)于海水某一主要成分之間也存在著定量關(guān)系，例如海水化學(xué)中涉及的許多經(jīng)驗(yàn)公式，都是通過海水的氯度來確定的，從而為海洋科學(xué)工作提供了方便。意義 在一定的溫度及壓力條件下，海水的一系列物理化學(xué)性質(zhì)主 （1）海水養(yǎng)殖（包括育苗）中主要成分的測定； （2）海水配方的研制。對(duì)于指導(dǎo)養(yǎng)殖生產(chǎn)具有十分重要的意義【11種常用人工海水配方】 （1）海水養(yǎng)殖（包括育苗）中主要成分的測定；對(duì)于指導(dǎo)天然水的許多物理化學(xué)性質(zhì)，如電導(dǎo)率、依數(shù)性、無機(jī)物的溶解度以及它們對(duì)水生生物生命活動(dòng)的影響等等都與實(shí)際的溶存形式有關(guān)。主要離子存在形式自由離子離子對(duì)絡(luò)合離子天然水的許多物理化學(xué)性質(zhì)，如電導(dǎo)率、依數(shù)性、無

10、機(jī)物的溶解度以養(yǎng)殖水化學(xué)第二章-水環(huán)境基本理論課件活度系數(shù)的求算平均離子活度系數(shù)法例題與作業(yè)活度與活度系數(shù)離子氛離子強(qiáng)度活度活度系數(shù)天然水中溶存著多種離子成分，使天然水成為一種強(qiáng)電解質(zhì)溶液。在靜電作用力的影響下，處于不停熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的陰陽離子中，陽離子的周圍陰離子出現(xiàn)的幾率較大，陰離子周圍陽離子出現(xiàn)的幾率較大。這樣對(duì)于每一個(gè)中心離子表觀上被異號(hào)離子所包圍，形成了離子氛。 P29-P31活度系數(shù)的求算活度與活度系數(shù)離子氛離子強(qiáng)度活度活度系數(shù)天然水養(yǎng)殖水化學(xué)第二章-水環(huán)境基本理論課件課后習(xí)題課后習(xí)題第二節(jié) 天然水的含鹽量及分類 一、天然水含鹽量的表示方法二、含鹽量對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響三、天然水的化學(xué)分類

11、法第二節(jié) 天然水的含鹽量及分類 一、天然水含鹽量的一、天然水含鹽量的表示方法總含鹽量離子總量礦化度鹽度氯度天然水中各種離子的含量之和。天然水中主要離子成分含量的總和即離子總量。常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。礦化度也是反映水中含鹽量的一個(gè)指標(biāo)，是指“蒸干稱重法得到的無機(jī)礦物成分的總量”。測定時(shí)要用過氧化氫氧化水中可能含有的有機(jī)物，在105-110烘干剩余的殘?jiān)梁阒?，然后稱重。 P15一、天然水含鹽量的表示方法總含鹽量離子總量礦化度鹽度氯度天然鹽 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(hào)表示。 新定義：沉淀0.3

12、285234千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(hào)表示，無量綱單位為1x10-3。 原始定義1966年鹽度定義1978年的實(shí)用鹽標(biāo)P16P16P34P16鹽 度氯 度原始定義：將1000g海水中的溴和碘以等當(dāng)量與含鹽量有密切關(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(jì)生產(chǎn)了海水光學(xué)鹽度計(jì)，海水密度計(jì)（比重計(jì)）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。 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、海水各種含鹽量表示方法間的關(guān)系S = 0.030 + 1.8050 ClS =

13、1.80655Cl根據(jù)對(duì)大西洋東北部和波羅的海九個(gè)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(dòng)，特別是低鹽度海水用上述關(guān)系式從氯度值計(jì)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(shí)，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。 采用實(shí)用鹽度后，鹽度成為獨(dú)立參數(shù)，與氯度之間不存在實(shí)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(jìn)行計(jì)算。各種含鹽量表示方法間的關(guān)系S = 0.030 + 1.80S=1.81578ClS=1.00

14、5109S 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?yàn)閷?duì)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(xiàn)中，也?？梢姷健胞}度”這個(gè)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。S=1.81578ClS=1.005109S 離一些實(shí)用方法電導(dǎo)鹽度計(jì)光學(xué)鹽度計(jì)比重計(jì)波美度計(jì)P370 海水密度鹽度查對(duì)表密度、波美度轉(zhuǎn)換表一些實(shí)用方法P370 海水密度鹽度查對(duì)表密度、波美度轉(zhuǎn)換二、含鹽量對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響不同生物的耐鹽性不同生物的不同生長階段的耐鹽性不同生物的耐鹽性與其它環(huán)

15、境因子有關(guān)大量舉例P19二、含鹽量對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響不同生物的耐鹽性不同生物的不同生長三、天然水的化學(xué)分類法按含鹽量分類按主要離子成分的分類P22三、天然水的化學(xué)分類法按含鹽量分類按主要離子成分的分類P22按主要離子成分的分類分類：碳酸鹽類、硫酸鹽類、氯化物類分組：鈉組、鎂組、鈣組分型：型、型、型、型按主要離子成分的分類分類：碳酸鹽類、硫酸鹽類、氯化物類分組：類組 總硬度（0.1mmol/L） 型 含鹽量（0.1g/L） 類組 總硬度（0.1mmol/L） 型 含鹽量（0.1g課堂分析課堂分析P363黃河中游長江密西西比河科羅拉多河 水質(zhì)類型尼羅河安大略湖巢湖課后習(xí)題P363課后習(xí)題第三節(jié) 天然

16、水環(huán)境主要物理性質(zhì)一、天然水的光學(xué)特性二、天然水的電導(dǎo)率三、天然水的依數(shù)性四、天然水的分層特點(diǎn)第三節(jié) 天然水環(huán)境主要物理性質(zhì)一、天然水的光學(xué)特性二、天 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(shí)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。一、天然水的光學(xué)特性光線在水中的反射、吸收與折射透明度與補(bǔ)償深度有機(jī)物的分解速率等于合成速率的水層深度稱為補(bǔ)償深度。 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。圓盤光照與水生生物的關(guān)系光照強(qiáng)度對(duì)水生動(dòng)物攝食的影響光周期對(duì)水生動(dòng)物攝食的影響 光譜成分對(duì)水生動(dòng)物

17、攝食的影響光周期對(duì)動(dòng)物生長、發(fā)育和存活率的影響大量舉例光照與水生生物的關(guān)系光照強(qiáng)度對(duì)水生動(dòng)物攝食的影響大量舉例二、天然水的電導(dǎo)率電導(dǎo)率是反映水體物理化學(xué)特性的一個(gè)重要指標(biāo)，目前已可進(jìn)行非常準(zhǔn)確的測定。如今，天然水的總含鹽量以及海水的鹽度多采用電導(dǎo)法。天然淡水的水質(zhì)類型差別較大，對(duì)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(duì)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(yàn)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。 天然海水二、天然水的電導(dǎo)率電導(dǎo)率是反映水體物理化學(xué)特性的一個(gè)重要指標(biāo)養(yǎng)殖水化學(xué)第二章-水環(huán)境基本理論課件三、天然水的依數(shù)性 稀溶液的一個(gè)重要特性是其依數(shù)性，即稀溶液蒸氣壓下降（P），沸點(diǎn)上升（Tb），冰點(diǎn)下降（Tf）值等與溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正