综合评价指标

在水质分析中，除了测定单个组分的含量外，往往还需要测定地下水的一些综合性指标，或者根据单项指标的分析结果对地下水质的某些综合指标进行计算。这些综合指标不仅可以反映水的某些方面的性质，更多的则是反映了地下水的综合性质。

（一）第一组指标

这组指标主要体现水的质量，包括：总溶解固体、含盐量与含盐度、硬度及钠吸附比。

1.总溶解固体

总溶解固体（total dissolved solids，TDS）指水中溶解组分的总量，包括溶于水中的离子、分子及配合物，但不包括悬浮物和溶解气体。

它通常以105～110℃下，水蒸干后残留的干涸物的质量来表示，其单位为mg/L或g/L，以“TDS”表示。分析结果中的“TDS”可以是计算值，计算方法是：溶解组分（溶解气体除外）的总和减去1/2的

，因为水样在蒸干过程中，约有二分之一（0.49）的

变成CO2气体挥发。其反应式如下（以CaCO3的沉淀为例）：

水文地球化学基础

除

外，硝酸、硼酸、有机酸等也可能损失一部分，当pH值较低时，其损失量更大。与此相反，可能的结晶水（如石膏CaSO4·2 H2O）和部分吸附水留在干涸残余物中。因此，TDS的实测值与计算值存在微小差别。此外，国内外测定TDS时的蒸干温度有时也不一致，这样也会引起测定结果的偏差。目前，在野外可用TDS仪测定。

矿化度是我国学者过去经常使用的术语，其含义与总溶解固体相同。矿化度的概念来源于苏联，其他国家的文献中几乎没有出现过，近些年来我国供水、环境等一些部门也已改用总溶解固体。

2.含盐量与含盐度

含盐量指水中各溶解组分的总量，其常用单位为mg/L或g/L，这个指标是计算值，它与总溶解固体的差别在于无须减去1/2的

。含盐量在农田灌溉水质的评价计算中经常用到。

在海洋研究中，常用含盐度代替含盐量。含盐度指在海水中所有组分质量占水质量的千分数，以‰表示。

3.硬度

水的硬度反映了水中多价金属离子含量的总和，这些离子包括Ca2+、Mg2+、Sr2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Mn2+、Ba2+等。与Ca2+和Mg2+相比，其他多价金属离子在天然水中的含量一般很低，因此天然水的硬度往往主要由Ca2+、Mg2+引起。其计算方法是Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位是mg/L。

（1）表示方法

在世界各国，水中硬度有不同的表示方法：①1德国度=17.8mg/L（CaCO3）；②1法国度=10mg/L（CaCO3）；③1英国度=14.3mg/L（CaCO3）。

过去我国一直沿用德国度表示水的硬度，由于德国度是非法定计量单位，近年来许多部门已改用CaCO3的mg/L作为硬度。根据水的硬度可将其划分为软水、微硬水、硬水和极硬水（Benefield et al.，1982），具体见表1—3。

表1—3 水按硬度的分类

（2）分类

硬度可分为总硬度、碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。

总硬度 指水中Ca2+、Mg2+的总量，以CaCO3的mg/L数表示。

碳酸盐硬度 是指可与水中的

和

结合的硬度，当水中有足够的

和

可供结合时，碳酸盐硬度就等于总硬度；当水中的

和

不足时，碳酸盐硬度就等于

与

的毫克当量数之和乘以50，也就是以CaCO3的mg/L数表示的水中

与

的总量。碳酸盐硬度通常被称为暂时硬度，因为这部分硬度可与水中的

和

结合，当水被煮沸时即可形成CaCO3沉淀而被去除。

非碳酸盐硬度 总硬度与碳酸盐硬度之差被称为非碳酸盐硬度或永久硬度，它指的是与水中Cl—、

、

等结合的多价金属阳离子的总量，水煮沸后不能被去除。

（3）影响

水的硬度对日常生活和工业用水都有一定影响。例如，硬水可以与肥皂发生反应，减少泡沫的形成，降低洗涤效果；高硬度水在锅炉、热水管道中容易形成水垢，增加燃料消耗，降低热效率，堵塞管道。近年来，人们还发现心血管疾病的发病率与水的硬度之间有负相关关系，即饮用水的硬度愈低，心血管病的发病率愈高。

4.钠吸附比

钠吸附比（sodium adsorption ratio）用“SAR”表示，其数值按下式计算：

水文地球化学基础

式中：SAR量纲为一；Na+、Ca2+和Mg2+分别为每升水中相应离子的毫克当量数，即毫克当量浓度。

SAR是评价灌溉水水质的指标，用SAR值高的水灌溉会引起土壤板结，在研究水和土壤间的K+和Na+与Ca2+和Mg2+进行阳离子交换时，SAR也是一个有用的参数。

（二）第二组指标

这组指标主要表征水体的环境状态，包括：溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、总有机碳以及氧化还原电位。

（1）溶解氧

天然水中的溶解氧（dissolved oxygen，DO）主要来源于空气中的氧气，故溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度有密切关系。一般情况下，空气中氧的含量变化不大，故水温是影响溶解氧含量的主要因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。在101325 Pa、0℃时，大气氧在淡水中的溶解度是14.6mg/L，25℃时溶解度为8.25mg/L，35℃时的溶解度约为7mg/L。

溶解氧是水中有机物进行氧化分解的重要条件，当大量有机物污染水体时，水体的溶解氧急剧消耗，如其消耗速度超过氧气从空气中进入水体内的速度，则水中的溶解氧就会不断地降低，甚至接近于零而呈缺氧状态。此时水中的厌氧生物就会大量繁殖，有机物发生腐败，使水产生臭味。因此溶解氧的含量可作为判断水体是否受到有机污染的间接指标。

溶解氧含量与水中鱼类的生存有密切的关系，溶解氧含量小于3～4mg/L时，鱼类的生存就会受到严重的影响。雨水经过包气带进入饱水带的过程中，溶解氧可被包气带中的有机物和还原性无机物消耗，所以地下水中的溶解氧含量一般较低。

（2）生化需氧量

生化需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）是指水体中的微生物在降解水中有机物的过程中所消耗的氧量，单位为mg/L。微生物在这里只起到中间介质的作用。BOD的测定实质上是一个氧化过程，在该过程中，把一定量的有机物氧化为二氧化碳、水和氨气。

BOD测试中的氧化反应是生物活动的结果，其完成的程度由温度和时间所决定。为了使测定的BOD值具有可比性，通常采用20℃下培养5 d的测定结果来标定BOD，并将其记为BOD5。对于大多数的天然水体来说，20℃是平均温度。BOD5在总BOD中已经占相当大的比例，对于生活和工业废水来说，可占总BOD的70%～80%。

BOD是一个确定生活和工业废水污染程度时广泛使用的指标，在污染控制的研究中，BOD的测试非常重要。在制定和规划水体对废水的净化容量时，也需要对BOD进行测定。

（3）化学需氧量

化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）是指采用化学氧化剂氧化水中有机物和还原性无机物所需消耗的氧量，单位为mg/L。在COD的测定过程中，无论有机物能否被生物降解，它都被氧化剂氧化成二氧化碳和水。因此，COD一般要大于BOD。

COD测定的最大缺点就是它不能对生物可降解与生物不可降解的有机质进行区分，而且它不能提供可降解有机物在天然条件下达到稳定状态的任何速度信息。其优点是测定所需的时间短，因此在很多情况下都用COD来代替BOD。

高锰酸钾（KMnO4）、重铬酸钾（K2Cr2O7）和碘酸钾（KIO3）是测定水中COD常用的三种氧化剂。对于不同的化合物，高锰酸钾的氧化差别较大，氧化的程度受试剂强度的影响较大，高锰酸钾氧化的终点不容易确定。重铬酸钾是这三种氧化剂中测定效果最好的一种，它可以把大多数种类的有机物完全氧化为二氧化碳和水。由于氧化过程中所有的氧化剂都必须过量使用，所以氧化反应结束后必须测定多加入的氧化剂的量，在这一方面重铬酸钾比其他氧化剂相对容易测定一些，这也是重铬酸钾广泛使用的另一个原因。为了便于对COD测定结果进行比较，使用COD时应注明其分析方法。一些有机物，如低分子量脂肪酸必须加催化剂才能被重铬酸钾氧化，银离子是很有效的催化剂；芳烃和吡啶在任何情况下都不能被氧化。

（4）总有机碳

总有机碳（total organic carbon，TOC）是水中各种形式有机碳的总量，单位为mg/L。TOC可通过测定有机物高温燃烧所产生的二氧化碳来确定，也可使用仪器进行测定。由于燃烧法的测定程序较烦琐，而且难以排除无机碳的干扰，而仪器测试又比较昂贵，所以在一般的水质分析结果中，TOC的资料很少。

（5）氧化还原电位

氧化还原电位（Eh）是表征水体氧化还原状态的一个综合性物理化学指标，一般以符号“Eh”表示，其单位为V或mV。天然水体中的气体、无机物、有机物和微生物共同组成一个复杂的氧化还原平衡体系，氧化还原电位即是这种作用的表现和结果。水体的氧化还原条件对元素在其中的存在形态以及元素的迁移、富集和分散有巨大影响，有一些元素在氧化环境中有较强的迁移能力，而另外一些元素则在还原条件下更容易迁移。

Eh为正值，说明水环境处于氧化状态；Eh为负值，说明水环境处于还原状态。水体的氧化还原电位对环境因素的变化很敏感，取决于系统内部氧化还原对的性质、氧化态和还原态组分的浓度、参加反应的电子数、温度及酸碱度。因此，Eh一般都在现场使用铂电极进行测定。

（三）第三组指标

这组指标主要表征水环境的酸碱平衡特征，包括酸度、碱度和pH值。

（1）碱度

碱度（alkalinity）是表征水中和酸的能力的综合性指标。组成水中碱度的物质可归纳为三类：①弱酸盐类。碳酸盐和重碳酸盐是碱度的主要组成部分。②碱类。主要为氢氧化物。③有机酸。如醋酸、腐殖酸所形成的盐类对天然水的碱度也会产生影响。

由碳酸盐和重碳酸盐所引起的碱度通常被称为碳酸盐碱度，碳酸盐碱度可根据水质分析结果来进行计算，其方法是

和

的毫克当量浓度之和乘以50。最终用Ca-CO3的mg/L数来表示。

（2）酸度（acidity）

酸度是水中和碱的能力的综合性指标。组成水中酸度的物质可归纳为三类：①强酸。如HCl、HNO3、H2SO4等。②弱酸。如CO2、H2CO3、

及各种有机酸等。③强酸弱碱盐。如FeCl3、Al2（SO4）3 等。

水中这些物质对强碱的总中和能力称为总酸度。总酸度与水中的氢离子浓度并不相同，氢离子浓度表示水中呈自由离子状态的H+数量，而总酸度则表示中和过程中可与强碱反应的全部H+数量，其中包括了已电离的和将要电离的H+。已电离的H+数量称为离子酸度，其负对数值即等于水溶液的pH值。与碱度一样，酸度也常用CaCO3的mg/L数来表示。

（3）pH值

pH值取决于水中所含H+的浓度，H+浓度愈高，pH值愈低。pH值是衡量水溶液酸碱性质的综合性物理化学指标，它对化学元素在水溶液中的存在形式及地下水与围岩的相互作用有着重要影响。水溶液的pH值受多种因素制约，主要包括溶液的化学成分、温度、压力（特别是CO2和H2S等气体的分压）等。

天然水的pH值一般在7.2～8.5之间，当pH值过高或过低时，则表示水有可能受到污染。地表水被有机物污染时，由于有机物被氧化可产生大量的二氧化碳，可使水的pH值降低。被工业废水污染的地表水和地下水，其pH值也可发生明显的变化。

我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）规定饮用水的pH值应在6.5～8.5之间，pH值在此范围之内不会对人体健康产生影响。如水的pH值过高，将会导致水中溶解盐类的析出，使水的感官恶化，而且还会降低氯化消毒效果。当水的pH值过低时，则使水有较强的腐蚀作用，增强水对金属（铁、铅、铝等）的溶解。

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