天然水的主要理化性质 (3)精选PPT.ppt

关于天然水的主要理化性质(3)第1页，讲稿共79张，创作于星期日第二节 天然水的盐度、密度和化学分类l 天然水的含盐量l 天然水的密度l 天然水的化学分类法第2页，讲稿共79张，创作于星期日第3页，讲稿共79张，创作于星期日离子总量离子总量矿化度矿化度盐度盐度氯度氯度天然水中主要离子成分含量的总天然水中主要离子成分含量的总和即离子总量。和即离子总量。矿化度是指矿化度是指“蒸干称重法得到的无机蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量矿物成分的总量”。（一）反映天然水含盐量的参数（一）反映天然水含盐量的参数一.天然水的含盐量第4页，讲稿共79张，创作于星期日1.离子总量（ST）定义：指天然水中各种离子的含量之和，常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg单位表示。离子的质量浓度以单位电荷为基本单元的物质的量浓度第5页，讲稿共79张，创作于星期日大多数淡水：八大离子：八大离子：阳离子：阳离子：K K+、NaNa+、CaCa2+2+、MgMg2+2+阴离子：阴离子：HCOHCO3 3-、COCO3 32-2-、SOSO4 42-2-、ClCl-第6页，讲稿共79张，创作于星期日2.矿化度l 矿化度是水中所含无机矿物成份的总量l 用过氧化氢氧化后蒸发，在105110干燥剩余的残渣，然后称重（本书）矿化度离子总量第7页，讲稿共79张，创作于星期日l初始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数，以Cl表示。3.海水的氯度（Cl）l新定义：海水样品中的氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族 元素所需纯标准银的质量与该海水样品质量之比的 0.3285234倍，用10-3作单位，用符号Cl表示。第8页，讲稿共79张，创作于星期日S=1.80655 Cl1966年联合国教科文组织和英国皇家海洋研究所提出的WAg：代表沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯银（原 子量银）的质量与海水质量之比 代表以10-3为单位的上述比值的数值 表示以10-3为单位的氯度的数值第9页，讲稿共79张，创作于星期日盐盐 度度氯氯 度度原始定义原始定义：将：将10001000g g海水中的溴和碘以海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。用克数。用ClCl符号表示。符号表示。新定义新定义：沉淀：沉淀0.32852340.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。用（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。用ClCl符号表符号表示，无量纲单位为示，无量纲单位为1 11010-3-3。原始定义原始定义19661966年盐度定年盐度定义义1978197819781978年的实用年的实用年的实用年的实用盐标盐标盐标盐标第10页，讲稿共79张，创作于星期日 最初含义：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代，碳 酸盐全部变为氧化物，有机物完全氧化时，海水中所含 全部固体物的质量与海水质量之比，称为盐度。以10-3或为单位，用符号S表示。4.海水的盐度 盐度的氯度定义1966年经验公式第11页，讲稿共79张，创作于星期日盐度与相对电导率的经验关系式：S=1.80655 Cll 1969年电导盐度的定义第12页，讲稿共79张，创作于星期日1978年实用盐度（S）定义质量分数为质量分数为32.43561032.435610-3-3的标准氯化钾溶液的标准氯化钾溶液（S=242适用）标准海水：盐度为35.000第13页，讲稿共79张，创作于星期日R15:用盐度为35.000的标准海水作参比时，测得的电导率比S=S未+SS未国际海洋学常用表电导盐度计 样品的实用盐度 第14页，讲稿共79张，创作于星期日各种含盐量表示方法间的关系各种含盐量表示方法间的关系S=0.030+1.8050 ClS=0.030+1.8050 ClS=1.80655ClS=1.80655Cl根据对大西洋东北部和波罗根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的，准确测定结果而推导出来的，在六十年代以前得到国际上在六十年代以前得到国际上的广泛应用。的广泛应用。由于海水成分的变动，特别是低盐度海水用由于海水成分的变动，特别是低盐度海水用上述关系式从氯度值计算出的盐度值通常产上述关系式从氯度值计算出的盐度值通常产生生0.40.4的误差。联合国教科文组织和英国的误差。联合国教科文组织和英国国立海洋研究所联合出版了国际海洋学常国立海洋研究所联合出版了国际海洋学常用表（用表（19661966年），在编制该表时，提出了年），在编制该表时，提出了通过测定电导率确定盐度所采用的新的盐度通过测定电导率确定盐度所采用的新的盐度氯度关系式。氯度关系式。采用实用盐度后，盐度成为独立参数，采用实用盐度后，盐度成为独立参数，与氯度之间不存在实质性关系。盐度值与氯度之间不存在实质性关系。盐度值可直接由可直接由国际海洋学常用表国际海洋学常用表中编入中编入的海水盐度的海水盐度电导率比值关系查算表进行电导率比值关系查算表进行计算。计算。第15页，讲稿共79张，创作于星期日S=1.81578S=1.81578ClClS=1.005109SS=1.005109S 离子总量、矿化度概念较多用来反映内陆水的含盐量；盐度、氯度则是反映海水含盐量的参数。氯度在内陆水中不使用，因为对于内陆水，它与含盐量没有一定关系。在涉及内陆水含盐量的文献中，也常可见到“盐度”这个术语，从上、下文中分析，有的作者指的是离子总量、有的作者指的是矿化度，并不是指海洋学上的盐度概念。总含盐量总含盐量-水中可溶性以无机盐为主的物质含量之和，以S表示 第16页，讲稿共79张，创作于星期日海水:离子总量ST与盐度S、实用盐度S的关系绝对盐度:每公斤海水中溶解盐分总量，以g/kg或10-3 为单位l l 海水盐度与氯度海水盐度与氯度S =0.030+1.8050 Cl第17页，讲稿共79张，创作于星期日 与含盐量有密切关系的水质参数还有许多，比如海水的折光率、海水的密度等都与海水含盐量有密切关系，因而市场上设计生产了海水光学盐度计，海水密度计（比重计）等，用它们间接反应天然水盐度的状况，只是准确度较差。其他第18页，讲稿共79张，创作于星期日总含盐量总含盐量离子总量离子总量矿化度矿化度盐度盐度氯度氯度水中可溶性以无机盐为主的物水中可溶性以无机盐为主的物质含量之和质含量之和天然水中主要离子成分含量的总和天然水中主要离子成分含量的总和矿化度是指矿化度是指“蒸干称重法得到的无机蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量矿物成分的总量”。天然水含盐量的参数离子总量离子总量矿化度矿化度盐度盐度第19页，讲稿共79张，创作于星期日与水生生物关系与水生生物关系与养鱼生产的关系与养鱼生产的关系与渔汛的关系与渔汛的关系（二）（二）含盐量对水产养殖的影响含盐量对水产养殖的影响第20页，讲稿共79张，创作于星期日 水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要，超过了生物渗透压调节的能力，生物就会“渴死”或“胀死”。1.与水生生物关系uu 水生生物有一定的适应盐幅水生生物有一定的适应盐幅第21页，讲稿共79张，创作于星期日u同一生物不同生长阶段耐盐能力不同 耐盐限度不同;几种淡水鱼的耐盐能力次序为：草鱼团头鲂鲢u在适宜的盐度范围内，频繁的盐度波动对生长有影响 （盐度实验时要注意）u离子组成不同，耐盐能力不同第22页，讲稿共79张，创作于星期日淡水鱼类适应的盐幅淡水鱼类适应的盐幅 与与pHpH、碱度有关、碱度有关育苗用水育苗用水第23页，讲稿共79张，创作于星期日盐度对鱼类的影响l根据含盐量多少对鱼类进行分类:A 淡水鱼 B 海水鱼l 根据鱼类对盐度的适应性来分:A.狭盐性鱼类:海水、淡水(S4)B.广盐性鱼类1.决定鱼的生存第24页，讲稿共79张，创作于星期日影响精卵子的发育，亲鱼的繁殖(受精率、孵化率)精子的寿命(水中):四大家鱼50-60秒 鲤鱼1.5-3分钟鲟鱼1-25分钟3-5生理盐水：四大家鱼115-170秒2.盐度对鱼类人工繁殖的影响第25页，讲稿共79张，创作于星期日盐度的变化盐度的变化n 蒸发：敞口慢性实验，夏季纳水池塘n 结冰：初春n 降水：n 添加其它物质：第26页，讲稿共79张，创作于星期日归 纳n 盐度有几种测定方法？n 养殖生产中常用哪种？第27页，讲稿共79张，创作于星期日问题问题1、天然水含盐量有几种测定方法？2、离子总量有几种单位？第28页，讲稿共79张，创作于星期日二、天然水的密度（一）纯水的密度天然水的密度：单位体积水体所具有的质量，用 表示第29页，讲稿共79张，创作于星期日（二）海水的密度 l 现场密度：用 表示l 条件密度：l 标准密度：17.517.5是盐度、温度、压力函数；可通过测定密度推算盐度。第30页，讲稿共79张，创作于星期日n 影响：St第31页，讲稿共79张，创作于星期日n nSStftzmtfn nSS24.9524.95，tzmtftzmtf图1-1 海水冰点和最大密度时的温度附录10t，t（密度计）海水盐度第32页，讲稿共79张，创作于星期日思考与讨论：为什么海水结冰比淡水难？第33页，讲稿共79张，创作于星期日三、天然水的化学分类法1.含盐量分类含盐量分类2.主要离子成分的分类主要离子成分的分类第34页，讲稿共79张，创作于星期日2.按主要离子成分的分类u 据含量最多的阴离子分类：碳酸盐类（C）、硫酸盐类（S）、氯化物类（Cl）u 据含量最多的阳离子分组：钠组（Na）、镁组（Mg）、钙组（Ca）阿列金分类法阿列金分类法以单位电荷为基本单元以单位电荷为基本单元第35页，讲稿共79张，创作于星期日u 据阴阳离子的比例关系分型：型、型、型、型第36页，讲稿共79张，创作于星期日第37页，讲稿共79张，创作于星期日类类组组含盐量含盐量型型总硬度总硬度表示方法第38页，讲稿共79张，创作于星期日第三节 天然水的依数性和透光性 稀溶液的一个重要特性是依数性，即稀溶液蒸气压下降（P），沸点上升（Tb），冰点下降（Tf）值等与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。一、天然水的依数性对于纯溶液：n 蒸气压下降 p=Kbn 冰点下降 tf=Kfbn 渗透压增大 =(n/V)RT=cRT第39页，讲稿共79张，创作于星期日 T Tf f=-0.0137-0.05199S-7.22510=-0.0137-0.05199S-7.22510-5-5S S2 2 n 冰点与盐度关系海水tf为冰点，S为实用盐度 n 最大密度的温度与冰点相同时的盐度t=-1.35，S=24.95 第40页，讲稿共79张，创作于星期日n盐度小于24.95的咸水或淡水，最大密度时的温度在冰点之上，由密度最大时的温度开始，无论升温或降温，密度都逐渐变小，当表层水温降至冰点时开始结冰，而底层水温仍在冰点之上，水体出现明显的温度分层。这种现象对于维持淡水湖泊或半咸水湖泊生物的生命活动具有重要意义。n盐度大于24.95的海水，这与绝大多数物质随温度升高密度下降相一致。表层海水温度降低其密度一直在升高，若下层海水温度高于表层，则垂直对流就一直进行，而温度越趋于最大密度时的温度，垂直对流就越剧烈，即使海水表层已结冰，但冰下的海水温度也没达到最大密度时的温度，冰下海水继续对流运动，因而海水较淡水难结冰，且结冰后海水冰下水温比淡水冰下的水温低得多。第41页，讲稿共79张，创作于星期日Pwo=P=Pw wo o(1-0.000537S)(1-0.000537S)n 饱和蒸气压与盐度关系海水海水盐度对于天然水的饱和蒸气压影响不大 第42页，讲稿共79张，创作于星期日KPaKPa=69.55S+0.2546=69.55S+0.2546t t S S n 渗透压与盐度关系l 渗透压：当半透膜处于水与水溶液之间时，仅水分子可通过半透膜渗透至水溶液，阻止水分子透过半透膜进入水溶液所施加的压力称为渗透压。l 水生生物对水的渗透压有一定范围的适应能力。海水海水l 天然水的渗透压主要决定其中的含盐量。l 渗透压不容易直接测量，常常采用冰点下降数值来换算，或者直接用冰点下降值来反映渗透压的大小。第43页，讲稿共79张，创作于星期日二、天然水的透光性光线在水中的反射、吸收与折射(一)水面对太阳辐射的反射n 入射角、反射角、太阳高度角，反射率n 水面对大气散射辐射的反射率，大约在5%-10%第44页，讲稿共79张，创作于星期日(二)水对太阳能的吸收和散射太阳辐射入水：太阳辐射入水：吸收升温；散射辐射；穿透吸收吸收升温；散射辐射；穿透吸收+散射散射 红外绝大部分被表层100cm水层吸收；27的总辐射能被1cm水层吸收；64的总辐射能被1m水层吸收；100m处的辐射能仅及表层的1.4。第45页，讲稿共79张，创作于星期日1.有一定的选择性2.随水体深度增大能量衰减快 73%到水面1cm处 36%到1m处 1.4%到100m处 光抑制区 光适宜区 光限制区水对太阳光的吸收特点:第46页，讲稿共79张，创作于星期日l 一定波长太阳辐射能在水中的衰减：符合指数衰减规律第47页，讲稿共79张，创作于星期日l 可见光在水中的衰减：Z Z水深，水深，m mI I0 0，I IZ Z分别为进入水中表层和分别为进入水中表层和Z Z米深处的可见光辐照度米深处的可见光辐照度为衰减系数，下标为衰减系数，下标w w、c c、p p分别表示纯水、溶解有机物质及悬浮分别表示纯水、溶解有机物质及悬浮物质物质第48页，讲稿共79张，创作于星期日养鱼池水下与冰下的辐射度与光照度水下水下冰下冰下（哈尔滨，1980）第49页，讲稿共79张，创作于星期日光照度单位u 微爱因斯坦/(秒.米2）每平方米面 积每秒钟所接受的辐射光量子的微摩尔 数。符号：E/(sm2)第50页，讲稿共79张，创作于星期日l透明度l浑浊度l补偿深度l营养生成层l营养分解层l补偿点(补偿深度)水域生态学：第51页，讲稿共79张，创作于星期日 透明度盘是采用黑白的油漆涂成黑白相间的金属透明度盘是采用黑白的油漆涂成黑白相间的金属圆盘制成。圆盘中央拴一根有深度标记的软绳（此圆盘制成。圆盘中央拴一根有深度标记的软绳（此绳应不易伸长）。测定时将圆盘沉入水中，在不受绳应不易伸长）。测定时将圆盘沉入水中，在不受阳光直射条件下，圆盘刚刚看不见的深度，即为阳光直射条件下，圆盘刚刚看不见的深度，即为透透明度明度。透明度与补偿深度透明度与补偿深度有机物的分解速率等于合成速率的有机物的分解速率等于合成速率的 水层深度称为水层深度称为补偿深度补偿深度。可见光在水中的衰减状况可见光在水中的衰减状况可见光在水中的衰减状况可见光在水中的衰减状况22.5倍倍第52页，讲稿共79张，创作于星期日透明度与水的光学分层光适宜区（营养分解层）：光合作用速率小于呼吸作用速率的水层，有机物的分解速率大于合成速率，这一水层的植物不能正常生活。光限制层（无光层）：生物无法生长或生长缓慢。真光层（营养生成层）：光合作用速率大于呼吸作用速率的水层，植物光合作用合成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物的净合成大于零。第53页，讲稿共79张，创作于星期日光照与水生生物的关系光照强度对水生动物摄食的影响光照强度对水生动物摄食的影响 光周期对水生动物摄食的影响光周期对水生动物摄食的影响 光谱成分对水生动物摄食的影响光谱成分对水生动物摄食的影响 光周期对动物生长、发育和存光周期对动物生长、发育和存活率的影响活率的影响两种摄食模型：具峰值的摄食曲线和两种摄食模型：具峰值的摄食曲线和S型摄食曲线型摄食曲线第54页，讲稿共79张，创作于星期日第四节 天然水的导电性一、概念一、概念 电导是电阻的倒数，等于电流与电压的比：电导率：当电极面积为1平方厘米，两电极相距1厘米时，溶液的电导即为电导率，单位为西门子每米（S/m）。第55页，讲稿共79张，创作于星期日l 不同离子的导电能力不同。离子组成不固定就不能用电导率仪准确测定总含盐量或盐度（有地域差异）l 由于温度不同，电导率的差异很大，必须校正温度的影响。l 用电导率仪直接测定盐度的准确度不高，专用电导盐度计除外。电导率电导率第56页，讲稿共79张，创作于星期日n 同一盐度的海水，温度升高电导率增加，近于直线关系。式中数（二二.天然水的电导率天然水的电导率电导率与溶液所含离子种类和浓度、温度与压力有关 。图15 温度对海水电导率的影响第57页，讲稿共79张，创作于星期日1内陆水的电导率与离子总量的关系f为换算系数，具体取值随电导率而变：示例：（陕西水利局，关中地区）单位：mS/cml 内陆水的离子组成变化很大，含盐量与电导率就没有一定 的关系，不能用测电导率的方法来准确测定含盐量。l 对于一个特定地区，水质主要离子组成比例变化不大时，可以用水的电导率来反映含盐量的变化。第58页，讲稿共79张，创作于星期日2.海水的电导率与盐度的关系*第59页，讲稿共79张，创作于星期日天然淡水的水质类型差别较大，天然淡水的水质类型差别较大，对于类型差别较大的淡水，无法对于类型差别较大的淡水，无法建立含盐量与电导率的相关关系建立含盐量与电导率的相关关系式。而对于同一类型淡水，在式。而对于同一类型淡水，在pH5-9pH5-9范围内，电导率与离子范围内，电导率与离子总量大致成比例关系。总量大致成比例关系。天然淡水在常压下，在海洋的温度范围内，海水的电导在常压下，在海洋的温度范围内，海水的电导率与盐度几乎成正比例增加。于是，一系列有率与盐度几乎成正比例增加。于是，一系列有关电导率盐度（或氯度）的经验公式不断涌关电导率盐度（或氯度）的经验公式不断涌现，通过电导率的测定获得盐度的精确数值成现，通过电导率的测定获得盐度的精确数值成为可能。为可能。天然海水天然海水第60页，讲稿共79张，创作于星期日第五节 水的流转混合与水体的温度分布n 风力涡动混合作用n 密度引起的对流混合作用n 流水状态n 人为机械搅动一、水的流转混合作用第61页，讲稿共79张，创作于星期日1.1.天然水的流转混合作用天然水的流转混合作用风力的涡动混合温度引起的密度对流第62页，讲稿共79张，创作于星期日1.风力的涡动混合n 风力越大，涡动混合作用越强烈；水面开阔深度浅的水体，较易混合彻底。n n 上下密度差越上下密度差越大，水越深，风力大，水越深，风力使水混合所需做的使水混合所需做的功也越大功也越大 第63页，讲稿共79张，创作于星期日2.水的密度环流当表层水密度增大，或底层水密度减少时，都会出现“上重下轻”的状态，密度大的水要下沉，密度小的水要上升，这就形成了上下水团的对流混合（环流）。n 水温在密度最大的温度以上：热胀冷缩n 水温在密度最大的温度以下：热缩冷胀第64页，讲稿共79张，创作于星期日 升温和降温引起密度流的温度界限怎样划 分？与水的盐度有何关系？盐度25的海水池塘升温时有没有密度流？降温时密度流可以进行到什么时候？界线：密度最大时的温度界线：密度最大时的温度第65页，讲稿共79张，创作于星期日二.水体的温度分布l 开阔的水体，差别不大。岸边浅水区与中心区的水温可能有所不同；l l 养鱼池水温的水平分布受风力影响，使上、下风处水温明显不同。养鱼池水温的水平分布受风力影响，使上、下风处水温明显不同。水温的水平分布水温的垂直分布l 水温的垂直分布有明显的季节特点；水温的垂直分布有明显的季节特点；l l 在我国北方地区，在我国北方地区，夏季是正分布；冬季形成水温的逆分布；春、秋季节全同温。第66页，讲稿共79张，创作于星期日l春季的全同温期l夏季的正分层期l秋季的全同温期l冬季的逆分层期讨论的基点:淡水密度最大时的水温为4,冰点0;盐度为24.9的海水密度最大时的温度与冰点0均为-1.35;水的含盐量上下均匀.（一）湖泊（水库）四季的典型温度分布第67页，讲稿共79张，创作于星期日l冬季逆分层：表面结冰；水温随深度增加而缓慢升高。l春季全同温：表层水温升高，密度流使上下水对流交换。l夏季正分层：两层（高温表层和低温下层）中间夹有一温 度随深度增加而迅速降低的水层（温跃层）。l秋季全同温：气温低于水温，表层水温下降，密度增大，发生密度环流；加上风力的混合作用，温跃 层消失。图18 淡水湖四季水温的典型分布第68页，讲稿共79张，创作于星期日第69页，讲稿共79张，创作于星期日水的流转混合作用(密度流)l由 4升温(春夏)密度减小，形成正分层l由 4向4降温(秋冬季)密度增大，流转混合，水体全同温l由4向 4降温(冬季)密度减小，形成逆分层第70页，讲稿共79张，创作于星期日l温跃层形成的弊端 水体不易发生上下水层混合作用，氧气和营养盐不易发生上下传递，水体底部易长期出现缺氧现象。l解决措施 打破温跃层：风力作用，人为机械作用。第71页，讲稿共79张，创作于星期日水库（湖泊）水温的垂直分布n 80cm：温跃层n a、b：全同温n d、e：正分层第72页，讲稿共79张，创作于星期日（二）越冬池的水温淡水冰下的水温并非都是4，具体水温与地区、月份、气温的变化、池水封冰前受寒风吹扰程度、越冬池的保温条件等有关。1.淡水图图1-11哈尔滨市哈尔滨市郊越冬池底层水温郊越冬池底层水温平均值平均值第73页，讲稿共79张，创作于星期日冰点、最大密度时的温度冰点、最大密度时的温度 随盐度的变化图随盐度的变化图第74页，讲稿共79张，创作于星期日2.海水l 最大密度的温度随盐度升高，盐度为35的海水冰点为-1.9，最大密度温度比冰点低。l 秋末冬初降温过程中，如果池水盐度均匀，上下水温将同时下降（全同温），密度流可以一直持续到上下均-1.9，然后表层再结冰。l 为了在底层保持较高的水温，应该使上下盐度有差异依靠底层水较高的盐度来维持较高水温。添加低盐度的海水或者淡水第75页，讲稿共79张，创作于星期日1.根据以下水质主要离子成分的分析结果：0.13mmol()/L 0.84mmol/L 1146mg/L 190mg/L 59.4mg/L 99.2mg/L 0.01mg/L 0.13mg/L（1）求算总含盐量；（2）根据离子总量及阿列金分类法对上述水体进行分类。作作业业第76页，讲稿共79张，创作于星期日2.水温四季分布的特点，什么是温跃层？温跃层与水产养殖有什么关系？3.对我国北方室外海水越冬池，如何才能在冰下保持较高的水温？为什么？第77页，讲稿共79张，创作于星期日思考题1.海水和淡水水体的流转混合作用有什么不同？北方越冬池水 温的分布有何特点？2.盐度对密度的影响、温度对密度的影响有何规律？3.海水室外越冬池如何才能保持较高的水温以利于安全越冬？4.北方室外海水和淡水越冬池水温的变化。举例说明水体温度分布对水中营养元素、有机物质、举例说明水体温度分布对水中营养元素、有机物质、溶解氧等的具体影响，最终说明其对水产养殖的影溶解氧等的具体影响，最终说明其对水产养殖的影响。响。第78页，讲稿共79张，创作于星期日感谢大家观看第79页，讲稿共79张，创作于星期日