在水質(zhì)分析中，除了測(cè)定單個(gè)組分的含量外，往往還需要測(cè)定地下水的一些綜合性指標(biāo)，或者根據(jù)單項(xiàng)指標(biāo)的分析結(jié)果對(duì)地下水質(zhì)的某些綜合指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。這些綜合指標(biāo)不僅可以反映水的某些方面的性質(zhì)，更多的則是反映了地下水水質(zhì)的綜合性質(zhì)。這些指標(biāo)包括pH值、氧化還原電位、總?cè)芙夤腆w、含鹽量、硬度、生化需氧量、化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳、堿度、酸度等。

4.1.5.1 pH值

pH值取決于水中所含H+的濃度，H+濃度愈高，pH值愈低。pH值是衡量水溶液酸堿性質(zhì)的一個(gè)綜合性物理化學(xué)指標(biāo)，它對(duì)化學(xué)元素在水溶液中的存在形式及地下水與圍巖的相互作用有著重要的影響。水溶液的pH值受多種因素的制約，主要包括溶液的化學(xué)成分、溫度、壓力（特別是CO2和H2S等氣體的分壓）等。

天然地下水pH值可以從0.45～1的強(qiáng)酸性水變?yōu)閜H值為10～11.5的強(qiáng)堿性水，但大部分地下水的pH值介于6～8.5之間。最低的pH值（0.45～3）一般與水中存在自由硫酸或自由鹽酸有關(guān)，pH值介于3～6.5的水除含自由硫酸外，可能與有機(jī)酸和碳酸氣（CO2）有關(guān)，中性和弱堿性水（pH=6.5～8.5）以含Ca（HCO3）2，Mg（HCO3）2為特征，pH增至8.5～10.5的水則大部分與存在Na2CO3，NaHCO3有關(guān)，而pH值到最高的11.5時(shí)僅在少數(shù)熱水中才能遇到。

我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飲用水的pH值應(yīng)在6.5～8.5之間，pH值在此范圍之內(nèi)不會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生影響。如果水的pH值過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致水中溶解鹽類(lèi)的析出，使水的感官形狀?lèi)夯疫€會(huì)降低氯化消毒的效果。如果水的pH值過(guò)低，則使水有較強(qiáng)的腐蝕作用，增強(qiáng)了水對(duì)金屬（鐵、鉛、鋁等）的溶解。

4.1.5.2 氧化還原電位

氧化還原電位（Eh）是表征水體氧化還原狀態(tài)的一個(gè)綜合性物理化學(xué)指標(biāo)，其單位為V或mV。天然水體中的氣體、無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和微生物共同組成了一個(gè)復(fù)雜的氧化還原平衡體系，氧化還原電位即是這種作用的表現(xiàn)和結(jié)果。水體的氧化還原條件對(duì)元素在其中的存在形態(tài)以及元素的遷移、富集和分散有重要的影響，一些元素在氧化環(huán)境中有較強(qiáng)的遷移能力，而另外一些元素則在還原條件下的水體中更容易遷移。水體的氧化還原電位對(duì)環(huán)境因素的變化很敏感，溫度、pH值以及溶解氣體含量的變化都會(huì)對(duì)其造成很大影響。因此，Eh值一般都在現(xiàn)場(chǎng)使用專(zhuān)門(mén)儀器進(jìn)行測(cè)定。

4.1.5.3 總?cè)芙夤腆w

總?cè)芙夤腆w（TDS）是指水中溶解組分的總量，包括水中的離子、分子及絡(luò)合物，但不包括懸浮物和氣體?？?cè)芙夤腆w可通過(guò)在105～110℃時(shí)把水蒸干，對(duì)所得到的干涸殘余物的總量進(jìn)行稱(chēng)重而得到，其單位為mg/L或g/L。除了可直接測(cè)定外，也可以根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，方法是把所有溶解組分（溶解氣體除外）的含量加起來(lái)再減去

含量的二分之一。這里之所以要減去

含量的二分之一是因?yàn)樵谒畼诱舾傻倪^(guò)程中，約有二分之一的

轉(zhuǎn)化成了CO2氣體和H2O而散失掉，其反應(yīng)如下：

地下水科學(xué)概論（第二版&midDOt;彩色版）

按照反應(yīng)方程式的化學(xué)劑量關(guān)系計(jì)算，2mol

分解為

時(shí)，將有1molCO2氣體和1molH2O產(chǎn)生，并在蒸干過(guò)程中散失，損失的摩爾質(zhì)量基本上是

摩爾質(zhì)量的二分之一。

除了

外，硝酸、硼酸、有機(jī)物等也可能損失一部分。與此相反，可能有部分結(jié)晶水（如石膏CaSO4·2 H2O）和吸著水保留在干涸殘余物里。因此TDS的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值常常有一些微小的差別。

礦化度是我國(guó)學(xué)者過(guò)去常用的術(shù)語(yǔ)，其含義與總?cè)芙夤腆w相同。礦化度的概念來(lái)源于蘇聯(lián)，其他國(guó)家的文獻(xiàn)中幾乎沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)，近年來(lái)我國(guó)供水、環(huán)境等相關(guān)部門(mén)也已采用總?cè)芙夤腆w一詞。

4.1.5.4 含鹽量

含鹽量是指水中各組分的總量，其常用的單位是mg/L或g/L。該指標(biāo)是計(jì)算值，它與總?cè)芙夤腆w的區(qū)別在于無(wú)須減去

含量的二分之一。含鹽量在灌溉水質(zhì)的評(píng)價(jià)以及河流向海洋輸送風(fēng)化產(chǎn)物的計(jì)算中經(jīng)常用到。在海洋水化學(xué)研究中，常用含鹽度代替含鹽量，含鹽度的含義是海水中所有組分的含量占水的質(zhì)量的千分?jǐn)?shù)，以‰表示。

4.1.5.5 硬度

水的硬度反映了水中多價(jià)金屬離子含量的總和，這些離子包括Ca2+，Mg2+，Sr2+，F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+，Al3+，Mn2+，Ba2+等。與Ca2+和Mg2+相比，其他多價(jià)金屬離子在天然水中的含量一般很少，因此天然水的硬度往往主要是由 Ca2+，Mg2+引起的。硬度通常以CaCO3的mg/L數(shù)來(lái)表示，其數(shù)值等于水中所有多價(jià)金屬離子毫克當(dāng)量濃度的總和乘以50（CaCO3的當(dāng)量）。過(guò)去，我國(guó)一直用德國(guó)度來(lái)表示水的硬度，由于德國(guó)度是非法定計(jì)量單位，目前均已改用法定計(jì)量單位CaCO3的mg/L數(shù)來(lái)表示硬度。

根據(jù)水的硬度可將其劃分為軟水、微硬水、硬水和極硬水，見(jiàn)表4.1。

表4.1 水按硬度的分類(lèi)

（據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局，2013）

硬度可分為總硬度、碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。總硬度即是以CaCO3的mg/L數(shù)表示的水中多價(jià)金屬離子的總和。碳酸鹽硬度是指可以與水中的

和

結(jié)合的硬度，當(dāng)水中有足夠的

和

可供結(jié)合時(shí)，碳酸鹽硬度就等于總硬度；當(dāng)水中的

和

不足時(shí)，碳酸鹽硬度就等于

與

的毫克當(dāng)量數(shù)之和乘以50，也就是以CaCO3的mg/L數(shù)表示的水中

與

的總量。碳酸鹽硬度通常被稱(chēng)為暫時(shí)硬度，因?yàn)檫@部分硬度可以與水中的

和

結(jié)合，當(dāng)水被煮沸時(shí)即可形成CaCO3等沉淀而被除去?？傆捕扰c碳酸鹽硬度之差稱(chēng)為非碳酸鹽硬度或永久硬度，它指的是與水中Cl-，

，

等結(jié)合的多價(jià)金屬陽(yáng)離子的總量，水煮沸后不能被除去。

水的硬度在不同地區(qū)通常變化很大，一般情況下地表水的硬度要小于地下水的硬度。地下水的硬度往往反映了它所接觸的地層巖性，當(dāng)表士層較厚且有石灰?guī)r存在時(shí)，水的硬度一般較大，而軟水則一般出現(xiàn)在表士層較薄且石灰?guī)r稀少或不存在的地方。

水的硬度對(duì)日常生活和工業(yè)用水都有一定的影響。如硬水可以與肥皂發(fā)生反應(yīng)，減少泡沫的形成，降低洗滌效果。高硬度水在鍋爐、熱水管道容易形成水垢，增加燃料消耗，降低熱效率，堵塞管道。近年來(lái)，人們還發(fā)現(xiàn)心血管疾病的發(fā)病率與水的硬度之間有負(fù)相關(guān)關(guān)系，即飲用水的硬度愈低，心血管病的發(fā)病率愈高。

4.1.5.6 生化需氧量

生化需氧量（BOD）是指水體中的微生物在降解水中有機(jī)物的過(guò)程中所消耗的氧的總量，以mg/L表示。它實(shí)際是一個(gè)替代指標(biāo)，用以替代反映水中可生物降解的有機(jī)物的含量，其值越高，說(shuō)明水中有機(jī)污染物質(zhì)越多。該指標(biāo)常用于確定生活和工業(yè)廢水的污染程度，以及地表水體或地下水體遭受污染的程度，對(duì)于未遭受污染的天然地下水則很少用到。

BOD測(cè)定實(shí)質(zhì)上是一個(gè)生物降解過(guò)程，在該過(guò)程中，微生物把一定量的有機(jī)物降解為二氧化碳、水等，并測(cè)定這一過(guò)程中消耗掉的氧的總量。這一過(guò)程的完成程度往往由溫度和時(shí)間所決定。從理論上講，把有機(jī)物通過(guò)生物完全氧化所需的時(shí)間很長(zhǎng)，為了縮短檢測(cè)時(shí)間，同時(shí)保證測(cè)定的BOD值具有可比性，通常采用20℃下培養(yǎng)5天的測(cè)定結(jié)果來(lái)標(biāo)定BOD，稱(chēng)其為五日生化需氧量，并記為BOD5。一般來(lái)說(shuō)，BOD5在總BOD中占相當(dāng)大的比例，對(duì)于生活和工業(yè)廢水來(lái)說(shuō)，可占到總BOD的70%～80%，基本滿足反映水中有機(jī)物含量的需要。

4.1.5.7 化學(xué)需氧量

化學(xué)需氧量（COD）是指采用化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)物和還原性無(wú)機(jī)物所需消耗的氧的量，單位為mg/L。在COD的測(cè)定過(guò)程中，無(wú)論有機(jī)物能否被生物降解，它都被氧化劑氧化成了二氧化碳和水。因此COD一般要大于BOD。COD測(cè)定的最大缺點(diǎn)就是它不能對(duì)生物可降解與生物不可降解的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，而且它不能提供可降解有機(jī)物在天然條件下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的任何速度信息。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)定所需的時(shí)間短，只需約3個(gè)小時(shí)，因此在很多情況下都用COD來(lái)代替BOD。在同時(shí)積累了很多COD和BOD資料并建立了它們之間相關(guān)關(guān)系的情況下，可用BOD值對(duì)COD資料進(jìn)行解釋。

COD測(cè)定過(guò)程中通常采用的氧化劑為高錳酸鉀（KMnO4）和重鉻酸鉀（K2Cr2O7），分別采用CODMn和CODCr來(lái)表示測(cè)定結(jié)果。

4.1.5.8 總有機(jī)碳

總有機(jī)碳（TOC）是水中各種形式有機(jī)碳的總量，以mg/L表示。由于水中有機(jī)物的種類(lèi)很多，目前還不能全部進(jìn)行分離鑒定。TOC是一個(gè)快速檢測(cè)的綜合指標(biāo)，它以碳的數(shù)量表示水中含有機(jī)物的總量，可通過(guò)測(cè)定高溫燃燒所產(chǎn)生的CO2來(lái)確定，也可使用專(zhuān)門(mén)的TOC儀進(jìn)行測(cè)定，與COD和BOD相比，它屬于直接測(cè)定指標(biāo)，而非替代指標(biāo)，測(cè)試精度較高，能夠更好地反映水中有機(jī)物的總含量。由于傳統(tǒng)的燃燒法測(cè)定程序較為煩瑣，而且難以排除無(wú)機(jī)碳的干擾，在水中有機(jī)碳含量較低的情況下，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度較差，在以往的水質(zhì)分析結(jié)果中，TOC的資料較少。隨著TOC儀的逐漸普及和測(cè)試成本的下降，TOC測(cè)試會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用到水質(zhì)分析中。

4.1.5.9 堿度

堿度是表征水中和酸的能力的一個(gè)綜合性指標(biāo)。天然水的堿度主要由水中的弱酸鹽類(lèi)引起，當(dāng)然弱堿和強(qiáng)堿也有一定的貢獻(xiàn)。一般情況下，碳酸鹽和重碳酸鹽是堿度的主要組成部分。其他的弱酸鹽，如硼酸鹽、硅酸鹽和磷酸鹽的含量通常很少。極少數(shù)有機(jī)酸（如腐殖酸）所形成的鹽類(lèi)也對(duì)天然水的堿度產(chǎn)生影響。雖然很多物質(zhì)都對(duì)天然水的堿度有影響，但水的堿度主要由氫氧化物、碳酸鹽和重碳酸鹽三類(lèi)物質(zhì)所引起。

堿度的測(cè)定一般使用強(qiáng)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液（如硫酸），通過(guò)滴定法來(lái)測(cè)定，并用CaCO3的mg/L數(shù)來(lái)表示。

由碳酸鹽和重碳酸鹽所引起的堿度通常被稱(chēng)為碳酸鹽堿度。碳酸鹽堿度可以根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果來(lái)進(jìn)行計(jì)算，其方法是用50（CaCO3的當(dāng)量）乘以

和

的毫克當(dāng)量濃度之和。

4.1.5.10 酸度

酸度是表征水中和堿的能力的一個(gè)綜合性指標(biāo)。組成水中酸度的物質(zhì)可歸納為三類(lèi)：①?gòu)?qiáng)酸，如HCl，HNO3，H2SO4等；②弱酸，如CO2，H2CO3，

及各種有機(jī)酸等；③強(qiáng)酸弱堿鹽，如FECl3，Al2（SO4）3等。水中這些物質(zhì)對(duì)強(qiáng)堿的總中和能力稱(chēng)為總酸度。總酸度與水中的H+濃度并不相同，H+濃度是指水中呈自由離子狀態(tài)的H+數(shù)量，而總酸度則表示中和過(guò)程中可以與強(qiáng)堿反應(yīng)的全部H+數(shù)量，其中包括了已電離的和將要電離的兩部分。已電離的H+數(shù)量稱(chēng)為離子酸度，其負(fù)對(duì)數(shù)值即是水溶液的pH值。與堿度一樣，酸度通常也用CaCO3的mg/L數(shù)來(lái)表示（沈照理等，1993）。堿度