在水質分析中，除了測定單個組分的含量外，往往還需要測定地下水的一些綜合性指標，或者根據單項指標的分析結果對地下水質的某些綜合指標進行計算。這些綜合指標不僅可以反映水的某些方面的性質，更多的則是反映了地下水水質的綜合性質。這些指標包括pH值、氧化還原電位、總溶解固體、含鹽量、硬度、生化需氧量、化學需氧量、總有機碳、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的一個綜合性物理化學指標，它對化學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的強酸性水變為pH值為10～11.5的強堿性水，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，pH值介于3～6.5的水除含自由硫酸外，可能與有機酸和碳酸氣（CO2）有關，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，而pH值到最高的11.5時僅在少數熱水中才能遇到。

我國生活飲用水衛生標準規定飲用水的pH值應在6.5～8.5之間，pH值在此范圍之內不會對人體健康產生影響。如果水的pH值過高，將會導致水中溶解鹽類的析出，使水的感官形狀惡化，而且還會降低氯化消毒的效果。如果水的pH值過低，則使水有較強的腐蝕作用，增強了水對金屬（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的一個綜合性物理化學指標，其單位為V或mV。天然水體中的氣體、無機物、有機物和微生物共同組成了一個復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和結果。水體的氧化還原條件對元素在其中的存在形態以及元素的遷移、富集和分散有重要的影響，一些元素在氧化環境中有較強的遷移能力，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環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對其造成很大影響。因此，Eh值一般都在現場使用專門儀器進行測定。

4.1.5.3 總溶解固體

總溶解固體（TDS）是指水中溶解組分的總量，包括水中的離子、分子及絡合物，但不包括懸浮物和氣體。總溶解固體可通過在105～110℃時把水蒸干，對所得到的干涸殘余物的總量進行稱重而得到，其單位為mg/L或g/L。除了可直接測定外，也可以根據水質分析結果進行計算，方法是把所有溶解組分（溶解氣體除外）的含量加起來再減去

含量的二分之一。這里之所以要減去

含量的二分之一是因為在水樣蒸干的過程中，約有二分之一的

轉化成了CO2氣體和H2O而散失掉，其反應如下：

 

 

地下水科學概論（第二版&midDOt;彩色版）

 

按照反應方程式的化學劑量關系計算，2mol

分解為

時，將有1molCO2氣體和1molH2O產生，并在蒸干過程中散失，損失的摩爾質量基本上是

摩爾質量的二分之一。

除了

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

礦化度是我國學者過去常用的術語，其含義與總溶解固體相同。礦化度的概念來源于蘇聯，其他國家的文獻中幾乎沒有出現過，近年來我國供水、環境等相關部門也已采用總溶解固體一詞。

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。該指標是計算值，它與總溶解固體的區別在于無須減去

含量的二分之一。含鹽量在灌溉水質的評價以及河流向海洋輸送風化產物的計算中經常用到。在海洋水化學研究中，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量的千分數，以‰表示。

4.1.5.5 硬度

水的硬度反映了水中多價金屬離子含量的總和，這些離子包括Ca2+，Mg2+，Sr2+，Fe2+，Fe3+，Al3+，Mn2+，Ba2+等。與Ca2+和Mg2+相比，其他多價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數來表示，其數值等于水中所有多價金屬離子毫克當量濃度的總和乘以50（CaCO3的當量）。過去，我國一直用德國度來表示水的硬度，由于德國度是非法定計量單位，目前均已改用法定計量單位CaCO3的mg/L數來表示硬度。

根據水的硬度可將其劃分為軟水、微硬水、硬水和極硬水，見表4.1。

 

 

表4.1 水按硬度的分類

 

（據中國地質調查局，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數表示的水中多價金屬離子的總和。碳酸鹽硬度是指可以與水中的

和

結合的硬度，當水中有足夠的

和

可供結合時，碳酸鹽硬度就等于總硬度；當水中的

和

不足時，碳酸鹽硬度就等于

與

的毫克當量數之和乘以50，也就是以CaCO3的mg/L數表示的水中

與

的總量。碳酸鹽硬度通常被稱為暫時硬度，因為這部分硬度可以與水中的

和

結合，當水被煮沸時即可形成CaCO3等沉淀而被除去。總硬度與碳酸鹽硬度之差稱為非碳酸鹽硬度或永久硬度，它指的是與水中Cl-，

，

等結合的多價金屬陽離子的總量，水煮沸后不能被除去。

水的硬度在不同地區通常變化很大，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，當表士層較厚且有石灰巖存在時，水的硬度一般較大，而軟水則一般出現在表士層較薄且石灰巖稀少或不存在的地方。

水的硬度對日常生活和工業用水都有一定的影響。如硬水可以與肥皂發生反應，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，人們還發現心血管疾病的發病率與水的硬度之間有負相關關系，即飲用水的硬度愈低，心血管病的發病率愈高。

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物的過程中所消耗的氧的總量，以mg/L表示。它實際是一個替代指標，用以替代反映水中可生物降解的有機物的含量，其值越高，說明水中有機污染物質越多。該指標常用于確定生活和工業廢水的污染程度，以及地表水體或地下水體遭受污染的程度，對于未遭受污染的天然地下水則很少用到。

BOD測定實質上是一個生物降解過程，在該過程中，微生物把一定量的有機物降解為二氧化碳、水等，并測定這一過程中消耗掉的氧的總量。這一過程的完成程度往往由溫度和時間所決定。從理論上講，把有機物通過生物完全氧化所需的時間很長，為了縮短檢測時間，同時保證測定的BOD值具有可比性，通常采用20℃下培養5天的測定結果來標定BOD，稱其為五日生化需氧量，并記為BOD5。一般來說，BOD5在總BOD中占相當大的比例，對于生活和工業廢水來說，可占到總BOD的70%～80%，基本滿足反映水中有機物含量的需要。

4.1.5.7 化學需氧量

化學需氧量（COD）是指采用化學氧化劑氧化水中有機物和還原性無機物所需消耗的氧的量，單位為mg/L。在COD的測定過程中，無論有機物能否被生物降解，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測定的最大缺點就是它不能對生物可降解與生物不可降解的有機質進行區分，而且它不能提供可降解有機物在天然條件下達到穩定狀態的任何速度信息。其優點是測定所需的時間短，只需約3個小時，因此在很多情況下都用COD來代替BOD。在同時積累了很多COD和BOD資料并建立了它們之間相關關系的情況下，可用BOD值對COD資料進行解釋。

COD測定過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來表示測定結果。

4.1.5.8 總有機碳

總有機碳（TOC）是水中各種形式有機碳的總量，以mg/L表示。由于水中有機物的種類很多，目前還不能全部進行分離鑒定。TOC是一個快速檢測的綜合指標，它以碳的數量表示水中含有機物的總量，可通過測定高溫燃燒所產生的CO2來確定，也可使用專門的TOC儀進行測定，與COD和BOD相比，它屬于直接測定指標，而非替代指標，測試精度較高，能夠更好地反映水中有機物的總含量。由于傳統的燃燒法測定程序較為煩瑣，而且難以排除無機碳的干擾，在水中有機碳含量較低的情況下，測試結果準確度較差，在以往的水質分析結果中，TOC的資料較少。隨著TOC儀的逐漸普及和測試成本的下降，TOC測試會越來越多地應用到水質分析中。

4.1.5.9 堿度

堿度是表征水中和酸的能力的一個綜合性指標。天然水的堿度主要由水中的弱酸鹽類引起，當然弱堿和強堿也有一定的貢獻。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。極少數有機酸（如腐殖酸）所形成的鹽類也對天然水的堿度產生影響。雖然很多物質都對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物質所引起。

意大利HANNA HI98194 水質常規五參數監測儀

堿度的測定一般使用強酸標準溶液（如硫酸），通過滴定法來測定，并用CaCO3的mg/L數來表示。

由碳酸鹽和重碳酸鹽所引起的堿度通常被稱為碳酸鹽堿度。碳酸鹽堿度可以根據水質分析結果來進行計算，其方法是用50（CaCO3的當量）乘以

和

的毫克當量濃度之和。

4.1.5.10 酸度

酸度是表征水中和堿的能力的一個綜合性指標。組成水中酸度的物質可歸納為三類：①強酸，如HCl，HNO3，H2SO4等；②弱酸，如CO2，H2CO3，

及各種有機酸等；③強酸弱堿鹽，如FECl3，Al2（SO4）3等。水中這些物質對強堿的總中和能力稱為總酸度。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的H+數量，而總酸度則表示中和過程中可以與強堿反應的全部H+數量，其中包括了已電離的和將要電離的兩部分。已電離的H+數量稱為離子酸度，其負對數值即是水溶液的pH值。與堿度一樣，酸度通常也用CaCO3的mg/L數來表示（沈照理等，1993）。堿度

水質常規五參數監測儀