Формы и способы выражения химического состава подземных вод

Основными задачами химического анализа подземных вод в практике гидрогеологических исследований являются:

• изучение закономерностей формирования и распространения подземных вод различного состава;
• оценка состава и свойств подземных вод для питьевого, техни­ческого, сельскохозяйственного, лечебного и других видов ис­следования;
• исследования подземных вод как критерии при поисках место­рождений полезных ископаемых — нефти, газа, солей, раз­личных руд;
• оценка подземных вод как химического сырья для получения йода, брома, бора и других элементов.

Существует четыре типа химических анализов подземных вод: полевой, сокращенный, полный и специальный.

Полевой анализ

Полевой анализ наиболее прост, он применяется для предвари­тельной характеристики подземных вод района. Его проводят в по­левых условиях в походных гидрохимических лабораториях, часто упрощенными методами. При полевом анализе определяют: физи­ческие свойства воды, ее pH, наличие Сl^-, SO^2-₄, NO^-₃, HCO^-₃, СО₃^2-, общую жесткость, присутствие Са²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, NH⁺₄, N0^-₂, С0_2своб; вычисляют: Na⁺ + К⁺, карбонатную жесткость, Mg²⁺ и общую ми­нерализацию.

Сокращенный анализ

Сокращенный анализ. Этот анализ производят более точными методами в стационарных лабораториях. При сокращенном ана­лизе определяют: физические свойства воды, величину pH, содер­жание ионов и компонентов (Сl^-, SO^2-₄^-, NO^-₃, HCO^-₃, СО₃^2-, Na⁺, К⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, NH⁺₄, N0^-₂, свободную и агрессивную углекислоту С0₂, Si0₂, окисляемость, сухой остаток, жесткость общую, карбонатную и некарбонатную.

Полный анализ применяется для подробной характеристики хи­мического состава подземных вод. Он производится наиболее точ­ными методами в стационарных лабораториях. Анализ позволяет произвести контроль определений как по сухому остатку, так и по суммам мг-экв катионов и анионов. При полном анализе опре­деляют: физические свойства воды, ее pH, наличие Сl^-, SO^2-₄^-, NO^-₃, HCO^-₃, СО₃^2-, Na⁺, К⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, NH⁺₄, N0^-₂, С0_{2 своб} и C0_{2 arpec}, Si0₂, окисляемость, сухой остаток; вычисляют: жест­кость общую, карбонатную и некарбонатную, С0_{2 агрес}.

Специальный анализ. Помимо характеристик, определяемых при перечисленных выше типах анализа, этот анализ включает установ­ление специальных показателей (микрокомпонентов, органических веществ, газов, Eh и др.) по особому заданию в соответствии с це­левым назначением исследований. Количество отбираемой для анализа воды зависит от точности и чувствительности анализа и минерализации воды. Чем выше требования к чувствительности и точности анализа, тем больше должен быть объем пробы; пре­сные и слабо минерализованные воды отбирают в ббльших объ­емах, чем сильно минерализованные. При полевом анализе обычно бывает достаточно 0,5 л воды, при сокращенном — от 0,5 до 1,0 л (в зависимости от минерализации), а при полном — от 1,0 до 2,0 л. Для определения неустойчивых (изменяющихся во времени) ком­понентов — С0₂, H₂S, 0₂, Fe и др. — применяют специальные ме­тоды отбора и хранения проб.

Результаты химического анализа воды выражают в массовых ко­личествах веществ, растворенных в 1 л (или в 1 кг воды), в эквива­лентных количествах или в процент-эквивалентных количествах (%-экв) воды. В гидрогеологической практике принято массовые количества компонентов выражать в миллиграммах на 1 л (мг/л), а эквивалентные количества ионов — в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв) каждого иона в 1 л воды.

Величину сухого (плотного) остатка получают взвешиванием пробы после выпаривания воды. Сумму ионов определяют сумми­рованием массы всех ионов, содержащихся в исследуемой воде. Сумма минеральных веществ — более полное выражение, чем сумма ионов, так как она учитывает и недиссоциированные неор­ганические вещества Si0₂ и Fe₂0₃.

В настоящее время принята ионная форма выражения хими­ческих анализов воды. Данные лабораторных анализов подземных

вод, выраженные в мг/л, подвергаются дальнейшей обработке (табл.ниже).

Результаты химического анализа подземных вод

Анионы	Содержание			Катионы	Содержание
	мг/л	мг-экв/л	%		мг/л	мг-экв/л	%
СГ	124,5	3,51	36	Са2+	88,6	4,42	45
SO2-4	83,0	1,73	17	Mg2+	24,4	2,01	21
HCO-3	276,3	4,52	47	Na+	76,6	3,93	34
Сумма	483,8	9,76	100,0	Сумма	189,6	9,36	100

Разнообразие химического состава подземных вод вызывает не­обходимость в их систематизации. Существуют различные формы и множество способов наглядного изображения химического со­става вод (графики, формулы, коэффициенты и т.п.).

Формула Курлова

Формула Курлова. Принцип этой формулы — изображение со­держащихся в воде ионов в убывающем порядке в виде псев­додроби, в числителе которой записаны анионы, а в знаменателе — катионы. Слева от дроби формулы приводятся следующие показа­тели: S_P — микроэлементы (Br, I, As) и свободные газы (С0₂ и др.), мг/л, а также общая минерализация воды М в г/л; справа — pH, температура воды t и дебит D.

Ионы, содержание которых в воде менее 10%, в формуле не ука­зываются, однако некоторые исследователи считают, что следует указывать все ионы, входящие в состав подземных вод. В общем виде формула Курлова имеет вид:

Например, паспорт воды знаменитого кисловодского нарзана по формуле Курлова будет иметь следующий вид:

Формула Курлова была предложена в 1928 г., а затем претерпела некоторые изменения. Наиболее рациональным представляется ва­риант этой формулы, предложенный И.Ю. Соколовым в 1970 г. Он заключается в следующем.