在水質(zhì)分析中，除了測(cè)定單個(gè)組分的含量外，往往還要測(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質(zhì)的綜合性質(zhì)，現(xiàn)分別對(duì)其闡述如下：

（1）pH值：pH值取決于水中所含H+的多少，H+含量愈高，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。在水文地球化學(xué)研究中，為了對(duì)水-巖相互作用的性質(zhì)作出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，同時(shí)也為了加深對(duì)一些水文地球化學(xué)作用的理解，常需要對(duì)水溶液pH值的影響因素及其變化進(jìn)行深入研究。

天然水的pH值一般在7.2～8.5之間，當(dāng)pH值過(guò)高或過(guò)低時(shí)，則表示水有可能受到了污染。地表水被有機(jī)物污染時(shí)，由于有機(jī)物被氧化可產(chǎn)生大量的二氧化碳，可使水的pH值大大地降低。被工業(yè)廢水污染的地表水和地下水，其pH值也可發(fā)生明顯而較大的變化。

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。如水的pH值過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致水中溶解鹽類的析出，使水的感官形狀惡化，而且還會(huì)降低氯化消毒的效果。當(dāng)水的pH值過(guò)低時(shí)，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。

（2）氧化還原電位（Eh）：氧化還原電位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)雜的氧化還原動(dòng)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、富集和分散有巨大的影響，有一些元素在氧化環(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值一般都是在現(xiàn)場(chǎng)使用鉑電極進(jìn)行測(cè)定的。

（鉀3）總?cè)芙夤腆w（TDS）：總?cè)芙夤腆w是指水中溶解組分的總量，它包括了水中的離子、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℃下把水蒸干，對(duì)所得到的干涸殘余物的總量進(jìn)行稱重而得到，其單位為mg/L或g/L?？?cè)芙夤腆w常被記為TDS，表示Total Dissolved Solids。TDS除了可直接測(cè)定外，也可根據(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）的濃度加起來(lái)再減去濃度二分之一。這里之所以要減去濃度的二分之一是因?yàn)樵谒畼诱舾傻倪^(guò)程中，約有一半的轉(zhuǎn)化成了CO2氣體而散失掉了，其反應(yīng)如下（以CaCO3的沉淀為例）：

水文地球化學(xué)

除了外，硝酸、硼酸、有機(jī)物等也可能損失一部分，當(dāng)pH值較低時(shí)，其損失量更大一些。與此相反，可能有部分結(jié)晶水（如石膏，CaSO4&midDOt;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。此外，國(guó)內(nèi)外測(cè)定TDS時(shí)的蒸干溫度有時(shí)也不一致，這樣也會(huì)引起測(cè)定結(jié)果的偏差。

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)源于前蘇聯(lián)，其他國(guó)家的文獻(xiàn)中幾乎沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)，近些年來(lái)我國(guó)供水、環(huán)境等一些部門也已改用總?cè)芙夤腆w一詞，如在我國(guó)新頒布的地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中就是如此。

（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)需減去濃度的二分之一。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重量的千分?jǐn)?shù)，以‰表示。

（5）硬度：水的硬度反映了水中多價(jià)金屬離子含量的總和，這些離子包括了Ca2+、Mg2+、Sr2+、Fe2+、Fe3+、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)離子毫克當(dāng)量濃度的總和乘以50（CaCO3的當(dāng)量），除此之外，硬度常用的表示方法還有德國(guó)度、法國(guó)度和英國(guó)度等，1德國(guó)度=17.8 mg/L（CaCO3），1法國(guó)度=10 mg/L（CaCO3），1英國(guó)度=14.3 mg/L（CaCO3）。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，近年來(lái)許多部門已改用CaCO3的mg/L來(lái)表示硬度。

根據(jù)水的硬度可將其劃分為極軟水、軟水、微硬水、硬水和極硬水。具體見(jiàn)表1-3-1。

表1-3-1 水按硬度的分類

水的硬度隨著地區(qū)的不同通常有很大的變化，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的性質(zhì)，當(dāng)表土層較厚且有石灰?guī)r存在時(shí)，水的硬度一般較大，而軟水則一般出現(xiàn)在表土層較薄且石灰?guī)r稀少或不存在的地方。

硬度可分為總硬度、碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度?？傆捕燃词且訡aCO3的mg/L數(shù)表示的水中多價(jià)金屬離子的總和，也就是前面我們所說(shuō)的硬度。碳酸鹽硬度是指可與水中的結(jié)合的硬度，當(dāng)水中有足夠的可供結(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)表示的水中的總量。碳酸鹽硬度通常被稱為暫時(shí)硬度，因?yàn)檫@部分硬度可與水中的結(jié)合，當(dāng)水被煮沸時(shí)即可形成CaCO3沉淀而被除去?？傆捕扰c碳酸鹽硬度之差被稱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，即飲水的硬度愈低，心血管病的發(fā)病率愈高。

（6）溶解氧（DO）：天然水中的溶解氧主要來(lái)源于空氣中的氧氣，故溶解氧的含量與空氣中氧的分壓、水的溫度有密切的關(guān)系。一般情況下，空氣中氧的含量變化不大，故水溫是影響溶解氧含量的主要因素，水溫愈低，水中溶解氧的含量愈高。在一個(gè)大氣壓下，0℃時(shí)大氣氧在淡水中的溶解度是14.6 mg/L，35℃時(shí)的溶解度則大約為7 mg/L。

清潔的地表水在正常情況下的溶解氧含量接近飽和狀態(tài)。水中有大量的藻類植物時(shí)，由于光合作用釋放出氧氣，可使水中含有過(guò)飽和的溶解氧。溶解氧是水中有機(jī)物進(jìn)行氧化分解的重要條件，當(dāng)大量有機(jī)物污染水體時(shí)，水體的溶解氧可被急劇地消耗，如其消耗速度超過(guò)氧氣從空氣中進(jìn)入水體內(nèi)的速度，則水中的溶解氧就會(huì)不斷地降低，甚至接近于零而呈缺氧狀態(tài)。此時(shí)水中的厭氧生物就會(huì)大量繁殖，有機(jī)物發(fā)生腐敗，使水產(chǎn)生臭味。因此溶解氧的含量可作為判斷水體是否受到有機(jī)物污染的間接指標(biāo)。由于溶解氧參與了水中有機(jī)物的氧化分解活動(dòng)，因此在同一地表水體不同斷面上測(cè)定水中溶解氧的含量，對(duì)于說(shuō)明水體的自然凈化狀況具有重要意義。

溶解氧含量與水中魚類的生存有密切的關(guān)系，溶解氧含量小于3～4 mg/L時(shí)，魚類的生存就會(huì)受到嚴(yán)重的影響。

雨水經(jīng)過(guò)包氣帶進(jìn)入地下水面的過(guò)程中，溶解氧可被包氣帶中的有機(jī)物和還原性無(wú)機(jī)物所消耗，所以地下水中的溶解氧含量一般較低。

（7）生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）：生化需氧量是指水體中的微生物在降解水中有機(jī)物的過(guò)程中所消耗的氧的量，以mg/L表示。BOD的測(cè)定實(shí)質(zhì)上是一個(gè)氧化過(guò)程，在該過(guò)程中，把一定量的有機(jī)物氧化為二氧化碳、水和氨氣所需氧的量是確定的，這種關(guān)系可表示為：

水文地球化學(xué)

微生物在這里只起到了一種中間介質(zhì)的作用。

BOD測(cè)試中的氧化反應(yīng)是生物活動(dòng)的結(jié)果，其完成的程度是由溫度和時(shí)間所決定的。為了使測(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，并將其記為BOD5。對(duì)于大多數(shù)的天然水體來(lái)說(shuō)，20℃一般是一個(gè)平均溫度。但應(yīng)明確5天還遠(yuǎn)未達(dá)到有機(jī)物完全氧化的時(shí)間。從理論上講，有機(jī)物通過(guò)生物完全氧化所需的時(shí)間是無(wú)限的，但從實(shí)用角度來(lái)看，可認(rèn)為20天后反應(yīng)就進(jìn)行完畢了。即便如此，20天對(duì)于大多數(shù)情況都是一個(gè)太長(zhǎng)的等待時(shí)間。人們之所以選擇5天的培養(yǎng)時(shí)間是因?yàn)锽OD5在總BOD中已經(jīng)占到了相當(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%，而且選擇5天的培養(yǎng)時(shí)間也可使氨氧化的影響達(dá)到最小。

BOD是一個(gè)確定生活和工業(yè)廢水污染程度時(shí)廣泛使用的指標(biāo)，在河流污染控制的研究中，BOD的測(cè)試非常重要。在制定和規(guī)劃水體對(duì)廢水的凈化容量時(shí)，也需要對(duì)BOD進(jìn)行測(cè)定。

（8）化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）：化學(xué)需氧量是指采用化學(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)物能否被生物所降解，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，只需要三個(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，并且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。

高錳酸鉀（KMnO4）、重鉻酸鉀（KCr2O7）和碘酸鉀（KIO3）是測(cè)定水中COD的三種常用的氧化劑。對(duì)于不同的化合物，高錳酸鉀的氧化變化較大，氧化的程度受到了試劑強(qiáng)度的很大影響。所測(cè)定的COD值經(jīng)常比BOD5小很多。這種情況表明高錳酸鉀氧化的終點(diǎn)很不確定。重鉻酸鉀是這三種氧化劑中測(cè)定效果最好的一種，它可以把大多數(shù)種類的有機(jī)物完全氧化為二氧化碳和水。由于氧化過(guò)程中所有的氧化劑都必須過(guò)量使用，所以氧化反應(yīng)結(jié)束后必須測(cè)定多加入的氧化劑的量，在這一方面重鉻酸鉀也比其他氧化劑相對(duì)容易測(cè)定一些，這也是重鉻酸鉀廣泛使用的另一個(gè)原因。為了便于對(duì)COD測(cè)定結(jié)果的比較，使用此COD時(shí)應(yīng)注明其分析方法。

一些有機(jī)物，如低分子量脂肪酸必須加催化劑才能被重鉻酸鉀所氧化，銀離子是一種很有效的催化劑。芳?xì)浜瓦拎ぴ谌魏吻闆r下都不能被氧化。

（9）總有機(jī)碳（Total Organic Carbon，TOC）：總有機(jī)碳是水中各種形式有機(jī)碳的總量，以mg/L表示。TOC可通過(guò)測(cè)定高溫燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳來(lái)確定，也可使用有關(guān)測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)定。由于燃燒法的測(cè)定程序較為繁瑣，而且難以排除無(wú)機(jī)碳的干擾，而儀器測(cè)試法又比較昂貴，所以在以往的水質(zhì)分析結(jié)果中，TOC的資料很少。

（10）堿度（Alklinity）：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所引起，當(dāng)然弱堿和強(qiáng)堿對(duì)其也有一定的貢獻(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)的有機(jī)酸，如腐殖酸所形成的鹽類也對(duì)天然水的堿度產(chǎn)生影響。在受污染或缺氧的水體中，可形成醋酸、丙酸及氫硫酸，它們對(duì)堿度也產(chǎn)生一定的貢獻(xiàn)。雖然很多物質(zhì)都對(duì)天然水的堿度有影響，但水的堿度主要由三類物質(zhì)所引起，這些物質(zhì)是氫氧化物、碳酸鹽和重碳酸鹽。

堿度一般使用N/總硬度50的硫酸H2SO4通過(guò)滴定法來(lái)測(cè)定，并且用CaCO3的mg/L數(shù)來(lái)表示。當(dāng)樣品的初始pH值大于8.3時(shí)，滴定分為兩步。第一步滴定到pH值等于8.3，該點(diǎn)可由酚酞由粉紅變?yōu)闊o(wú)色來(lái)確定。第二步滴定到pH值大約等于4.5，與甲基橙終點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)樣品的pH值低于8.3時(shí)，只需要后一步就夠了。在第一步中選擇pH=8.3作為終點(diǎn)，是因?yàn)樵損H值對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)化為的當(dāng)量點(diǎn)。而第二步中的pH=4.5則大致對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)化為H2CO3的當(dāng)量點(diǎn)。

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乘以和的毫克當(dāng)量濃度之和。

（11）酸度（Acidity）：酸度是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：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、Al（SO4）3等。水中這些物質(zhì)對(duì)強(qiáng)堿的總中和能力稱為總酸度?？偹岫扰c水中的氫離子濃度并不是一回事，氫離子濃度表示水中呈自由離子狀態(tài)的H+數(shù)量，而總酸度則表示了中和過(guò)程中可與強(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)量稱為離子酸度，其負(fù)對(duì)數(shù)值即等于水溶液的pH值。與堿度一樣，酸度也是常用CaCO3的mg/L數(shù)來(lái)表示的。