《水文地球化学》教学大纲Hydrogeochemistry－Course Outline第一部分大纲说明一、课程的性质、目的与任务《水文地球化学》是水文与水资源工程专业本科生必修的一门主要专业基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握水文地球化学的基本原理和学会初步运用化学原理解决天然水的地球化学问题和人类对天然水的影响问题的方法与手段，为学习后续课程和专业技术工作打下基础。
二、与其它课程的联系学习本课程应具备普通地质学、综合地质学、工程化学和水文地质学的基础。
后续课程为水质分析实验、铀水文地球化学、环境水文地质学和水文地质勘察。
三、课程的特点1．对基本概念、基本规律与常见的应用方法的理解并重。
2．对基本理论与常见水文地球化学问题的定量计算方法的掌握并重。
3. 采用英文教材，中、英语混合授课。
四、教学总体要求1．掌握水文地球化学的基本概念、基本规律与研究方法。
2．掌握控制地下水与地表水化学成分的主要作用：酸碱反应与碳酸盐系统；矿物风化与矿物表面过程；氧化－还原反应；有机水文地球化学作用等。
3．通过理论讲述、研究实例分析与习题课，使学生理解天然水中常见的化学组份与同位素组成，掌握最基本的地球化学模拟方法与整理水化学数据的能力。
五、本课程的学时分配表编号教学内容课堂讲课学时习题课学时实验课学时自学学时1 引言及化学背景（Introduction and Chemical Background）62 酸碱反应与碳酸盐系统(Acid-Base Reactions and the CarbonateSystem)4 23 矿物风化与矿物表面过程Mineral weathering and mineral surface processes6续学时分配表编号教学内容课堂讲课学时习题课学时实验课学时自学学时4 氧化－还原反应Redox reactions and processes4 25 有机水文地球化学Aqeous organic geochemistry66 放射性废物的环境水文地球化学Environmental hydrogeochemistry of radioactive wastes37 重金属与类金属Heavy metals and metalloids38 同位素水文地球化学Isotope hydrogeochemistry8 29 迁移与反应模拟Transport and reaction modeling410 复习Reviews2总学时 52，学分3.5，其中：理论教学52学时，实验教学单独设立水质分析与水文地球化学实验38学时。
六、教材及教学参考资料（一）教材1．Drever, J.I., The geochemistry of natural waters (Third edition), Prentice-Hall,1997.2．李学礼编著，水文地球化学（第二版），原子能出版社，1988（二）主要参考资料1.K e h e w A.E.,A p p l i e d c h e m i c a l h y d r o g e o l o g y.P r e n t i c e H a l l.20012．D e u t s c h W.J.,G r o u n d w a t e r g e o c h e m i s t r y.L e w i s P u b l i s h e r s.19973．S t u m m W.&M o r g a n J.J.，A q u a t i c C h e m i s t r y.1996 4．A p p e l o C.A.J.&P o s t m a D.，G e o c h e m i s t r y,G r o u n d w a t e r a n d P o l l u t i o n，B a l k e m a.1994 5．P y t k o w i c z R.M.，平衡非平衡与天然水. 19886．L l o y d J.W.,H e a t h c o t e J.A.,N a t u r a l i n o r g a n i c h y d r o c h e m i s t r y i n r e l a t i o n t og r o u n d w a t e r.A n I n t r o d c t i o n.C l a r e n d o n P r e s s.19857．E r i k s s o n E.,P r i n c i p l e s a n d a p p l i c a t i o n s o f h y d r o c h e m i s t r y.C h a p m a n H a l l L t d.19858.M a t t h e s s G.，T h e P r o p e r t i e s o f G r o u n d w a t e r. 19829．王凯雄，水化学．化学工业出版社，200110.沈照理，水文地球化学基础．地质出版社，1993 第二部分教学内容和教学要求第一章引言及化学背景（Chapter 1 Introduction and Chemical Background）教学内容：1引言与化学背景（Introduction and chemical background）1.1 引言（Introduction）1.1.1 水文地球化学的发展历史（Histories of hydrogeochemistry）1.1.2 水文学中的某些基本概念（Some basic concepts in hydrology）1.2 化学背景（Chemical background）1.2.1水溶液与水的性质（Aqueous solution and properties of water）1.2.2浓度和单位转换（Concentration and unit conversions）1.2.3电荷平衡误差（Charge-balance error）1.2.4水化学的图形表示（Graphical displays of water chemistry）1.2.5平衡热力学（Equilibrium thermodynamics）1.2.6活度与浓度的关系（Activity－concentration relationships）1.2.7络合物的形成，扩散与弥散作用（Complex formation, diffusion）教学要求：复习基本的化学原理；了解常用的浓度单位和单位换算；学会计算水的硬度和电荷平衡误差，并理解其意义；介绍水化学成分的图示方法；熟悉平衡与平衡常数及活度与活度系数；掌握络合作用对矿物溶解度的影响；初步认识扩散与弥散作用的基本原理。
教学建议：讲清水文地球化学学习的重要性及简要介绍其发展历史；活度与浓度的关系及饱和指数的概念及其应用为教学重点；扩散与弥散作用原理为本章难点。
第二章酸碱反应与碳酸盐系统(Chapter 2 Acid-Base Reactions and the Carbonate System) 教学内容：2.1 酸碱强度（Strength of acids and bases）2.2 天然酸碱系统：碳酸盐系统（Natural acid－base systems: the carbonatesystem）2.2.1 水中CO2（CO2in water）2.2.2 碱度（Alkalinity）2.3 碳酸盐平衡（Carbonate mineral equilibria）2.3.1 同离子效应（The common－ion effect）2.3.2 方解石与白云石的非全等溶解（Incongruent dissolution of calciteand dolomite）2.3.3 研究实例（Case studies ）教学要求：学会用离解常数pKa表示酸碱强度；掌握碳酸盐系统的酸碱平衡及 Bjerrum图的制作；了解天然水中CO2的起源；理解碱度、同离子效应与非全等溶解的概念及应用。
教学建议：碳酸盐系统的酸碱平衡及 Bjerrum图的制作为本章重点；在基本概念讲述的基础上，通过习题课“碳酸平衡与碳酸盐溶解度的计算”使学生熟悉碳酸盐系统的有关计算方法。
第三章矿物风化与矿物表面过程（Chapter 3 Mineral weathering and mineral surface processes）教学内容：3.1粘土矿物与阳离子交换作用（Clay minerals and Cation exchange）3.1.1风化作用（Weathering）3.1.2粘土矿物(Clay minerals)3.1.3 离子交换作用(Ion exchange)3.2 溶解作用与平衡(Dissolution processes and equilibria)3.2.1 表面络合作用与溶解作用（Surface complexation and dissolution）3.2.2 石英的溶解作用(Dissolution of quartz)3.2.3 含Al或含Fe风化产物的溶解度（Solubility of Al- or Fe-bearingweathering products）3.2.4 非全等溶解和活度图（Incongruent dissolution and activity diagrams）3.2.5 硅酸盐的风化和湖泊的酸化作用（Silicate weathering and lakeacidification）3.3 吸附与离子交换作用(Sorption and ion exchange)3.3.1 表面电荷（Surface charge）3.3.2 吸附等温线(Sorption isotherms)3.3.3 金属阳离子的吸附作用（Adsorption of metal cations）3.3.4 离子交换反应(Ion-exchange reactions)3.3.5 天然与污染水中的离子交换作用（Ion-exchange in natural andcontaminated waters）教学要求：了解主要矿物抗风化能力的影响因素；熟悉风化产物的性质；理解石英和含Al矿物溶解度的控制机理；掌握吸附作用的内涵及吸附等温式；学会定量处理离子交换作用的方法；分析天然与污染水中离子交换的作用。
教学建议：本章重点为吸附作用和离子交换作用，难点为吸附机理。
可通过实例来说明天然与污染水中离子交换的作用。