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第二章第二章 天然水的主要理化性质天然水的主要理化性质李丽李丽水产养殖生态研究室水产养殖生态研究室中国海洋大学水产学院中国海洋大学水产学院 掌握天然水离子总量离子总量、盐度盐度、氯度氯度的原始概念及相互关系；含盐量对水产养殖的影响；天然水的阿列金分类法阿列金分类法；海水的密度密度、密度最大时的温度密度最大时的温度、冰点与盐度的关系冰点与盐度的关系、水体流转混合水体流转混合、温度分布的影响因素及与盐度的关系。理解淡水、海水的电导率。了解海水盐度和氯度的定义的演变、电解质的平均活度和平均活度系数的计算。教学要求第一节第一节 天然水的盐度、密度和化学分类天然水的盐度、密度和化学分类第二节第二节 天然水的依数性和透光性天然水的依数性和透光性第三节第三节 天然水的离子强度、活度和导电性天然水的离子强度、活度和导电性第四节第四节 水的流转混合作用与水体的温度分布水的流转混合作用与水体的温度分布第一节第一节 天然水的盐度、密度和化学分类天然水的盐度、密度和化学分类一、天然水的含盐量二、天然水的密度三、天然水的化学分类法一、天然水的含盐量（一）天然水含盐量的表示方法（一）天然水含盐量的表示方法P15离子总量离子总量矿化度矿化度盐度盐度氯度氯度天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。常用常用mg/L、mmol/L或或g/kg、mmol/kg表示表示。由。由于含量微小的成分对离子总量的贡献可忽略，于含量微小的成分对离子总量的贡献可忽略，因此，在计算离子总量时可以只考虑水中主要因此，在计算离子总量时可以只考虑水中主要的离子。的离子。TDS（Total Dissolved Solids）当量浓度：以单位电荷为基本单元的物质的量浓度。electro equivalent(eq)of a substance equals the amount of that substance that will deliver 1 mol of electrons for a specified reaction.摩尔浓度(Morlarity）和当量浓度（Normality）1/3 Fe=1/3 Fe3+e-1/3 Fe(mole)=1 eq of Fe 56 g/mole 18.7 g/eq 18.7mg/meq电荷平衡理论电荷平衡理论（Cation-Anion Balance）天然水中，所有阳离子所带的正电荷与所有阴离子所带的负电荷相等。依据该理论，可粗略分析化学分析的准确性。对大多数淡水，构成离子总量的主要离子一般有：阳离子Ca2+,Mg2+,Na+,K+；阴离子：HCO3-,CO32-,SO42-和Cl-。某些特殊水体可能会含有较多的Fe2+,应该考虑。海水B、Br、Sr等元素含量也较高，应该考虑。某同学分析一未知水样，得到121mg/L 碳酸氢根，28mg/L 硫酸根，17mg/L Cl-,39 mg/L Ca2+,8.7 mg/L Mg2+,8.2 mg/L Na+和1.4mg/L K+。此分析准确吗？阴离子：阴离子：(121 mg HCO3-/L)/(61 mg HCO3-/meq)=1.98 meq HCO3-/L(28 mg SO42-/L)/(48 mg SO42-/meq)=0.58 meq SO42-/L(17 mg Cl-/L)/(35.45 mg Cl-/meq)=0.48 meq Cl-/L共：3.04 meq/L 阳离子阳离子(39 mg Ca2+/L)/(20.04 mg Ca2+/meq)=1.95 meq Ca2+/L(8.7 mg Mg2+/L)/(12.16 mg Mg2+/meq)=0.72 meq Mg2+/L(8.2 mg Na+/L)/(23 mg Na+/meq)=0.36 meq Na+/L(1.4 mg K+/L)/(39.1 mg K+/meq)=0.04 meq K+/L共：3.07 meq/L Ca2+为40 mg/mmol Na+为23 mg/mmol物质量的基本单元以单位电荷形式计：Ca有两个电荷 1/2Ca2+为20 mg/mmol物质量的基本单元以单位电荷形式计：Na有一个电荷 Na+23 mg/mmol20 mg/meq23 mg/meq矿化度矿化度矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量干称重法得到的无机矿物成分的总量”。测定时要”。测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105105-110110烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。蒸发皿蒸发皿在蒸干过程中会发生如下反应，使得矿化度与离子总量比较，水中HCO3-损失了将近一半。Ca2+2HCO3-=CaCO3+CO2+H2O 将洗净的蒸发皿置于105-110烘箱烘箱中烘中烘2h,放入干燥器中冷却至室温后称重，重复烘干称重，放入干燥器中冷却至室温后称重，重复烘干称重，直至恒重（两次称重相差不超过直至恒重（两次称重相差不超过0.0005g）。）。取取适量水样用玻璃砂芯坩埚抽滤。适量水样用玻璃砂芯坩埚抽滤。取过滤后水样取过滤后水样50-100ml(水样量以产生水样量以产生2.5-200mg的残渣为宜），置于已称重的蒸发皿中，水的残渣为宜），置于已称重的蒸发皿中，水浴上蒸干。浴上蒸干。如蒸干残渣有色，使蒸发皿冷却后，滴加过氧化氢溶液数低，慢慢旋转蒸发皿至气泡消失，如蒸干残渣有色，使蒸发皿冷却后，滴加过氧化氢溶液数低，慢慢旋转蒸发皿至气泡消失，再蒸干，反复处理数次，直至残渣变成白色或颜色稳定不变为止。再蒸干，反复处理数次，直至残渣变成白色或颜色稳定不变为止。蒸发皿放入烘箱中于蒸发皿放入烘箱中于105-110烘干烘干2h,置于干燥器中冷却至室温，称重，重复烘干，直至恒置于干燥器中冷却至室温，称重，重复烘干，直至恒重（重（两次称重相差不超过两次称重相差不超过0.0005g）。）。测定步骤测定步骤依据：水和废水监测分析方法（第四版）国家环境保护总局编依据：水和废水监测分析方法（第四版）国家环境保护总局编矿化度（矿化度（mg/L）=(W-W0/V)*106 式中：式中：W 蒸发皿及残渣的总重量蒸发皿及残渣的总重量（g）W0蒸发皿重量（蒸发皿重量（g）V 水样体积（水样体积（ml）总溶解性颗粒物总溶解性颗粒物（TDS）总溶解性颗粒物 Total Dissolved Solids(TDS)Filter the water with glass fiber filter with less than 2 um openings Evaporate the filtrate 102 Weigh the residue缺点：(1)损失 Ca2+2HCO3-=CaCO3+CO2+H2O(2)包含organic matter算一算算一算100ml 水样在102下蒸发，蒸发皿初始重量为5.2000g,蒸发后重量为5.2100g,估算TDS，以mg/L表示。依据依据:Water Quality:an Introduction by Claude E.Boyd,2ndEdition 2015氯度氯度原始定义原始定义：将：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。用含氯的总克数。用Cl符号表示。符号表示。新定义新定义：沉淀沉淀0.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。用子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。用Cl符号表示，无量符号表示，无量纲单位为纲单位为1x10-3。海水氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银（原子海水氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的质量与海水样品质量之比的量银）的质量与海水样品质量之比的0.3285234倍，用倍，用10-3作单位。作单位。盐度盐度当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物质的质量与海水质量之比，以10-3或表示。盐度盐度的单位：的单位：ppt(part per thousand g/L)pptpart per thousand g/L ppmpart per million mg/kg ppb part per billion ug/L盐度与氯度的关系盐度与氯度的关系S=0.030+1.8050 Cl根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的，根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的，在六十年代以前得到国际上的广泛应用在六十年代以前得到国际上的广泛应用。由于海水成分的变动，特别是低盐度海水用由于海水成分的变动，特别是低盐度海水用上述关系式从氯度值计算出的盐度值通常上述关系式从氯度值计算出的盐度值通常产生误差产生误差。1966年提出的经验公式：年提出的经验公式：S=1.80655Cl对于不同河口区海水，氯度与盐度的关系可能会有差别，我国晋江河口区海水为：对于不同河口区海水，氯度与盐度的关系可能会有差别，我国晋江河口区海水为：S=0.030+1.8050 Cl 电导盐度计的出现，使盐度测定的精度大为提高，超过了由氯度计算盐度的精度。为了克服由氯度计算盐度不够精确等问题，同时得到可复现的电导率标准，海洋学常用表及标准联合专家小组在1978年提出实用盐度的定义。实用实用盐度盐度S=0.0080 0.1692 K1/215+25.3851 K15+14.0941K3/215 7.0261 K215+2.7081 K5/215(S=242适用）K15:15,1atm时海水电导率与质量分数为32.4356*10-3的标准氯化钾溶液电导率之比。当S=35时，K15=1K15是海水与标准氯化钾溶液比较测得的电导率比，是作为标定标准海水用的。实际测定海水样品盐度时，联合国专家仍主张使用标准海水，而不要使用标准氯化钾溶液。用盐度为35.00的标准海水作参比时，测得的电导率比记为R15，将其代入上式中，计算得到的就是海水样品的实用盐度。如果电导率比不是在15而是在t时测量的（Rt），则将Rt代入式中的计算结果是未修正的盐度值，需修正后才是实用盐度。K15是海水与标准氯化钾溶液比较测得的电导率比，是作为标定标准海水用的。实际测定海水样品盐度时，联合国专家仍主张使用标准海水，而不要使用标准氯化钾溶液。用盐度为35.00的标准海水作参比时，测得的电导率比记为R15，将其代入上式中，计算得到的就是海水样品的实用盐度。如果电导率比不是在15而是在t时测量的（Rt），则将Rt代入式中的计算结果是未修正的盐度值，需修正后才是实用盐度。用标准KCl溶液作标准，有利于盐度标准的统一。建立的实用盐度公式摆脱了海水组成恒定比关系，使盐度和氯度之间实用盐度公式摆脱了海水组成恒定比关系，使盐度和氯度之间不再有关系。不再有关系。氯度成为一个独立表征海水性质的参数。而盐度只与海水电导比有关系。盐度值可直接由国际海洋学常用表中编入的海水盐度电导率比值关系查算表进行计算。YSI 556多参数多参数水质测量仪水质测量仪YSI 556MPS 系统规格测量参数技术指标参 数测量范围分辨率准确度溶解氧溶解氧(%空气饱和度)0至500%0.1%0至200%：读数之2%或2%空气饱和度，以较大者为准；200至500%：读数之6%溶解氧溶解氧(毫克/升)0至50毫克/升0.01毫克/升0至20毫克/升：读数之2%或0.2毫克/升，以较大者为准；20至50毫克/升：读数之6%温温 度度-5至+450.10.15电导率电导率0至200 毫西门子/厘米0.001至0.1毫西门子/厘米(视量程而定)读数之0.5%或0.001毫西门子/厘米，以较大者为准(4米电缆)；读数之1.0%或0.001毫西门子/厘米，以较大者为准(20米电缆)盐盐 度度0至70ppt0.01ppt读数之1.0%或0.1ppt，以较大者为准酸碱度(可选)0至140.010.2氧化还原电位(可选)-999至+999毫伏0.1毫伏20毫伏总溶解固体0至100克/升4位数气压计(可选)500至800毫米汞柱0.1毫米汞柱3毫米汞柱（温度变化在校准点15之内）注：仪器准确度规格是主机与探头的总和与与含盐量有密切关系的水质参数含盐量有密切关系的水质参数还有许多，比如海水的还有许多，比如海水的折光率折光率、海、海水的水的密度密度等都与海水含盐量有密切关系，因而市场上设计生产了等都与海水含盐量有密切关系，因而市场上设计生产了海海水光学盐度计，海水密度计（比重计）水光学盐度计，海水密度计（比重计）等，用它们间接反应天然水等，用它们间接反应天然水盐度的状况，只是准确度较差。盐度的状况，只是准确度较差。Refractometer(Salinometer)P370 海水密度海水密度盐度查对表盐度查对表离子总量、矿化度离子总量、矿化度概念较多用来反映概念较多用来反映内陆水内陆水的含盐量；的含盐量；盐度、氯度盐度、氯度则是反映则是反映海水海水含含盐量的参数。盐量的参数。氯度在内陆水中不使用，因为对于内陆水，它与含盐量没有一定关系。在涉及内氯度在内陆水中不使用，因为对于内陆水，它与含盐量没有一定关系。在涉及内陆水含盐量的文献中，也常可见到陆水含盐量的文献中，也常可见到“盐度”这个术语，从上、下文中分析，有的作者“盐度”这个术语，从上、下文中分析，有的作者指的是离子总量、有的作者指的是矿化度，并不是指海洋学上的盐度概念。指的是离子总量、有的作者指的是矿化度，并不是指海洋学上的盐度概念。离子总量、矿化度和盐度的大小离子总量、矿化度和盐度的大小关系？关系？一、天然水的含盐量（二）含盐量对水产养殖的影响（二）含盐量对水产养殖的影响不同生物的耐盐性不同不同生物的耐盐性不同天然水的含盐量相差悬殊。死海：300 g/L;大洋水 35 g/L;我国新疆、四川的一些地下水300 g/L。水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要。一、天然水的含盐量（二）含盐量对水产养殖的影响（二）含盐量对水产养殖的影响生物的不同生长阶段的耐盐性不同 鲢鳙鱼苗的耐盐上限为2.5g/L;而夏花鱼种为3.0g/L。草鱼仔鱼期耐盐上限为6-8g/L;成鱼为10-12g/L。生物的耐盐性与其他环境因子有关鲢鳙鱼对盐度的适应随着水的pH的增大而降低。鱼的耐盐限度同盐分的组成有关。在含碳酸根、碳酸氢根和钾离子较多的水中，鱼的耐盐性显著降低。许多耐盐性试验是低盐海水或淡水添加NaCl进行，试验结果不能随意推广。哪些参数可以反映天然水的含盐量？他们各有什么特点。海水的盐度、氯度是怎么定义的？它们之间关系如何？课后思考课后思考二、天然水的密度1.1.纯水的密度纯水的密度 温度和压力的函数。在压力为1atm时(101.325 kPa),纯水的密度如左表所示。纯水在4密度最大。天然水的密度是温度、含盐量、盐分组成、压力的函数。对于淡水可以近似比照纯水看待。温度温度()密度密度（g/cm3）温度温度()密度（密度（g/cm3）温度温度()密度密度（g/cm3）00.999868110.999633210.99801910.999927120.999525220.99779720.999968130.999404230.99756530.999992140.999404240.99732341.000000150.999126250.99707150.999992160.998970260.99681060.999968170.998801270.99653970.99992917.50.998713280.99625980.999867180.998622290.99597190.999809190.998432300.995673100.999728200.9982302.2.海水海水的的密度密度 温度、压力和盐度的函数。0、1atm时海水的密度与盐度的经验关系式：其他温度条件密度的公式比较复杂，有兴趣的同学可以查阅相关文献。密度=-0.069+0.81415S-4.18*10-4S2+6.75*10-6S3t/s5102030354001.0039701.0080141.0160651.0241011.0281261.03216351.0040061.0079671.0158581.0237441.0276971.031663101.0036701.0075621.0153211.0230801.0269711.030878151.0030121.0063471.0144961.0221501.0259901.029846201.0020681.0058571.0134161.0209831.0247811.028595251.0008671.0046171.0121021.0195981.0233621.027144300.9994331.0031471.0105681.0180031.0217461.025504表表 不同温度、盐度时海水的密度不同温度、盐度时海水的密度 海水的密度一般大于海水的密度一般大于1g/cm3，小于，小于1.03g/cm3;盐度变化盐度变化1单位引起的密度的变化值比温度变化单位引起的密度的变化值比温度变化1引起的密度变化值大许多。引起的密度变化值大许多。海水冰点也是盐度的函数20001282.02168.0975.3SStCZMo 2510225.705199.00137.0SStCfo海水密度最大的温度是盐度的函数随着盐度的升高，海水冰点温度降低。随着盐度的升高，海水达到最大密度时的温度降低。t=-1.35S=24.9三、天然水的化学分类1.1.按含盐量的分类按含盐量的分类2.2.按主要离子成分的分类按主要离子成分的分类阿列金分类法阿列金分类法分类：碳酸分类：碳酸盐类（盐类（C C）、）、硫酸硫酸盐类（盐类（S S）、）、氯化物氯化物类（类（ClCl）分组：钠分组：钠组组(Na)(Na)、镁镁组组(Mg)(Mg)、钙钙组组(Ca)(Ca)按含量最多的阴离子将水分为三类。含量的多少是以单位电荷离子为含量的多少是以单位电荷离子为基本单元的物质的量浓度进行比较基本单元的物质的量浓度进行比较。并将HCO3-和1/2CO32-合并为一类，1/2SO42-和Cl-各为一类。按含量最多的阳离子将水分为三类。含量的多少是以单位电荷离子为基本单元的物质的量浓度进行比较。并将K+和Na+合并为一类，1/2 Ca2+和1/2Mg2+各为一类。分型：分型：型、型、型、型、型、型、型型表：天然水的分类（表：天然水的分类（阿列金分类法阿列金分类法）I I型水是弱矿化水，主要是在含大量型水是弱矿化水，主要是在含大量NaNa+和和K K+的火成岩地区形成。干旱半干旱地区的内陆湖，如果由的火成岩地区形成。干旱半干旱地区的内陆湖，如果由I I型型水特征很强的水所补给，有可能形成微咸水的苏打湖，甚至生产成天然碱的盐碱湖。水特征很强的水所补给，有可能形成微咸水的苏打湖，甚至生产成天然碱的盐碱湖。IIII型水为混合起源水，大多数低矿化（型水为混合起源水，大多数低矿化（200mg/L200mg/L以下）和中矿化（以下）和中矿化（200200-500 mg/L)500 mg/L)的河水、湖水和地下的河水、湖水和地下水属于这一类型。水属于这一类型。IIIIII型水也是混合起源水，但一般具有很高的矿化度。通常是水中的型水也是混合起源水，但一般具有很高的矿化度。通常是水中的Na+Na+交换出土壤和沉积岩中的交换出土壤和沉积岩中的CaCa2+2+和和MgMg2+2+。海水、受海水影响地区的天然水和许多具有高矿化度的地下水属于此类型。海水、受海水影响地区的天然水和许多具有高矿化度的地下水属于此类型。IVIV型水不含型水不含HCOHCO3 3-。酸型沼泽水、硫化床矿水和火山水属此类型。酸型沼泽水、硫化床矿水和火山水属此类型。分类的表示方法分类的表示方法有时水中两种离子相差不多，当次要离子以单位电荷为基本单元的摩尔百分比（或称当量百分比）与主要离子的相差不超过5%时，则应在分类符合中将次要离子也标出。水体名称水体名称（WatersWaters）CaCa2+2+MgMg2+2+K K+Na+Na+HCOHCO3 3-SOSO4 42 2-ClCl-水型水型三门峡水库2.131.273.183.651.321.61CNa大芦湖（山东）2.315.8612.726.182.0812.6CNa达里湖0.291.8963.044.55.4433.4CNa表：几个典型水体的离子组成（表：几个典型水体的离子组成（meqmeq/L/L）既考虑了占优势的离子，又考虑了离子之间的比例关系；阿列金分类方法是将八大离子作为主要离子成分，忽略了其他的微量离子。第二节第二节 天然水的依数性和透光性天然水的依数性和透光性一、天然水的依数性二、天然水的透光性一、天然水的依数性（一）蒸气压和冰点稀溶液的一个重要特性是其稀溶液的一个重要特性是其依数性，依数性，即稀溶液蒸气压下降（即稀溶液蒸气压下降（PP），），沸点上升（沸点上升（TTb b），冰点下降（），冰点下降（TTf f）值等与溶液中溶质的质量摩）值等与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。p=K bTb=Kb b Tf=Kf b 但是，当水的含盐量比较大时，由于电离和正负离子间的作用，就不符合上述简单关系。含盐量越大，水的蒸气压降低、沸点上升和冰点下降的量也越大。2510225.705199.00137.0SStCfot=-1.35S=24.91.海水的冰点盐度小于24.9的海水，密度最大时的温度比冰点高，在冰下可以保持高于冰点温度的水层。2.海水的蒸气压 海水的饱和蒸气压比纯水低，它与盐度的直线关系：Pw0纯水的饱和蒸气压，它与温度有关。盐度对天然水的饱和蒸气压影响不大盐度对天然水的饱和蒸气压影响不大，盐度为35的海水，饱和蒸气压是纯水的0.98倍。)000537.01(00SPPWW表：不同温度下纯水的饱和蒸气压表：不同温度下纯水的饱和蒸气压温度（温度（）饱和蒸气压饱和蒸气压（kPa）温度（温度（）饱和蒸气压饱和蒸气压（kPa）温度（温度（）饱和蒸气压饱和蒸气压（kPa）00.6107161.817304.24120.7053182.062324.75340.8128202.337345.31860.9345222.642365.94081.0720242.982386.623101.2270253.166407.374121.4014263.360141.597283.778（二）海水的渗透压海水的渗透压与盐度的关系 StSCkPa0254.055.69渗透压不容易测量，常采用冰点下降数值来换算，或直接用冰点下降值来反映渗透压大小。二、天然水的透光性二、天然水的透光性（一）水面对太阳光的反射（一）水面对太阳光的反射 光线在水中的反射、吸收与折射（光线在水中的反射、吸收与折射（P27 P27 图图1 1-2 2）。）。反射率随太阳高度角的增大而降低。反射率随太阳高度角的增大而降低。水面对大气层散射辐射的反射率，大约在水面对大气层散射辐射的反射率，大约在5%5%-10%10%。（二）水面对太阳光的吸收和散射（二）水面对太阳光的吸收和散射1.通过水面进入水中的太阳辐射，一部分被水及其中溶存的物质吸收，一部分继续向深处穿透。被吸收的辐射能，大部分转变成热，使水温升高。被散射的部分，变为朝各个方向传播的辐射；向水深处传播的辐射，沿程仍不断被吸收与散射。IL=I0exp-L其中IL表示在水中穿过光程L（m）后某波长太阳辐射能，I0表示穿过表面进入水中的该波长太阳辐射能，为衰减系数。太阳光谱能量在水中不同深度的分布见P27图1-3。光合作用有效辐射主要是可见光部分的辐射。对可见光在水中随深度的衰减可用下式表达：logIZ与水深呈直线关系，也就是说水体可见光辐照度随水深的变化，均近似为直线关系。图1-4。Iz=I0exp-(w+c+p)ZZ为水深,I0和 Iz分别为进入表层和Z（m）深处的可见光辐照度。w，c，p分别表示由纯水、溶解有机物质及悬浮物质形成的衰减系数。lgIz=lgI0 0.4343(w+c+p)Z水水的的透明度（反映可见光在水中的衰减状况）透明度（反映可见光在水中的衰减状况）The disk is lowered into the water slowly until it just disappears and the depth is measured.The disk is slowly raised until it just reappears and the depth is read again.The average of the two readings if the Secchi disk visibility.晴天的上午9点到下午3点。背着阳光。浑浊的黄河水透明度只有1-2cm；在清澈的水中，也可达到数米。相当于透明度深度处的照度只有表层照度的15%左右。透明度盘透明度盘 Secchi Disk海水（海水（30 cm）；淡水）；淡水（20 cm)透明度与补偿深度透明度与补偿深度光合作用速率大于呼吸作用速率的水层，称为光合作用速率大于呼吸作用速率的水层，称为真光层真光层，又叫营养生成层。，又叫营养生成层。光合作用速率小于呼吸作用速率的水层，称为光合作用速率小于呼吸作用速率的水层，称为营养分解层营养分解层。有机物的分解速率等于合成速率的水层深度称为有机物的分解速率等于合成速率的水层深度称为补偿深度补偿深度。大约位于透。大约位于透明度的明度的2 2-2.52.5倍深度。倍深度。（三三）光照与水生生物的关系）光照与水生生物的关系 光照强度对水生动物摄食的影响光照强度对水生动物摄食的影响 光周期对水生动物摄食的影响光周期对水生动物摄食的影响 光谱成分对水生动物摄食的影响光谱成分对水生动物摄食的影响 光周期对动物生长、发育和存活率的影响光周期对动物生长、发育和存活率的影响表：不同光色下中国对虾摄食能量的分配（表：不同光色下中国对虾摄食能量的分配（%）光色光色R/CG/CE/CU/CF/C白光65.1512.941.425.7614.73黄光68.4311.561.726.0612.24绿光69.9910.811.366.1611.69蓝光76.118.071.527.057.25注：注：C表示摄食能；表示摄食能；R表示呼吸能；表示呼吸能；G表示生长能；表示生长能；E表示蜕皮能；表示蜕皮能；U表示排泄能；表示排泄能；F表示粪便表示粪便能。来源：董双林能。来源：董双林 田向利田向利 高勤峰编著，水产养殖生态学，高勤峰编著，水产养殖生态学，2016，科学出版社。，科学出版社。中国对虾对短波的蓝光敏感，其在蓝光下摄食、运动活跃，摄食率最大，但用于生长的比例中国对虾对短波的蓝光敏感，其在蓝光下摄食、运动活跃，摄食率最大，但用于生长的比例减少。白光下，中国对虾用于生长的能量比例最高。减少。白光下，中国对虾用于生长的能量比例最高。波长约0.48m的蓝光在干净的海水中穿透力最强，红光和紫光在穿过干净的水时会迅速的衰减，因此，干净的养殖水体常偏蓝色。养殖生产的一些活动会改变养殖水体的颜色，如投饲、施肥等，这主要是由于营养物质的投入使水体浮游生物、溶解有机物增多的缘故。溶解有机物和一些颗粒物的存在大大降低了光的穿透深度，尤其是对短波的蓝光影响较大。随着溶解有机物和颗粒物的增加，进入水体深处的光的辐射量迅速减少，光谱也从短波的蓝光逐渐变成波长较长的绿光。近岸或养殖池塘水多因人类活动使穿透率较高的蓝-绿光向绿-橙光区偏移。表表：光照周期对褐牙鲆幼鱼能量分配的影响：光照周期对褐牙鲆幼鱼能量分配的影响1L:23D9L:15D12L:12D15L:9D24L:0D摄食能（摄食能（kJ）543.9545.9590.5562.3544.7生长能（生长能（kJ）30.7030.9230.5229.5529.25排粪能（排粪能（kJ）17.4416.1817.8116.9116.57排泄能（排泄能（kJ）4.78ab5.00ab4.64a5.29b5.05ab代谢能（代谢能（kJ）47.0847.9047.0448.2549.14来源：黄国强，李洁，唐夏，张灵燕，光照周期对褐牙鲆幼鱼生长、能量来源：黄国强，李洁，唐夏，张灵燕，光照周期对褐牙鲆幼鱼生长、能量分配及生化指标的影响。水产学报，分配及生化指标的影响。水产学报，2014,34:109-118。第第三三节节 天然水的离子强度、活度和导电性天然水的离子强度、活度和导电性一、天然水的离子强度和离子活度二、天然水的导电性一、天然水的离子强度和离子活度（一）天然水的离子强度天然水中溶存着多种离子成分，使天然水成为一种强电解质溶液。在静电作用力的天然水中溶存着多种离子成分，使天然水成为一种强电解质溶液。在静电作用力的影响下，处于不停热运动状态的阴阳离子中，阳离子的周围阴离子出现的几率较大，影响下，处于不停热运动状态的阴阳离子中，阳离子的周围阴离子出现的几率较大，阴离子周围阳离子出现的几率较大。这样对于阴离子周围阳离子出现的几率较大。这样对于每一个中心离子表观上被异号离子所每一个中心离子表观上被异号离子所包围包围，形成了，形成了离子氛离子氛。中心离子的运动会受到离子氛的影响，对这种牵制作用产生影响的包括溶液中各种离子的浓度以及它们各自的离子价，即牵制作用与溶液中全部离子电荷所形成的静电场的强度有关。根据这一特性，提出了电解质溶液离子强度的概念。离子强度离子强度：其中Ci是溶液中第i种离子的物质的量浓度（也可以第i种离子的质量摩尔浓度表示），Zi是第i种离子的离子价。将天然水中各种主要离子和离子价代入上式，得到计算离子强度的经验公式。其中S为天然淡水的离子总量（以mg/L为单位）。海水的离子强度的经验公式。此处S为盐度。考虑到了海水中主要离子的缔合作用，使其离子浓度有所下降，所带电荷相互抵消。此处S为盐度。算一算算一算:Lake Okeechobee的的离子强度离子强度Lake Okeechobee FL.HCO3-SO42-Cl-Ca2+Mg2+Na+K+136 mg/L28mg/L29 mg/L41 mg/L9.1 mg/L2.2mg/L1.2 mg/L提示：请用下面的公式计算。提示：请用下面的公式计算。解：各离子的物质的量浓度：各离子的物质的量浓度：HCO3-=(136 mg/L)/(61mg/mM)=2.23mM/L SO42-=(28mg/L)/(96mg/mM)=0.29mM/LCl-=(29mg/L)/(35.45mg/mM)=0.82mM/L Ca2+=(41 mg/L)/(40.08mg/mM)=1.02mM/LMg2+=(9.1mg/L)/(24.31mg/mM)=0.37mM/L Na+=(2.2mg/L)/(23mg/mM)=0.10mM/LK+=(1.2mg/L)/(3.91mg/mM)=0.03mM/L 代入离子强度的计算公式：代入离子强度的计算公式：I=2.23 122+0.29 222+0.82 122+1.02 222+0.37 222+0.10 122+0.03 122=4.96 mM/L=0.00496 M/L（二）天然水的活度和活度系数由于离子氛的存在，溶液中离子的活动性有所降低由于离子氛的存在，溶液中离子的活动性有所降低。此时。此时如果用溶液中离子的浓度代入有关的化学如果用溶液中离子的浓度代入有关的化学平衡公式进行计算平衡公式进行计算，其，其所得结果与实验结果会有所偏差所得结果与实验结果会有所偏差。为了使计算结果与实验结果相符，必须对为了使计算结果与实验结果相符，必须对溶液中的离子溶液中的离子浓度进行浓度进行校正。校正后的浓度称为离子的有效浓度，又称校正。校正后的浓度称为离子的有效浓度，又称离子活度离子活度。离子活度等于其浓度乘以一校正系数离子活度等于其浓度乘以一校正系数（活度系数活度系数）。）。a=c C其中c为活度系数，C为物质的量浓度。根据电解质理论可推导出离子活度系数的计算公式根据电解质理论可推导出离子活度系数的计算公式lgi=-AZi2其中Zi为该离子的离子价，I为水溶液的离子强度，A为水溶剂常数，在15、20和25分别为0.500、0.505和0.509。该公式适用于I0.001的溶液，当I0.01，可以采用P31页1-37；当I0.5，可采用公式1-38。算一算:Lake Okeechobee的Ca和Cl的离子活度。提示：离子强度为0.00496 M 0.01，因此可用P31页1-37计算。Ca的物质的量浓度：1.02 mM/L；Cl的物质的量浓度 0.82 mM/L。算一算:Lake Okeechobee的Ca和Cl的离子活度。提示：离子强度为0.00496 M 0+(1/2Ca2+)0+(1/2Mg2+)0+(Na+)0-(1/2SO42-)0-(Cl-)0-(1/2CO32-)0-(HCO3-)由于内陆水组成不恒定，含盐量与电导率无一定关系。由于内陆水组成不恒定，含盐量与电导率无一定关系。某些特点地区，水中主要离子组成相对恒定，可以用水的电导率反映含盐量的变化。例例:陕西水利部门针对关中地区的天然水拟定的利用25的电导率25估算离子总量。ST(mg/L)=f*25*1000。其中f为换算系数，取值随电导率而变化。3.3.海水电导率海水电导率海水的主要成分比例恒定，电导率与盐度关系精确。第四节第四节 水的流转混合作用与水体的温度分布水的流转混合作用与水体的温度分布一、水的流转混合作用二、水体的温度分布一、水的流转混合作用（一）风力的涡动混合（一）风力的涡动混合水面开阔、深度浅的水体，较容易混合彻底。如果上层水的密度比下层水的密度低，风力把下层密度大的水提到上层需要做功，上下层密度差越大，水越深，风力混合所做的功也越大。温度温度()密度密度（g/cm3）温度温度()密度（密度（g/cm3）温度温度()密度密度（g/cm3）00.999868110.999633210.99801910.999927120.999525220.99779720.999968130.999404230.99756530.999992140.999404240.99732341.000000150.999126250.99707150.999992160.998970260.99681060.999968170.998801270.99653970.99992917.50.998713280.99625980.999867180.998622290.99597190.999809190.998432300.995673100.999728200.998230纯水的密度纯水的密度 P20 P20 表表1 1-1 1水温同样相差1，在低温段引起的密度差比较高温段的密度差要小得多。可见，在较高温度时，风力使水流转所需要客服的热阻力较大。有人测定，水温30、面积4700 m2、水深2.5 m的鱼池，上下水温相差1，需要7级风才能使上下水产生上下混合。（二）水的密度环流 纯水在纯水在4密度最大，随着含盐量的增加，水密度最大，随着含盐量的增加，水的最大密度的温度会下降。的最大密度的温度会下降。液态水温度在密度最大的温度以上时，温度升高使水的密度减少，温度降低则会使水的密度增大，即热热胀冷缩胀冷缩；在密度最大温度以下时，则会出现热热缩冷胀缩冷胀。当表层水密度增大或底层水密度减少时，形成上下水团的对流混合。水库及开放性湖泊，由于注水和排水作用，受水温、水的密度、湖盆形态等因素影响，会引起大范围的水体运动。二、水体的温度分布（一）（一）湖泊四季典型温度分布湖泊四季典型温度分布水平分布：水平分布：一个开阔的水体，水温的水平分布一般不会有多大的