在水質分析中，除了測定單個組分的含量外，往往還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質的綜合性質，現分別對其闡述如下：

（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。在水文地球化學研究中，為了對水-巖相互作用的性質作出準確的評價，同時也為了加深對一些水文地球化學作用的理解，常需要對水溶液pH值的影響因素及其變化進行深入研究。

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

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。當水的pH值過低時，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。

（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動平衡體系，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、富集和分散有巨大的影響，有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值一般都是在現場使用鉑電極進行測定的。

（鉀3）總溶解固體（TDS）：總溶解固體是指水中溶解組分的總量，它包括了水中的離子、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℃下把水蒸干，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。總溶解固體常被記為TDS，表示Total Dissolved Solids。TDS除了可直接測定外，也可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）的濃度加起來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為在水樣蒸干的過程中，約有一半的轉化成了CO2氣體而散失掉了，其反應如下（以CaCO3的沉淀為例）：

水文地球化學

除了外，硝酸、硼酸、有機物等也可能損失一部分，當pH值較低時，其損失量更大一些。與此相反，可能有部分結晶水（如石膏，CaSO4&midDOt;H2O）和吸著水保留在干涸殘余物里。因此TDS的實測值與計算值常常有一些微小的差別。此外，國內外測定TDS時的蒸干溫度有時也不一致，這樣也會引起測定結果的偏差。

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前蘇聯，其他國家的文獻中幾乎沒有出現過，近些年來我國供水、環境等一些部門也已改用總溶解固體一詞，如在我國新頒布的地下水水質標準中就是如此。

（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。該指標是計算值，它與總溶解固體的區別在于無需減去濃度的二分之一。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重量的千分數，以‰表示。

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

根據水的硬度可將其劃分為極軟水、軟水、微硬水、硬水和極硬水。具體見表1-3-1。

表1-3-1 水按硬度的分類

水的硬度隨著地區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，當表土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土層較薄且石灰巖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。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，也就是前面我們所說的硬度。碳酸鹽硬度是指可與水中的結合的硬度，當水中有足夠的可供結合時，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，因為這部分硬度可與水中的結合，當水被煮沸時即可形成CaCO3沉淀而被除去。總硬度與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，即飲水的硬度愈低，心血管病的發病率愈高。

（6）溶解氧（DO）：天然水中的溶解氧主要來源于空氣中的氧氣，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。在一個大氣壓下，0℃時大氣氧在淡水中的溶解度是14.6 mg/L，35℃時的溶解度則大約為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。水中有大量的藻類植物時，由于光合作用釋放出氧氣，可使水中含有過飽和的溶解氧。溶解氧是水中有機物進行氧化分解的重要條件，當大量有機物污染水體時，水體的溶解氧可被急劇地消耗，如其消耗速度超過氧氣從空氣中進入水體內的速度，則水中的溶解氧就會不斷地降低，甚至接近于零而呈缺氧狀態。此時水中的厭氧生物就會大量繁殖，有機物發生腐敗，使水產生臭味。因此溶解氧的含量可作為判斷水體是否受到有機物污染的間接指標。由于溶解氧參與了水中有機物的氧化分解活動，因此在同一地表水體不同斷面上測定水中溶解氧的含量，對于說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系，溶解氧含量小于3～4 mg/L時，魚類的生存就會受到嚴重的影響。

雨水經過包氣帶進入地下水面的過程中，溶解氧可被包氣帶中的有機物和還原性無機物所消耗，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物的過程中所消耗的氧的量，以mg/L表示。BOD的測定實質上是一個氧化過程，在該過程中，把一定量的有機物氧化為二氧化碳、水和氨氣所需氧的量是確定的，這種關系可表示為：

水文地球化學

微生物在這里只起到了一種中間介質的作用。

BOD測試中的氧化反應是生物活動的結果，其完成的程度是由溫度和時間所決定的。為了使測定的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，并將其記為BOD5。對于大多數的天然水體來說，20℃一般是一個平均溫度。但應明確5天還遠未達到有機物完全氧化的時間。從理論上講，有機物通過生物完全氧化所需的時間是無限的，但從實用角度來看，可認為20天后反應就進行完畢了。即便如此，20天對于大多數情況都是一個太長的等待時間。人們之所以選擇5天的培養時間是因為BOD5在總BOD中已經占到了相當大的比例，對于生活和工業廢水來說，可占到總BOD的70%～80%，而且選擇5天的培養時間也可使氨氧化的影響達到最小。

BOD是一個確定生活和工業廢水污染程度時廣泛使用的指標，在河流污染控制的研究中，BOD的測試非常重要。在制定和規劃水體對廢水的凈化容量時，也需要對BOD進行測定。

（8）化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）：化學需氧量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，只需要三個小時，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，并且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。

高錳酸鉀（KMnO4）、重鉻酸鉀（KCr2O7）和碘酸鉀（KIO3）是測定水中COD的三種常用的氧化劑。對于不同的化合物，高錳酸鉀的氧化變化較大，氧化的程度受到了試劑強度的很大影響。所測定的COD值經常比BOD5小很多。這種情況表明高錳酸鉀氧化的終點很不確定。重鉻酸鉀是這三種氧化劑中測定效果最好的一種，它可以把大多數種類的有機物完全氧化為二氧化碳和水。由于氧化過程中所有的氧化劑都必須過量使用，所以氧化反應結束后必須測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容易測定一些，這也是重鉻酸鉀廣泛使用的另一個原因。為了便于對COD測定結果的比較，使用此COD時應注明其分析方法。

一些有機物，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。芳氫和吡啶在任何情況下都不能被氧化。

（9）總有機碳（Total Organic Carbon，TOC）：總有機碳是水中各種形式有機碳的總量，以mg/L表示。TOC可通過測定高溫燃燒所產生的二氧化碳來確定，也可使用有關測試儀器進行測定。由于燃燒法的測定程序較為繁瑣，而且難以排除無機碳的干擾，而儀器測試法又比較昂貴，所以在以往的水質分析結果中，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綜合性指標。天然水的堿度主要由水中的弱酸鹽類所引起，當然弱堿和強堿對其也有一定的貢獻。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。極少數的有機酸，如腐殖酸所形成的鹽類也對天然水的堿度產生影響。在受污染或缺氧的水體中，可形成醋酸、丙酸及氫硫酸，它們對堿度也產生一定的貢獻。雖然很多物質都對天然水的堿度有影響，但水的堿度主要由三類物質所引起，這些物質是氫氧化物、碳酸鹽和重碳酸鹽。

堿度一般使用N/總硬度50的硫酸H2SO4通過滴定法來測定，并且用CaCO3的mg/L數來表示。當樣品的初始pH值大于8.3時，滴定分為兩步。第一步滴定到pH值等于8.3，該點可由酚酞由粉紅變為無色來確定。第二步滴定到pH值大約等于4.5，與甲基橙終點相對應。當樣品的pH值低于8.3時，只需要后一步就夠了。在第一步中選擇pH=8.3作為終點，是因為該pH值對應于轉化為的當量點。而第二步中的pH=4.5則大致對應于轉化為H2CO3的當量點。

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。碳酸鹽堿度可根據水質分析結果來進行計算，其方法是用50乘以和的毫克當量濃度之和。

（11）酸度（Acidity）：酸度是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、Al（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的H+數量，而總酸度則表示了中和過程中可與強堿反應的全部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，其負對數值即等于水溶液的pH值。與堿度一樣，酸度也是常用CaCO3的mg/L數來表示的。