天然水の硬度とアルカリ度は、水質特性を反映する重要な指標です。硬度とは、主に水中のカルシウムイオン（ca²⁺）とマグネシウムイオン（mg²⁺）の総濃度を指しますが、アルカリ度は主に重炭酸イオン（hco₃⁻）によって決定されます。 2つの関係は、水中の溶存塩の組成に直接影響し、水域の化学的特性を反映しています。 2つの濃度比に応じて、次の3つの状況に分けることができます。
1.アルカリ度は硬度よりも大きい（mol/l）
水中のHCO₃⁻濃度がカルシウムとマグネシウムイオンの総濃度の半分よりも高い場合（つまり、HCO₃⁻>½（Ca²⁺ +mg²⁺））、アルカリ度が硬度を大幅に超えていることを示します。この時点で、カルシウムとマグネシウムイオンは重炭酸塩と結合し、重炭酸カルシウム（Ca（hco₃）₂）および重炭酸マグネシウム（mg（hco₃）₂）を形成します。残りのHCOは、ナトリウム（Na⁺）やカリウム（K⁺）などの単独のカチオンと結合し、重炭酸ナトリウム（Nahco -）および重炭酸カリウム（KHCO₃）を形成します。
この場合、水中の硬度は完全に重炭酸塩で構成されており、非炭酸塩硬度（硫酸塩または塩化物の形のカルシウム塩やマグネシウム塩など）はありません。さらに、アルカリ度と硬度の違いは、ナトリウムとカリウムの重炭酸塩濃度に対応しています。この過剰なアルカリ度は、「負の硬度」または「過剰なアルカリ度」と呼ばれます。つまり、水にはカルシウムとマグネシウムによって消費されない余分な重炭酸塩があります。
2。アルカリ度は硬度に等しい（mol/l）
HCO₃⁻濃度がカルシウムとマグネシウムイオンの総濃度の半分に正確に等しい場合（つまり、hco₃⁻{=}½（ca²⁺ +mg²⁺））、カルシウムとマグネシウムイオンはすべて重炭酸塩と結合し、重炭酸カルシウムと重炭酸マグネシウムを形成します。この時点で、ナトリウムとカリウムイオンは重炭酸塩を形成することはできませんが、硫酸塩（So₄²⁻）または塩化物イオン（Cl⁻）と結合して、硫酸ナトリウム（Na₂So₄）、硫酸カリウム（K₂SO₄）、塩化カリウム（NACL）またはクロリド（KCL）などの中性塩を形成します。
この場合、水中には過剰なアルカリ度（負の硬度）も非炭酸塩硬度もありません。硬度とアルカリ度は完全に一致しており、カルシウムとマグネシウムの濃度が重炭酸塩によって中和されていることを示しており、他の陰イオンはナトリウムとカリウムとのみ組み合わされていることを示しています。
3。アルカリ度は硬度よりも少ない（mol/l）
HCO₃⁻濃度がカルシウムとマグネシウムイオンの総濃度の半分未満（つまり、HCO₃⁻<½（Ca²⁺ +mg²⁺））の半分未満である場合、水中のカルシウムとマグネシウムイオンは重炭酸塩によって完全に中和することはできず、残りの部分は他のアニオンと結合することはできません（硫酸塩またはクレンボンイオンなど）。カルシウムとマグネシウムの比の違いによれば、この状況はさらに2つのタイプに分けることができます。
（1）カルシウム硬水（CA²⁺の高い割合）
カルシウムイオン濃度が高い場合（½ca²⁺>hco₃⁻）、重炭酸塩は優先的にカルシウムと結合して重炭酸カルシウムを形成し、残りのカルシウムイオンは硫酸カルシウムと結合して硫酸カルシウムを形成します（Caso₄）。同時に、マグネシウムイオンは完全に中和されていないため、それらは硫酸マグネシウム（Mgso₄）の形で存在します。現時点では、水には明らかな非炭酸塩硬度（硫酸カルシウムや硫酸マグネシウムなど）がありますが、重炭酸マグネシウム（Mg（HCO₃）₂）はまったく存在しません。
（2）マグネシウム硬水（mg²⁺が高い割合を占める）
マグネシウムイオン濃度が高い場合（½ca²⁺ どちらの場合でも、アルカリ性が硬度よりも少ない限り、非炭酸塩硬度が水に存在する必要があり、重炭酸ナトリウム（Nahco-など）は完全に消滅します。 要約と分析 硬度とアルカリ度の関係を比較することにより、水中の塩の組成と供給源を明確にすることができます。 アルカリ性>硬度：水中のカルシウムとマグネシウムは、重炭酸塩の形で存在し、重炭酸ナトリウムと重炭酸カリウム（負の硬度）を伴います。 アルカリ度=硬度：重炭酸塩カルシウムとマグネシウムは完全に中和され、他の塩はナトリウム、カリウム、硫酸塩または塩化物イオンによって形成されます。 アルカリ度<硬度：非炭酸塩硬度が存在する必要があり、特定の組成はカルシウムとマグネシウムの濃度比に依存します。