水文地質(zhì)
中國(guó)水文地質(zhì)的歷史發(fā)展
文章來(lái)源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2021-11-03 11:18:05瀏覽次數(shù):1568
水文地質(zhì)學(xué)是專門研究地下水的,門科學(xué)。我國(guó)雖然對(duì)地下水認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)利用的歷史悠久,但真正運(yùn)用科學(xué)理論與方法對(duì)地下水調(diào)查研究,開(kāi)端于20世紀(jì)30年代。當(dāng)時(shí)有地質(zhì)學(xué)家在江西、河南及南京等地區(qū)作地下水的調(diào)查研究,并著有論文或報(bào)告。水文地質(zhì)學(xué)作為地質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一門獨(dú)立的應(yīng)用地質(zhì)學(xué)科,是在新中國(guó)成立后,20世紀(jì)50年代才迅速發(fā)展起來(lái)的。
縱觀我國(guó)水文地質(zhì)的發(fā)展歷史,總體可分為四個(gè)時(shí)期:萌芽時(shí)期(20世紀(jì)前);初始時(shí)期(1900 - 1950年),開(kāi)始應(yīng)用地質(zhì)學(xué)的基本理論研究地下水;奠基時(shí)期(1950 - 1970年),主要在蘇聯(lián)學(xué)術(shù)思想影響下,奠定作為獨(dú)立學(xué)科的水文地質(zhì)學(xué)的理論基礎(chǔ),也是區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)與農(nóng)業(yè)水y-地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)時(shí)期;成長(zhǎng)時(shí)期(1970 - 2000年),是水資源水文地質(zhì)學(xué)、城市水文地質(zhì)學(xué)與環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展時(shí)期。20世紀(jì)70年代以來(lái),與西方國(guó)家之間的學(xué)術(shù)交流與國(guó)際合作日益頻繁,促使我國(guó)水文地質(zhì)學(xué)迅速發(fā)展;特別是許多新理論、新技術(shù)的輸入,導(dǎo)致傳統(tǒng)水文地質(zhì)學(xué)逐漸演化發(fā)展,進(jìn)入現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)的新時(shí)期。對(duì)水文地質(zhì)學(xué)作為獨(dú)立學(xué)科的奠基、開(kāi)創(chuàng)、成長(zhǎng)、發(fā)展各階段歷程,概述如下。
(一)區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)的奠基、開(kāi)創(chuàng)階段-20世紀(jì)50年代20世紀(jì)50年代,地質(zhì)部成立以后,各省的水文地質(zhì)專業(yè)隊(duì)伍和有關(guān)研究機(jī)構(gòu)、地質(zhì)院校等相繼建立,為開(kāi)展水文地質(zhì)普查和水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展奠定和創(chuàng)造了必要條件。
曾執(zhí)教于長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院的蘇聯(lián)專家克里門托夫教授,結(jié)合講學(xué)編著的《水文地質(zhì)學(xué)》、《水文地質(zhì)學(xué)概論》、《普查與勘探水文地質(zhì)學(xué)》、《地卜.水動(dòng)力學(xué)》、《礦床水文地質(zhì)學(xué)》等教材,是我國(guó)最早的一批水文地質(zhì)專業(yè)教科書。蘇聯(lián)的新理論,還通過(guò)許多著名學(xué)者的著述不斷輸入中國(guó)。如朗格關(guān)于區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)理論,卡明斯基關(guān)于地下水的滲流理論,普洛特尼}lⅡJ夫關(guān)于地卜.水儲(chǔ)量分類與評(píng)價(jià),列別捷夫關(guān)于灌區(qū)地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),以及奧弗琴尼柯夫關(guān)于礦水方面的專著等,這些對(duì)我國(guó)水文地質(zhì)科學(xué)的發(fā)展,都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
20世紀(jì)50年代中期起,我國(guó)有計(jì)劃地在全國(guó)開(kāi)展區(qū)域水文地質(zhì)普查,推動(dòng)了區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展。1957年正式出版發(fā)行我國(guó)第一份《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》刊物。1958年編制出版第一幅比例尺1:300萬(wàn)中國(guó)水文地質(zhì)圖和第一本專著《巾國(guó)區(qū)域水文地質(zhì)概論》。1959年為紀(jì)念新中國(guó)成立10周年,出版了我國(guó)第一本利用本國(guó)資科編著的《實(shí)用水文地質(zhì)學(xué)》。這一時(shí)期發(fā)表了許多有關(guān)中國(guó)水文地質(zhì)分區(qū)、中國(guó)潛水分帶規(guī)律、中國(guó)的自流盆地,以及有關(guān)華北平原、松遼平原、關(guān)中平原、內(nèi)蒙古高原、河西走廊、柴達(dá)木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地等的區(qū)域水文地質(zhì)論文或?qū)V?/div>
20世紀(jì)50年代堪稱我國(guó)區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)的奠基、開(kāi)創(chuàng)時(shí)期。
(二)農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)階段-20世紀(jì)60年代20世紀(jì)60年代,隨著華北開(kāi)展大規(guī)模的農(nóng)業(yè)抗旱打井運(yùn)動(dòng),開(kāi)創(chuàng)r農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學(xué)時(shí)期。針財(cái)農(nóng)田供水與鹽土改良兩項(xiàng)任務(wù),開(kāi)展了大量的調(diào)查研究,編制了大量圖件,為北方地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展井灌、實(shí)行農(nóng)田水利化,做L了重要貢獻(xiàn)。
20世紀(jì)70 - 80年代,又進(jìn)一步開(kāi)展許多為發(fā)展農(nóng)業(yè)服務(wù)的專題研究,如黃淮海平原旱、澇、鹽等自然災(zāi)害綜合治理的研究,河南商丘地區(qū)潛水資源與人工調(diào)蓄的研究,河套平原和銀川平原關(guān)于水鹽均衡和鹽土治理的研究,以及河西走廊地下水合理開(kāi)發(fā)利用的研究等,為農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
土壤水研究是建立節(jié)水型農(nóng)業(yè)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的關(guān)鍵。從20世紀(jì)70年代到80年代,許多均衡試驗(yàn)場(chǎng)的建立以及負(fù)壓計(jì)、中子儀等新測(cè)試技術(shù)的引進(jìn),促進(jìn)了包氣帶土壤水運(yùn)移規(guī)律的研究。河南水文地質(zhì)總站與有關(guān)部門合作,通過(guò)“四水”轉(zhuǎn)化關(guān)系的機(jī)理研究,對(duì)土壤水運(yùn)移機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)分析;并通過(guò)田間作物的觀測(cè)試驗(yàn),應(yīng)用土壤水分運(yùn)動(dòng)通量法 和定位通量法,計(jì)算有植被條件下的降水入滲量、蒸發(fā)量以及其他有關(guān)數(shù)據(jù),建立了 “四水”均衡模型。證明在“四水”相互轉(zhuǎn)化關(guān)系中,土壤水起著重要的調(diào)蓄作用與相互制約作用。這對(duì)充分發(fā)揮土壤水的功能、提高作物用水效率、建立節(jié)水型農(nóng)業(yè),具有重要 的實(shí)際意義。
(三)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)、發(fā)展階段一~20世紀(jì)70年代環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)是結(jié)余地質(zhì)科學(xué)、水文科學(xué)與環(huán)境科學(xué)之間的一門跨學(xué)科的綜合性邊緣學(xué)科。它運(yùn)用地質(zhì)學(xué),水文地質(zhì)學(xué)的基本理論和生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn),研究人類社會(huì)與水環(huán)境的關(guān)系:即專門研究在天然條件和人為活動(dòng)的影響下,地下水質(zhì)與量的變化,與人類的生活和生產(chǎn)發(fā)展的相互影響與相互制約的關(guān)系,并通過(guò)研究它們之間的內(nèi)在聯(lián)系與演變規(guī)律,達(dá)到改善環(huán)境,消除有害作用的目的,使之有利于環(huán)境的方向發(fā)展。
環(huán)境水文的地質(zhì)學(xué)是20世界70~80年代的產(chǎn)物,具備現(xiàn)代科學(xué)的許多特征:系統(tǒng)科學(xué),信息科學(xué)的基本理論,現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)與電算技術(shù),以及遙感,同位素等新科技的應(yīng)用;環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需應(yīng)用系統(tǒng)理論的觀點(diǎn)與方法,納入系統(tǒng)工程的軌道進(jìn)行研究。其研究范疇主要分為四個(gè)方面。
1.區(qū)域環(huán)境水文地質(zhì)的調(diào)查研究區(qū)域環(huán)境水文地質(zhì)主要研究區(qū)域環(huán)境水文地質(zhì)條件及其演變規(guī)律,綜合分析評(píng)價(jià)區(qū)域 H存在的各種環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題,對(duì)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量做出綜合評(píng)價(jià)與趨勢(shì)預(yù)測(cè),編制區(qū)域環(huán) 竟水文地質(zhì)圖系或圖集,為環(huán)境規(guī)劃或國(guó)土整治提供科學(xué)依據(jù)。20世紀(jì)80年代我國(guó)完成 一許多重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)或重要城市環(huán)境水文地質(zhì)的綜合研究,如《京津唐地區(qū)主要環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題及國(guó)土整治環(huán)境水文地質(zhì)區(qū)劃》、《沿海主要城市水資源及地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)》、《中國(guó)2000年城市地下水資源及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題預(yù)測(cè)研究》等著作,以及東北經(jīng)濟(jì)區(qū)、華東經(jīng)濟(jì)區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)完成的大量研究成果。北京、遼寧、黑龍江、內(nèi)蒙古和寧夏等地區(qū) 仔別編制出版了《環(huán)境水文地質(zhì)圖集》,都是具代表性的區(qū)域環(huán)境水文地質(zhì)研究成果。
2.污染環(huán)境水文地質(zhì)的調(diào)查研究從20世紀(jì)60年代到70年代,許多大中城市開(kāi)展了地下水污染現(xiàn)狀(包括污染源、 污染途徑、污染成分、污染程度、分布范圍等)及發(fā)展趨勢(shì)的調(diào)查研究。在此基礎(chǔ)上,20世紀(jì)80年代進(jìn)一步開(kāi)展了地下水污染機(jī)理(包括污染物的運(yùn)移、累積、轉(zhuǎn)化與自凈過(guò)程,特別是污染物質(zhì)的機(jī)械滲濾作用、物理化學(xué)吸附作用、離子交換作用、濃縮或稀釋凈 化作用以及放射性元素的衰變作用等)的研究,并逐漸開(kāi)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)、水質(zhì)模型與優(yōu)化 閾控等方面的研究,取得很大進(jìn)展。
20世紀(jì)80年代,運(yùn)用室內(nèi)模擬結(jié)合野外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),完成了許多重要的研究成果。如《沈陽(yáng)市地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及污染質(zhì)在包氣帶運(yùn)移規(guī)律的試驗(yàn)研究》、《上海市地下水砷污染機(jī)理研究》、《呼和浩特市硝酸鹽氮污染機(jī)理模擬試驗(yàn)以及防治對(duì)策研究》等,均為污染機(jī)理研究方而的代表性成果。為了預(yù)測(cè)地下水污染發(fā)展趨勢(shì),并進(jìn)行合理控制,在常州、濟(jì)寧等城市,開(kāi)展了水質(zhì)模型研究。如《山東濟(jì)寧地下水質(zhì)模組及其污染趨勢(shì)預(yù)測(cè)的試驗(yàn)研究》,是有關(guān)水質(zhì)模型研究方面的早期代表性成果。20世紀(jì)80年代后期,在石家莊、新鄉(xiāng)、平頂山等許多城市,都在建立水量模型的同時(shí),建立溶質(zhì)運(yùn)移模擬模型,并在此難礎(chǔ)上,建立地下水管理模型。
在基礎(chǔ)理論研究方面,20世紀(jì)80年代出版了不少重要的論著,如《地下水運(yùn)移模型》、《地下水水質(zhì)模型》和《地下水水質(zhì)模型及管理程序集》等,為開(kāi)展水質(zhì)模擬和預(yù)測(cè)研究奠定了理論基礎(chǔ)。
許多城市開(kāi)展了地下水的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià),并巳逐漸由單項(xiàng)有害離子評(píng)價(jià),進(jìn)到綜合評(píng)價(jià);由單項(xiàng)環(huán)境因素評(píng)價(jià),進(jìn)到綜合閑素評(píng)價(jià);從現(xiàn)狀評(píng)價(jià),發(fā)展到趨勢(shì)評(píng)價(jià);由數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)展到污染預(yù)測(cè)和建立水質(zhì)數(shù)學(xué)模型。諸如綜合指數(shù)法、概率統(tǒng)計(jì)法以及聚類分析法(包模糊聚類法與系統(tǒng)聚類法)等各種評(píng)價(jià)方法,均已得到普遍應(yīng)用。
此外,在污染治理方面,對(duì)凈化污染土地處理系統(tǒng)的也取得了重要進(jìn)展,如開(kāi)封市污水土地處理研究,成功地進(jìn)行了高濃度有機(jī)廢水處理的工程試驗(yàn)。專著《污水快速滲 濾七地處理》,系統(tǒng)介紹了處理系統(tǒng)的原理、方法、設(shè)計(jì)原則、管理方式,以及國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例?!兜叵滤廴灸M及污染的控制和處理》是國(guó)內(nèi)第一本有關(guān)污染控制和處理力面的專著。在徐州、唐山等城市,用物理、化學(xué)等方法開(kāi)展地下水六價(jià)鉻污染治理的試驗(yàn)研究,取得了初步成功經(jīng)驗(yàn)。城市固體廢物填埋處理的環(huán)境水文地質(zhì)研究,日益引起重視,并巳取得初步成果,也是城市地質(zhì)重點(diǎn)研究課題之一。
3.地下水資源開(kāi)發(fā)的負(fù)環(huán)境效應(yīng)調(diào)查研究地下水大量開(kāi)采引起的各種負(fù)效,主要包括水景枯竭、海水人侵、地面沉降、巖溶塌陷,以及生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題。其對(duì)人類社會(huì)造成的嚴(yán)重威脅(尤以城市地區(qū)更為突出),成為環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)研究的一個(gè)重要組成部分。20世紀(jì)80年代中期,我國(guó)專家參與國(guó)際水文汁劃(IHP)關(guān)于《水資源開(kāi)發(fā)的負(fù)環(huán)境效應(yīng)與管理》研究課題,并完成其中地下水部分,較系統(tǒng)全而地論述了各類負(fù)環(huán)境效應(yīng)的形成機(jī)制、趨勢(shì)預(yù)測(cè)與防治措施,是一項(xiàng)具有典范件的研究成果,受到國(guó)際同行的好評(píng)。
4.環(huán)境水文地球化學(xué)與醫(yī)學(xué)環(huán)境水文地質(zhì)的調(diào)查研究20世紀(jì)80年代后期,地質(zhì)部門分別在吉林省、第二松花江流域,以及長(zhǎng)江中下游,廣泛開(kāi)展了地下水化學(xué)背景值的調(diào)查研究,對(duì)地下水系統(tǒng)物質(zhì)組分的運(yùn)移、聚集、各層次元素的組合關(guān)系、平衡模式、動(dòng)態(tài)變化及其地球化學(xué)特征,進(jìn)行了深入分析;探討了水文地球化學(xué)環(huán)境與地方病、土壤鹽漬化與天然礦水的形成關(guān)系,并應(yīng)用背景值對(duì)地下水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了全面評(píng)價(jià)。
醫(yī)學(xué)環(huán)境水文地質(zhì)是在水文地球化學(xué)的某礎(chǔ)上,與醫(yī)學(xué)及環(huán)境科學(xué)相結(jié)合而形成的一門新的邊緣學(xué)科。水文地球化學(xué)是水文地質(zhì)學(xué)的一門重要基礎(chǔ)學(xué)科,它與環(huán)境地學(xué)、環(huán)境醫(yī)學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)相互滲透,形成環(huán)境水文地球化學(xué)。對(duì)水文地球化學(xué)壞境與人體健康關(guān)系的研究,成為醫(yī)學(xué)環(huán)境水文地球化學(xué),或醫(yī)學(xué)環(huán)境水義地質(zhì)學(xué),并已初步建立它的理論體系。
我國(guó)于20世紀(jì)60年代起,就對(duì)分布較廣的各種地方病(如克山病、大骨節(jié)病、高氟病、地甲病等)廣泛開(kāi)展了關(guān)于病因及其環(huán)境水文地球化學(xué)背景的調(diào)查研究,深入分析與病因有關(guān)的微量元素或化學(xué)成分的遷移、聚集規(guī)律,及其對(duì)人體生理的影響。經(jīng)過(guò)多年研究發(fā)現(xiàn),如東北分布較廣的克山病,其病區(qū)主要處于低礦化、酸性軟水的水文地球化學(xué)環(huán)境,腐殖酸含量普遍偏高,而硒含量明顯偏低。其病因雖尚不完全清楚,但采取改水防治,已取得明顯效果,說(shuō)明病因與水質(zhì)密切相關(guān)。近年來(lái)對(duì)高氟病、地甲病、伽師病等的致病因素、演變機(jī)理與防治措施,都進(jìn)行了深入研究,取得重要進(jìn)展;而且已將研究范圍擴(kuò)大到癌癥和心、腦血管系統(tǒng)疾病,特別是在癌癥研究方面有所突破。在研究方法方面,應(yīng)用回歸分析、聚類分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,取得較好效果。1991年出版的專著《醫(yī)學(xué)環(huán)境地球化學(xué)》,系統(tǒng)闡明了醫(yī)學(xué)環(huán)境地球化學(xué)的基礎(chǔ)理論,詳細(xì)分析了有關(guān)元素的生物地球化學(xué)作用與地方疾病的相互關(guān)系,反映了國(guó)內(nèi)外有關(guān)醫(yī)學(xué)環(huán)境地球化學(xué)研究的最新進(jìn)展。
在江西鄱陽(yáng)湖地區(qū),通過(guò)地下水環(huán)境背景值的調(diào)查,對(duì)38項(xiàng)元素或離子的含量、分布,與10種癌癥死亡率之間的相互關(guān)系,進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分析;把地下水化學(xué)成分與癌癥的相關(guān)性,劃分為正相關(guān)、負(fù)相關(guān)和混合型三類,每一類又按顯著程度劃分若干亞類,提出了影響系數(shù)的新概念。
科學(xué)出版社出版了《中華人民共和國(guó)地方病與環(huán)境圖集》。若干地方病比較嚴(yán)重的省、自治區(qū)(如內(nèi)蒙古自治區(qū)、甘肅省、吉林省、云南省等)也分別出版了本地區(qū)相應(yīng)的地方病環(huán)境圖集,較系統(tǒng)地反映水文地質(zhì)環(huán)境與地甲病、高氟病、克山病、大骨節(jié)病等幾種主要地方病的相互關(guān)系。
隨著礦泉水飲料業(yè)的興起,在水文地球化學(xué)領(lǐng)域內(nèi),更加關(guān)注對(duì)礦泉水的研究,出版了《中國(guó)礦泉》、《飲用天然礦泉水研究》、《水文地質(zhì)技術(shù)方法》第20輯(1989),《礦泉水評(píng)價(jià)與合理開(kāi)發(fā)利用》等論著,推動(dòng)了礦泉水研究的發(fā)展。
當(dāng)前國(guó)際上十分關(guān)注的全球性氣候變化對(duì)水資源和生態(tài)環(huán)境的影響,以及“溫室效應(yīng)”引起的海平面上升對(duì)沿海地區(qū)水環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境的影響,都是當(dāng)前和今后需要開(kāi)展研究的新課題。
(四)水資源水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)階段-20世紀(jì)80年代在地下水資源研究方面,從20世紀(jì)80年代以來(lái),由于地下水系統(tǒng)理論、非穩(wěn)定流理論的輸入,以數(shù)值解或解析解為代表的現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,使地下水資源的研究發(fā)生了根本性的變化,把重點(diǎn)從傳統(tǒng)研究方法轉(zhuǎn)到模型研究方面。計(jì)算方法上發(fā)生了巨大變革,其研究范疇也由單純研究地下水系統(tǒng)與自然環(huán)境系統(tǒng)之間的相互關(guān)系,擴(kuò)大到研究其與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的相互關(guān)系。
地礦部地質(zhì)環(huán)境管理司1989年出版的《中國(guó)典型水源地勘察實(shí)例匯編》和1991年出版的《中國(guó)2000年城市地下水資源及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題預(yù)測(cè)研究》,全面總結(jié)了各類地下水水源地勘察方法與資源評(píng)價(jià)的重要經(jīng)驗(yàn)和城市環(huán)境水文地質(zhì)研究的重要成果,是我國(guó)水源地勘察工作與城市水資源與環(huán)境水文地質(zhì)研究的初步總結(jié)。
對(duì)地下水資源的研究,實(shí)際上包括從水資源評(píng)價(jià)到水資源管理與保護(hù)的全過(guò)程,已逐漸形成一門獨(dú)立的分支學(xué)科,可稱之為水資源水文地質(zhì)學(xué)。
自20世紀(jì)70年代以來(lái),由于應(yīng)用數(shù)學(xué)和地下水動(dòng)力學(xué)的相互滲透,以及電算技術(shù)的推廣和應(yīng)用,大大豐富和突破了傳統(tǒng)水文地質(zhì)學(xué)的內(nèi)容,使水文地質(zhì)學(xué)從定性研究發(fā)展到定量研究的新階段。地下水資源計(jì)算的基本理論,從穩(wěn)定流發(fā)展到非穩(wěn)定流,從二維流發(fā)展到三維流,從一般均衡法、比擬法進(jìn)到解析解、數(shù)值解。有限單元或有限差分法、相關(guān)分析法以及解析解法等,在地下水資源評(píng)價(jià)中均得到普遍應(yīng)用。因而不論在理論上和具體計(jì)算技術(shù)上,都較以前提高到了一個(gè)新的水平。
20世紀(jì)80年代出版的《中國(guó)干旱半干旱地區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)》,匯集了20世紀(jì)70到80年代北方各地區(qū)區(qū)域地下水資源評(píng)價(jià)的研究成果,基本反映了我國(guó)20世紀(jì)80年代在這一領(lǐng)域的理論水平。它根據(jù)不同地區(qū)與不同條件,采用了各類不同的數(shù)學(xué)模型。如商丘在人工調(diào)蓄條件下,建立多年均衡法與有限元法結(jié)合的數(shù)學(xué)模型;石羊河流域則根據(jù)地下水動(dòng)態(tài)演變規(guī)律,應(yīng)用不規(guī)格有限差分法建立的數(shù)學(xué)模型,以及黃土層飽和與非飽和地下水的聯(lián)合數(shù)學(xué)模型等。不少有關(guān)地下水資源評(píng)價(jià)與計(jì)算法的論著,先后在國(guó)內(nèi)出版,如《地下水資源評(píng)價(jià)》、《水文地質(zhì)統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)模擬》、《地下水流數(shù)值模擬》、《地下水運(yùn)動(dòng)與資源評(píng)價(jià)》、《地下水系統(tǒng)規(guī)劃與管理優(yōu)化模型》,以及《地下水非穩(wěn)定流滲流解析法》等,為我國(guó)地下水資源評(píng)價(jià)研究奠定了理論基礎(chǔ)。
20世紀(jì)80年代后期地下水資源研究的一個(gè)重要標(biāo)志,是把主要目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向管理模型的研究,即研究如何合理開(kāi)發(fā)、利用、調(diào)控和保護(hù)地下水資源,使之趨于對(duì)人類生活與生產(chǎn)最有利狀態(tài)。因此它不僅涉及水文地質(zhì)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域,而且涉及與地下水開(kāi)發(fā)活動(dòng)有關(guān)的自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境和技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境等各方面的問(wèn)題;通過(guò)數(shù)學(xué)模型和最優(yōu)化技術(shù),建立地下水管理模型,實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)。
《石家莊市地F水資源科學(xué)管理研究》是我國(guó)較早完成的具有代表性的關(guān)于管理模型的研究成果。它按照系統(tǒng)化、模型化、最優(yōu)化的總體構(gòu)思,以水文地質(zhì)模型為基礎(chǔ),把水量模型、水質(zhì)模型和優(yōu)化模型融合為一體,從而為控制石家莊市地下水降落漏斗的發(fā)展、防治地下水水質(zhì)惡化,提供了切實(shí)可行的綜合治理決策方案。
在北京、西安、沈陽(yáng)、新鄉(xiāng)、平頂山等許多城市,都開(kāi)展了管理模型的研究。根據(jù)不同目標(biāo)與不同要求,分別建立了以城市供水為目標(biāo)的水資源管理模型,包括水質(zhì)控制改良和環(huán)境生態(tài)改善的管理模型、水質(zhì)水量聯(lián)合管理模型、水量調(diào)配和供排結(jié)合的管理模型,地表水、地下水聯(lián)合調(diào)度模型,以及全流域?yàn)楣まr(nóng)業(yè)和生活用水優(yōu)化分配的規(guī)劃管理模型等。20世紀(jì)90年代出版的《地下水管理》、《實(shí)用地下水管理模型》以及《地下水資源管理》等專著,都是有關(guān)管理模型研究的重要成果。
近一二十年來(lái),地下水動(dòng)力學(xué)結(jié)合水資源計(jì)算,吸取現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的基本內(nèi)容,發(fā)展成數(shù)學(xué)水文地質(zhì)學(xué)。數(shù)學(xué)水文地質(zhì)學(xué)主要包括地下水流數(shù)值模擬、水文地質(zhì)統(tǒng)計(jì)和隨機(jī)模擬、非穩(wěn)定流解析法等方面,也分別向獨(dú)立分支學(xué)科發(fā)展。
地下水系統(tǒng)理論的引入,對(duì)水資源的研究產(chǎn)生了重大影響;地下水模型研究,已成為水資源研究的主要內(nèi)容。
(五)信息水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)階段——20世紀(jì)90年代為保證提供建立模型所需要的大量水文地質(zhì)信息,必須建立相應(yīng)的信息-檢索系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)近年來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的研究,河南環(huán)境水文地質(zhì)總站已先后開(kāi)發(fā)了“河南省地下水資源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”和“地下水均衡試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”,均已正常運(yùn)行;山西環(huán)境水文地質(zhì)總站建立了“山西地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)(GWD)管理系統(tǒng)”,不僅 可對(duì)動(dòng)態(tài)資料進(jìn)行輸入、修改、查詢、統(tǒng)計(jì)、打印報(bào)表、繪制圖形,而且具有多種數(shù)據(jù)處理功能。在許多城市(如秦皇島、石家莊、新鄉(xiāng)等),也都分別建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。
信息系統(tǒng)的研究已成為水資源研究不可缺少的重要內(nèi)容之一。主要包括數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)、遙感信息系統(tǒng)、專家決策系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)以及三維地理信息系統(tǒng)在模型研究中的應(yīng)用等,已逐漸向信息水文地質(zhì)學(xué)的方向發(fā)展。
國(guó)土資源部全國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站建立了全國(guó)水文地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。各省、市、自治區(qū)分別建立省級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)中心,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)已在網(wǎng)上運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要包括地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、水文地質(zhì)鉆孔、地下水資源監(jiān)測(cè)、地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)、地沉地裂監(jiān)測(cè)等各種信息數(shù)據(jù)庫(kù),以及海水入侵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)等,為實(shí)現(xiàn)全國(guó)地下水資源的宏觀管理,提供了基本條件。
在信息系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,國(guó)內(nèi)正在開(kāi)展關(guān)于城市水資源環(huán)境管理專家決策系統(tǒng)的研究。專家系統(tǒng)是人工智能研究領(lǐng)域中的重要研究方向之一。通過(guò)對(duì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、推理解釋系統(tǒng)和知識(shí)獲取的研究,可以建立通用的城市水資源-環(huán)境管理專家決策系統(tǒng),從而將水資源-環(huán)境管理這一復(fù)雜系統(tǒng)工程微機(jī)化、自動(dòng)化,為城市水資源業(yè)務(wù)管理部門提供操作方便的技術(shù)工具。不僅可對(duì)水資源狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、過(guò)程模擬和信息輸出,還可對(duì)水資源管理實(shí)現(xiàn)最佳決策選擇。
在3S技術(shù)的應(yīng)用中,地理信息系統(tǒng)(GIS)已成為研究地下水資源信息系統(tǒng)的最有效的工具,并在地下水研究中具有廣泛的用途。例如建立空間數(shù)據(jù)庫(kù),建立網(wǎng)格專題層和進(jìn)行空間疊加、識(shí)別模型,進(jìn)行地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),以及編制各種水文地質(zhì)圖件,等等。
GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能與分析計(jì)算功能,為地下水的定量研究提供了有力的支持。地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),將使地下水資源管理朝決策支持系統(tǒng)(DSS)、人工智能(AI)及專家系統(tǒng)(ES)方向開(kāi)拓發(fā)展。河南鄭州市和遼寧大連市,是我國(guó)最早開(kāi)展此類工作的兩個(gè)城市,20世紀(jì)90年代先后完成城市地下水資源一環(huán)境管理專家決策支持系統(tǒng)的研究,為提高城市水資源管理水平和決策效率,實(shí)現(xiàn)決策管理的現(xiàn)代化和科學(xué)化,提供了有效方法和正確途徑,在國(guó)內(nèi)發(fā)揮了重要示范作用。
除此以外,從20世紀(jì)80年代到90年代,許多正在開(kāi)拓中的新領(lǐng)域,也取得了不少重要成果。如油田水文地質(zhì)方面完成“油田古水文地質(zhì)與水文地球化學(xué)”的研究;在地震水文地質(zhì)方面,完成專著《地震流體地質(zhì)學(xué)概論》;在地下水動(dòng)態(tài)與觀測(cè)網(wǎng)研究方面,完成《地下水動(dòng)態(tài)及其預(yù)測(cè)》、《地下水觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論與方法》等專著;在人工補(bǔ)給研究方面,出版了《黃淮海平原地下水人工補(bǔ)給》;在地?zé)?/a>和溫泉研究方面,出版了《中國(guó)溫泉資源》、《中國(guó)地?zé)豳Y源》、《中低溫對(duì)流型地?zé)嵯到y(tǒng)》等專著。以上所列專著大部分都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究而完成的具有總結(jié)性的研究成果。
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