水文地質(zhì)條件發(fā)展過程

盡管19世紀(jì)已開始使用水文地質(zhì)學(xué)一詞，但到20世紀(jì)初科學(xué)家Mead才給出這個(gè)術(shù)語一個(gè)廣泛的含義:水文地質(zhì)學(xué)是研究地表以下水的發(fā)生與運(yùn)動(dòng)。20世紀(jì)50年代末期到80年代早期這將近30年的時(shí)間里，水文地質(zhì)學(xué)一下子成熟了，成為地球科學(xué)羽翼豐滿的一員。1960年之前，水文地質(zhì)學(xué)主要是地質(zhì)學(xué)家的領(lǐng)域，作為一個(gè)自然科學(xué)家，對(duì)于控制地下水流動(dòng)的因素和規(guī)律，毫無興趣或者知之甚少，任憑差分方程式去加以描述。另一方面，工程師在估算井的單位出水量和總出水量時(shí)，只顧得計(jì)算，處于巖層"透水"和"不透水"之間的灰域之中，無所適從。

兩種分叉的、幾乎完全獨(dú)立的方法，各不相關(guān)地沿著平行的路徑研究著地下水;一邊被科學(xué)家好奇心所驅(qū)使;另一邊受到工程師務(wù)實(shí)精神的推動(dòng)。兩個(gè)分支的演變?cè)跁r(shí)間上也可以分為兩個(gè)階段:以理論與假說的定量表述，以及數(shù)學(xué)上的嚴(yán)格推導(dǎo)為其分界(圖1)。

17世紀(jì)處在"自然科學(xué)分支"的"猜想"階段，關(guān)于泉的成因以及水循環(huán)，出現(xiàn)了首批記錄在案的問題與解答。偉大的思想家們，從公元前8世紀(jì)的荷馬開始，包括亞里士多德、泰勒斯(Thales)、柏拉圖，甚至笛卡兒和開普勒(17世紀(jì))都曾猜想:泉水來源于海洋中擠榨出來的水，或者是在洞穴中冷凝而成的;而雨水不足以保持河水流量。然而，在另一個(gè)陣營中，波爾洛(Marcus Vitruvius Pollo)認(rèn)為，泉來源于入滲的雨水，這一看法受到文奇(Leonardo da Vinci)和帕利西(Bernard Palissy，16世紀(jì))的支持。定量水文觀測始于17世紀(jì)，佩羅(Pierre Perrault，1608-1680)在塞納河盆地測量了3年降水量，得出降水量是河流流量的6倍。馬利奧特(Mariotte，1620-1684)驗(yàn)證了佩羅的觀測結(jié)果，而哈雷(Halley，1656-1742)證明了注入地中海徑流的不足部分消耗于蒸發(fā)。梅瑟利(La Metherie，1791)開始測量巖石的滲透性，將入滲水區(qū)分為地表徑流和深部儲(chǔ)存，于是，水均衡的初步概念形成了。

盡管第一個(gè)自流井是1126年在法國阿圖瓦(Artois)成井的，但是，關(guān)于自流現(xiàn)象的第一個(gè)有記錄的解釋出現(xiàn)于17世紀(jì)，卡西尼(Cassini)和瓦里斯內(nèi)利(Vallisnieri)都正確地指出:承壓含水層的高水壓是產(chǎn)生自流的原因。進(jìn)一步試圖將概念精確化的結(jié)果是，強(qiáng)化了絕對(duì)隔水性的觀念，然而，對(duì)廣泛分布的區(qū)域性含水層和隔水層的研究，很可能因而形成了地下水盆地的概念，在這方面，最基礎(chǔ)同時(shí)也是最有影響的著作，則是赫伯特的"地下水運(yùn)動(dòng)理論"(M.King Hubbert，1940)。19世紀(jì)后期到20世紀(jì)初，開始了并非出于實(shí)用目的的地下水化學(xué)研究，著重于分類(Palmer，Scholler)及化學(xué)成分演變的影響因素分析(Chebotarev，Scholler，Back)。

"工程學(xué)科分支"的第一階段，時(shí)間從很早前到1856年，主要著力于發(fā)展經(jīng)驗(yàn)性實(shí)用方法技術(shù)，構(gòu)建集取地下水的設(shè)施，以及從泉、井、坎兒井，以及其它水源提升輸送地下水。第二階段是"定量評(píng)價(jià)"階段，以1856年達(dá)西定律的發(fā)表為標(biāo)志。達(dá)西方程觸發(fā)了根據(jù)地下水位變動(dòng)預(yù)測井的出水量的興趣;隨之而來的是一系列人們熟知的計(jì)算公式:裘布依、泰斯、雅可布、溫澤爾(Wenzel)等，討論的全是地下水位和理想承壓含水層的定量預(yù)測。

也許是由于偶然的巧合，也許是由于下意識(shí)地交流滲透，絕對(duì)隔水性的觀念受到來自兩個(gè)分支的強(qiáng)烈質(zhì)疑--工程師們從評(píng)價(jià)含水層和井的出水量出發(fā)產(chǎn)生疑問，而地質(zhì)學(xué)家在研究盆地地下水流動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了問題。雅可布、漢圖斯、諾曼(Neuman)、威瑟斯龐等，引入并發(fā)展了越流含水層的概念，并將其擴(kuò)展到盆地尺度的含水層系。自然科學(xué)分支這邊，托特的均質(zhì)的"統(tǒng)一盆地"被弗里澤和威瑟斯龐 "非均質(zhì)化"了，通過數(shù)值模擬，揭示了不同形態(tài)、不同規(guī)模含水巖系的基本流動(dòng)型式。兩方面共同的最終結(jié)論是，巖體存在水力連續(xù)性?；趲r體存在水力連續(xù)性的結(jié)論，很快人們就認(rèn)識(shí)到，存在著時(shí)空尺度差別很大的流動(dòng)系統(tǒng)，而每個(gè)系統(tǒng)具有自己的作用過程與伴隨現(xiàn)象。于是，統(tǒng)一的觀念誕生了，不斷流動(dòng)著的地下水是一種地質(zhì)營力。

可以看作研究地下水的自然和工程科學(xué)兩個(gè)分支的融合，從此進(jìn)入成熟的當(dāng)代水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展階段。這個(gè)地球科學(xué)的新成員，既是一門基礎(chǔ)學(xué)科，也是一個(gè)專門性分支。為了更好地理解幾乎所有的地質(zhì)活動(dòng)，絕對(duì)有必要熟悉當(dāng)代水文地質(zhì)學(xué)的基本理論。與此同時(shí)，需要培養(yǎng)具有獨(dú)特的教育和專業(yè)背景的、全職的水文地質(zhì)學(xué)家。

當(dāng)代水文地質(zhì)學(xué)有以下3個(gè)主要特征概念:①地下水流動(dòng)系統(tǒng)發(fā)育的空間尺度，變化范圍很大;②地下水流動(dòng)系統(tǒng)發(fā)育的時(shí)間尺度，變化范圍很大;③流動(dòng)的地下水是無處不在的地質(zhì)營力，其作用可以達(dá)到地面以下極大深度，對(duì)極其廣泛的自然過程與現(xiàn)象，都有著控制性影響。

水文地質(zhì)學(xué)向何處去發(fā)展?作為一門成熟科學(xué)，建立于工程師的數(shù)學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)家自由想象之上，建立于相關(guān)學(xué)科的技能、方法和技術(shù)之上，在可以預(yù)見的未來，水文地質(zhì)學(xué)的理論與技術(shù)方法不大可能有新的突破;反之，預(yù)期將會(huì)出現(xiàn)各種"名副其實(shí)"的學(xué)科分支，例如:環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)、污染水文地質(zhì)學(xué)、農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學(xué)、油氣水文地質(zhì)學(xué)，等等。

就我國來講，水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展歷史是與新中國的建立與發(fā)展分不開的，近半個(gè)世紀(jì)以來，水文地質(zhì)學(xué)的成長與發(fā)展大致可劃分為兩個(gè)階段:從20世紀(jì)50年代到70年代中期，可稱為奠基階段，主要接受前蘇聯(lián)學(xué)術(shù)思想的影響，基本依照前稱聯(lián)模式。從20世紀(jì)70年代后期到90年代，可以稱為發(fā)展階段，這一時(shí)期由于實(shí)行改革開放政策，國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流日益頻繁，因此受西方學(xué)術(shù)思想影響較多，特別是系統(tǒng)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)等新思想、新理論與新技術(shù)的輸入，使水文地質(zhì)學(xué)的基本概念與研究范疇發(fā)生了巨大的變革，使水文地質(zhì)學(xué)從定性研究進(jìn)入到了定量研究階段，納入到系統(tǒng)工程的軌道，與現(xiàn)代科學(xué)更緊密地融合了起來，因此我們把20世紀(jì)50年代到70年代奠基階段的水文地質(zhì)學(xué)稱為傳統(tǒng)水文地質(zhì)學(xué)，而20世紀(jì)70年代后期至90年代發(fā)展階段的水文地質(zhì)學(xué)，稱為現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)(圖2)。

現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)的基本特征主要有:①與現(xiàn)代科學(xué)的新理論新學(xué)科緊密結(jié)合，比如系統(tǒng)論、信息論、控制論及相應(yīng)產(chǎn)生的系統(tǒng)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息科學(xué)等，對(duì)水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響;②現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)的結(jié)合，特別是數(shù)值模擬方法得到普遍應(yīng)用，模型研究成為水資源研究的主要內(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;③從地下水系統(tǒng)與自然環(huán)境系統(tǒng)相互關(guān)系的研究，擴(kuò)大到與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)關(guān)系的研究。對(duì)地下水資源的研究，也從數(shù)學(xué)模型發(fā)展到管理模型與經(jīng)濟(jì)模型的研究;④許多新的分支學(xué)科的產(chǎn)生與發(fā)展，比如區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)、巖溶水文地質(zhì)學(xué)、遙感水文地質(zhì)學(xué)、環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)、醫(yī)學(xué)環(huán)境地球化學(xué)、污染水文地質(zhì)學(xué)以及數(shù)學(xué)水文地質(zhì)學(xué)、水資源水文地質(zhì)學(xué);⑤新技術(shù)、新方法的應(yīng)用、除計(jì)算機(jī)技術(shù)外，遙感技術(shù)、同位素技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，室內(nèi)模擬技術(shù)，以及高精度水質(zhì)分析技術(shù)等，都得到普遍應(yīng)用，推動(dòng)了水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展。

這要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn):水文地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域中的許多研究都是由水文地質(zhì)學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、水文學(xué)家好氣象學(xué)家等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的專家學(xué)者聯(lián)合來完成的(圖3)。

水文學(xué)開始主要研究陸地表面的河流、湖泊、沼澤、冰川等，以后逐漸擴(kuò)展到地下水、土壤水、大氣水和海洋水。

① 傳統(tǒng)水文學(xué)按研究的水體來進(jìn)行劃分:河流水文學(xué)、湖泊水文學(xué)、沼澤水文學(xué)、冰川水文學(xué)、海洋水文學(xué)、地下水水文學(xué)(水文地質(zhì)學(xué))、土壤水文學(xué)、大氣水文學(xué)等。

② 由水文學(xué)采用的實(shí)驗(yàn)方法，派生出三個(gè)分支學(xué)科:水文測驗(yàn)學(xué)、水文調(diào)查、水文實(shí)驗(yàn)。

③ 由水文研究內(nèi)容分為:水文學(xué)原理、水文預(yù)報(bào)、水文分析與計(jì)算、水文地理學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)等。

④ 作為應(yīng)用科學(xué)，水文學(xué)分為:工程水文學(xué)、農(nóng)業(yè)水文學(xué)、土壤水文學(xué)、森林水文學(xué)、城市水文學(xué)等。

⑤ 隨新科學(xué)、新技術(shù)的發(fā)展和引進(jìn)，出現(xiàn)新分支:隨機(jī)水文學(xué)、模糊水文學(xué)、灰色系統(tǒng)水文學(xué)、遙感水文學(xué)、同位素水文學(xué)等。

人類探索除水害、興水利的歷史，猶如人類的文明史那樣悠久。在生產(chǎn)實(shí)踐中，特別在與水旱災(zāi)害的斗爭中，人類不斷觀測各種水文現(xiàn)象，思考和研究它們的規(guī)律，積累起關(guān)于水的豐富知識(shí)，逐漸形成并不斷發(fā)展了水文科學(xué)。

水文學(xué)源遠(yuǎn)流長，經(jīng)歷了漫長的醞釀時(shí)期，而它的飛躍發(fā)展則是一個(gè)世紀(jì)的事。同自然科學(xué)的許多學(xué)科相似，人們還難以找出公認(rèn)的里程碑，把水文科學(xué)的歷史進(jìn)程劃分成若干明確的階段。我們只是順著它前進(jìn)的足跡，大體劃分為:

在尼羅河、幼發(fā)拉底河、恒河和黃河這些古老文化發(fā)祥地的遺跡中，我們可以看到這一時(shí)期已經(jīng)開始了原始的水文觀測，最早的水位觀測是在中國和埃及開始的。

約公元前22世紀(jì)，中國傳說中的大禹治水，已"隨山刊木"(立木于河中)，觀測河水漲落。此后，戰(zhàn)國時(shí)李冰設(shè)于都江堰的"石人"，隋代的石刻水則，宋代的水則碑等，表明水位觀測不斷進(jìn)步。

最早的雨量觀測于公元前四世紀(jì)首先在印度出現(xiàn)，中國于公元前三世紀(jì)的秦代已開始有呈報(bào)雨量的制度，到了公元1247年，已有了較科學(xué)的雨量器和雨深計(jì)算方法，并開始用"竹籠驗(yàn)雪"以計(jì)算平均降雪深度。明代劉天和在治理黃河工作中，已采用手制"乘沙量水器"測定河水中泥沙的數(shù)量。

中國古籍《呂氏春秋》中寫道:"云氣西行云云然，冬夏不輟;水泉東流，日夜不休，上不竭，下不滿，小為大，重為輕，國道也。"提出了樸素的水文循環(huán)概念。成書于公元約六世紀(jì)初的《水經(jīng)注》中，記述了當(dāng)時(shí)中國境內(nèi)1252條河流的概況，成為水文地理考察的先驅(qū)。

誠然，這些原始的水文觀測和水文知識(shí)是膚淺零星的，但已為當(dāng)時(shí)生活和生產(chǎn)提供了重要的水文資料。例如，根據(jù)雨量多少?zèng)Q定稅收的多少，根據(jù)上游的水位向下游傳遞水情等，標(biāo)志著水文科學(xué)的萌芽。

歐洲文藝復(fù)興帶來的科學(xué)思想的解放和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為水文科學(xué)發(fā)展成為獨(dú)立的學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。這一時(shí)期，水文儀器的發(fā)明使水文觀測進(jìn)入了科學(xué)的定量觀測階段。

1663年雷恩和胡克創(chuàng)制了翻斗式自記雨量計(jì)，1687年哈雷創(chuàng)制測量水面蒸發(fā)量的蒸發(fā)器，1870年埃利斯發(fā)明旋槳式流速儀，1885年普賴斯發(fā)明旋杯式流速儀。這些近代水文儀器使流量、流速、蒸發(fā)、降水的觀測達(dá)到了相當(dāng)?shù)木?，利用這些近代水文儀器進(jìn)行水文觀測的各種水文站陸續(xù)出現(xiàn)。

1746年，中國在黃河老壩口設(shè)立了全國第一個(gè)正規(guī)水位站，開始系統(tǒng)觀測水位，并進(jìn)行報(bào)汛。這些成就使水文現(xiàn)象的觀測視野在深度和廣度上空前擴(kuò)大，為水文科學(xué)在理論上的發(fā)展創(chuàng)造了條件。

在這一時(shí)期，近代水文科學(xué)理論開始逐漸形成。1674年佩羅提出了水量平衡的概念，成為水文科學(xué)最基本的原理之一;1738年伯努利父子發(fā)表水流能量方程，1775年謝才發(fā)表明渠均勻流公式;1802年道爾頓建立了研究水面蒸發(fā)的道爾頓公式;1856年，達(dá)西發(fā)表了描述孔隙介質(zhì)中地下水運(yùn)動(dòng)的達(dá)西定律;1851年莫萬尼提出了匯流和徑流系數(shù)的概念，并發(fā)表了計(jì)算最大流量的著名推理公式。

這些科學(xué)理論的創(chuàng)立，為水文科學(xué)在河道水流、蒸發(fā)、地下水運(yùn)動(dòng)、徑流形成和水文循環(huán)等領(lǐng)域的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，它表明人類對(duì)水文現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)已由萌芽時(shí)期那種膚淺零星的知識(shí)，發(fā)展到了比較深刻系統(tǒng)的知識(shí)。同時(shí)也表明，人類對(duì)地球上水的運(yùn)動(dòng)、變化規(guī)律的探索，已發(fā)展到以大量觀測事實(shí)為基礎(chǔ)，進(jìn)行假說、演繹和推理，進(jìn)而建立各理論體系的近代科學(xué)方法論。

19世紀(jì)末，專門水文研究機(jī)構(gòu)開始出現(xiàn)，一些國家開始出版水文年鑒。弗里西著的《河流水文測驗(yàn)方法》、福雷爾著的《日內(nèi)瓦湖湖泊志》、馬略特著的《水的運(yùn)動(dòng)》等水文學(xué)專著陸續(xù)出版。這些著作總結(jié)了當(dāng)時(shí)水文觀測和理論研究的成就，標(biāo)志著水文科學(xué)作為一門近代科學(xué)已奠定基礎(chǔ)。

(約公元1900~1950年)

這一時(shí)期，水文科學(xué)在觀測方法、理論體系和研究領(lǐng)域等方面繼續(xù)取得新成就，但它最重要的進(jìn)展是應(yīng)用水文學(xué)的興起。

進(jìn)入20世紀(jì)，特別是第一次世界大戰(zhàn)以后，大量興起的防洪、灌溉、交通工程和農(nóng)業(yè)、林業(yè)乃至城市建設(shè)向水文科學(xué)提出越來越多的新課題，解決這些課題的方法也由經(jīng)驗(yàn)的、零碎的逐漸理論化和系統(tǒng)化，水文科學(xué)的應(yīng)用特色逐漸表現(xiàn)出來。

首先，從1914年到1924年，經(jīng)過黑曾、福斯特等人的工作，把概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論和方法系統(tǒng)地引入了水文科學(xué)，使水文變量(如洪峰和洪量)和它出現(xiàn)的機(jī)率聯(lián)系起來，為預(yù)估工程未來運(yùn)行時(shí)期內(nèi)可能出現(xiàn)的水文情勢開辟了道路。

接著，從1932年到1938年，謝爾曼、霍頓、麥卡錫、斯奈德等人在產(chǎn)流和匯流計(jì)算方面取得開拓性進(jìn)展，為根據(jù)降雨推算洪水開辟了道路。隨后，克拉克、林斯雷等人在單位線、多個(gè)水文變量聯(lián)合分析和徑流調(diào)節(jié)的理論、方法等方面發(fā)展并豐富了上述內(nèi)容。

在此期間，水文站在世界范圍內(nèi)發(fā)展成規(guī)模宏大的水文站網(wǎng)系統(tǒng)，這些成就為應(yīng)用水文學(xué)的興起在理論上、方法上和資料條件方面奠定了基礎(chǔ)，并率先形成了它最重要的分支學(xué)科--工程水文學(xué)。接著，農(nóng)業(yè)水文學(xué)、森林水文學(xué)、都市水文學(xué)也相繼興起。

1949年，林斯雷和柯勒、保羅赫斯合著《應(yīng)用水文學(xué)》;同年，姜斯敦和克樂斯合著的《應(yīng)用水文學(xué)原理》、美國土木工程師學(xué)會(huì)編著的《水文學(xué)手冊(cè)》等應(yīng)用水文學(xué)專著陸續(xù)問世，總結(jié)了這一時(shí)期的成就，標(biāo)志著應(yīng)用水文學(xué)的誕生。應(yīng)用水文學(xué)，以它直接為生產(chǎn)和生活提供多方面服務(wù)這一鮮明特征，獲得迅速發(fā)展，成為近代水文科學(xué)體系中最富有生氣的分支學(xué)科。

20世紀(jì)50年代以來，社會(huì)生產(chǎn)規(guī)?？涨皵U(kuò)大，科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，并正在出現(xiàn)新的技術(shù)革命，人類改造自然的能力迅速增強(qiáng)，人與水的關(guān)系已經(jīng)由古代的趨利避害，和近代較低水平的興利除害，發(fā)展到了現(xiàn)代較高水平的興利除害的新階段。這個(gè)新階段賦予水文科學(xué)以新的動(dòng)力和新的特色。

首先，由于人類對(duì)水資源的突出需求，水文科學(xué)的研究領(lǐng)域正在向著為水資源最優(yōu)開發(fā)利用的方向發(fā)展，以期為客觀評(píng)價(jià)、合理開發(fā)、充分利用和保護(hù)水資源提供科學(xué)依據(jù)。

其次，大規(guī)模的人類活動(dòng)對(duì)自然水體，進(jìn)而對(duì)自然環(huán)境正在產(chǎn)生多方面的影響。研究和評(píng)價(jià)人類活動(dòng)的水文效應(yīng)和這種效應(yīng)的環(huán)境意義，揭示人類活動(dòng)影響下水文現(xiàn)象的規(guī)律，進(jìn)而探討水文分析的新方法和新途徑，防止人類活動(dòng)對(duì)水文循環(huán)的影響朝著不利于人類生存環(huán)境的方向發(fā)展，這一切正在成為水文科學(xué)面臨的新課題。

另外，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)使獲取水文信息的手段和分析水文信息的方法有了長足的進(jìn)步。例如，遙感技術(shù)的應(yīng)用，使同時(shí)觀測大范圍內(nèi)的宏觀水文現(xiàn)象成為可能;核技術(shù)的應(yīng)用使人們能夠獲得微觀水文信息;水文模擬方法、水文隨機(jī)分析方法、水文系統(tǒng)分析方法，使人們研究水文現(xiàn)象的能力發(fā)展到新的水平;尤其是電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使水文科學(xué)從水文觀測到基本規(guī)律的研究，由人力和機(jī)械操作，發(fā)展到以電子計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)化。

水文科學(xué)和其他科學(xué)之間的邊緣科學(xué)正在不斷興起，學(xué)科間的空隙逐漸得到填補(bǔ)。同時(shí)，人們開始看到，水已成為影響社會(huì)發(fā)展的重要因素。水在表現(xiàn)它的自然屬性的同時(shí)，它的社會(huì)屬性也日益表現(xiàn)出來，并逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。因此，水文科學(xué)將有可能發(fā)展成為具有自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)雙重性質(zhì)的一門綜合性科學(xué)。

總的來講，水文學(xué)從它所隸屬的學(xué)科領(lǐng)域看，作為地球物理科學(xué)的一個(gè)分支，主要研究地球系統(tǒng)中水的存在、分布、運(yùn)動(dòng)和循環(huán)變化規(guī)律，水的物理、化學(xué)性質(zhì)，以及水圈與大氣圈、巖石圈和生物圈的相互關(guān)系;作為水利學(xué)科的重要組成部分，主要研究水資源的形成、時(shí)空分布、開發(fā)利用和保護(hù)，水旱災(zāi)害的形成、預(yù)測預(yù)報(bào)與防治，以及水利工程和其他工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理中的水文水利計(jì)算技術(shù)。

古代:我國是世界上開發(fā)利用地下水最早的國家之一，早在相當(dāng)于我國仰韶文化的母系氏族公社時(shí)期，據(jù)浙江余姚河姆渡村遺址發(fā)掘推測，距今約5700年前，我們的祖先就已經(jīng)采用鑿井取水。到了距今2000多年前的春秋戰(zhàn)國時(shí)代，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，鑿井技術(shù)有了進(jìn)一步提高，在四川自貢一帶已有深達(dá)數(shù)百米的鹽井，這可算是世界上在巖石中開鑿的首批深井。漢武帝時(shí)，在今陜西渭北高塬上修筑了我國最早的井渠結(jié)合農(nóng)田灌溉典范"龍首渠"。馳名中外的新疆"坎兒井"，至今仍不失為開發(fā)山前傾斜平原地下水的有效措施之一。

我國開發(fā)利用地下水資源的現(xiàn)狀:①北方許多城市生活用水的重要水源;②北方干旱、半干旱地區(qū)(17省市)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活的唯一水源;③南方部分地區(qū)也開始利用地下水、并且需求量越來越大;④大的工業(yè)基地的建設(shè)首先要解決水源問題。

開發(fā)利用地下水資源的未來:①實(shí)現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)開發(fā);②加強(qiáng)地下水資源的科學(xué)管理;③加強(qiáng)與地下水資源開發(fā)有關(guān)的環(huán)境保護(hù)。(當(dāng)今世界面臨的三大問題:人口、資源、環(huán)境)

一些重大研究課題:地下水過量開采的對(duì)策;地下水污染防治;相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。

初期:地下水開發(fā)地點(diǎn)分散且數(shù)量較少階段，主要進(jìn)行地下水水源地的勘查，通過勘查論證地下水的開發(fā)方案。

中期:地下水處于連片開發(fā)，且水源地相互干擾明顯增大的階段，將區(qū)域性大面積地下水資源評(píng)價(jià)列為論證地下水合理開發(fā)的重要工作。

后期:地下水需求量與其多年平均補(bǔ)給量相接近，且需求量還在不斷增長的階段，將包括技術(shù)管理、政策和法規(guī)制定的地下水管理列為支持地下水合理開發(fā)的重點(diǎn)工作。同時(shí)，還將研究人工回灌補(bǔ)給地下水及地表水、地下水聯(lián)合運(yùn)用等問題，注意加強(qiáng)地下水資源保護(hù)，實(shí)施地下水系統(tǒng)管理。

地下水(groundwater):賦存并運(yùn)移于地下巖土空隙中的水。含水巖土分為兩個(gè)帶，上部是包氣帶，即非飽和帶，在這里，除水以外，還有氣體;下部為飽水帶，即飽和帶，飽水帶巖土中的空隙充滿水。狹義的地下水是指飽水帶中的水。

利:①分布廣泛，便于就地開采使用;②潔凈、不易被污染，水質(zhì)普遍較優(yōu);③不占用地表空間;④動(dòng)態(tài)比較穩(wěn)定;⑤供水量受氣候變化影響較小，具有較大到調(diào)蓄能力等。

害:①不合理的灌溉可造成次生鹽堿化;②過量開采，可造成:在沿海地區(qū)，海水入侵，水質(zhì)惡化;地面沉降，使區(qū)內(nèi)建筑物失去穩(wěn)定;不同含水層之間誘發(fā)水力聯(lián)系，產(chǎn)生水的混合作用，使水質(zhì)惡化;巖溶區(qū)地面塌陷;③其它，如礦坑涌水、基礎(chǔ)及邊坡的穩(wěn)定問題等。

功能:①資源(不難理解);②生態(tài)環(huán)境因子;③災(zāi)害因子(干旱或洪水);④地質(zhì)營力(滑坡、泥石流等);⑤信息載體(找礦等)。

《水文地質(zhì)學(xué)》是地質(zhì)工程專業(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)大家從水文循環(huán)的基本原理出發(fā)，獲得水文地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本研究方法，能初步運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程地質(zhì)工作中與地下水有關(guān)的問題，要求大家掌握地下水形成、分布和運(yùn)移規(guī)律，地下水的動(dòng)態(tài)與均衡以及水化學(xué)相關(guān)問題;了解該領(lǐng)域研究狀況及與其他學(xué)科的關(guān)系。為今后從事與地下水有關(guān)的實(shí)際工作或科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

《水文地質(zhì)學(xué)》是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支，是研究地下水(Groundwater)的一門學(xué)科，它是對(duì)地質(zhì)環(huán)境中地下水的發(fā)生、運(yùn)動(dòng)及其水化學(xué)特性上的研究。主要研究與巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈以及人類活動(dòng)相互作用下地下水水量和水質(zhì)的時(shí)空變化規(guī)律，并研究如何運(yùn)用這些規(guī)律去興利除害，為人類服務(wù)。

前邊講過，水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水的科學(xué)，在人類從事開發(fā)利用地下水活動(dòng)的漫長過程中，通過長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)的不斷積累，逐漸形成和充實(shí)、發(fā)展了有關(guān)地下水的知識(shí)，按其內(nèi)涵范疇涵蓋水文學(xué)、土壤學(xué)、地質(zhì)學(xué)與流體力學(xué)等學(xué)科。

隨著水文地質(zhì)科學(xué)的發(fā)展，它的研究內(nèi)容越來越廣泛，主要研究內(nèi)容可歸納為六個(gè)方面:

闡述地下水起源與形成的基本知識(shí)(包括地下水的賦存條件)，并探討大氣水、地表水、土壤水與地下水相互轉(zhuǎn)化、交替的基本規(guī)律。

闡述地下水的儲(chǔ)存條件及其基本類型，包括地下水的主要理化特性。

主要研究地下水流的基本微分方程，包括地下水向井、渠的流動(dòng)，以揭示地下水位和水量的時(shí)空變化規(guī)律。同時(shí)探討包氣帶水與地下水溶質(zhì)運(yùn)移的基本方程。

討論在不同的天然因素和人為因素影響下的地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，以及不同條件下的地下水水均衡方程。

分別討論局部開采區(qū)和區(qū)域性大面積開采區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)的主要方法，并具體介紹有關(guān)含水層參數(shù)測定及地下水補(bǔ)給量和排泄量的計(jì)算方法。同時(shí)，闡述地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)的有關(guān)知識(shí)。

闡述地下水資源管理與保護(hù)方面的基本知識(shí)，著重討論地下水資源系統(tǒng)管理模型及其應(yīng)用。

數(shù)學(xué)物理方法和概率統(tǒng)計(jì)方法兩類。

⑴調(diào)查、鉆探、地球物理勘探和遙感技術(shù);

⑵各種觀測和試驗(yàn)技術(shù)(水位、流量等的觀測;抽水試驗(yàn)、示蹤試驗(yàn)和彌散試驗(yàn)等);⑶各種地下水模擬技術(shù)(數(shù)值模擬用的較多);

⑷同位素技術(shù)等。

地下水資源勘查項(xiàng)目參照?qǐng)?zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)