Question

环境地质科学研究现状

Answer 1

（一）填图

欧盟地区地质填图工作始于19世纪初，随着社会经济发展的需要，地质填图内容不断丰富和拓展。截至目前，欧盟已基本完成了中小比例尺（1∶100万、1∶50万、1∶25万或1∶20万）的地质填图，英国、法国、德国等部分国家1∶10万、1∶5万地质填图已基本完成^[65]。在基础地质填图基础上，各国开展了水文地质、工程地质、自然灾害等环境地质调查与填图工作。总体而言，欧盟各国已基本完成了1∶25万或1∶20万水文地质填图工作，1∶20万以大比例尺（1∶10万、1∶5万、1∶2.5万）的水文地质填图情况各国差异很大。

英国于20世纪70年代和80年代系统开展了含水层调查工作，编制形成了全国水文地质图系，包含1∶62.5万—1∶2.5万各种比例尺图件。基于以往水文地质调查资料和钻孔数据，近年来开展了全国1∶5万水文地质图编图工作，目前已基本完成，即将提供给授权用户使用。瑞典除西北山区外完成了1∶25万水文地质填图，人口稠密区和地下水开发区完成了1∶5万水文地质填图，目前正在开展其他地区的1∶5万水文地质调查。捷克2008年编制完成了1∶2.5万水文地质图和工程地质图，并作为全国1∶2.5万地质图系的组成部分，2010年启动了地下水资源重新评价计划，采用建立的模型对全国的地下水资源进行评价。丹麦于1999年启动了为期10年的全国地下水填图计划，调查覆盖全国所有地下水含水层，占全国国土面积的37%，比例尺根据土地利用规划等要求确定，通过大比例尺调查，摸清各含水层结构、脆弱性和地下水质，建立地质和水文地质模型，划分地下水保护区^[66]。波兰1995年之前完成了1∶20万水文地质填图，1996～2004年完成了1∶5万水文地质填图，编制完成了包含有1069张图件的水文地质图系，主要反映了水文地质单元含水性能、地下水质、地下水动力学特征、钻孔和相关的灾害等内容。奥地利2003年完成了1∶50万水文地质图编制，2007年完成了1∶20万水文地质图编制；阿尔巴尼亚1974年编制完成了1∶20万水文地质图，1983年完成了第二版1∶20万水文地质图；匈牙利1971年开始1∶1万工程地质调查和填图工作；克罗地亚正在开展1∶10万水文地质填图和工程地质填图工作。

在欧盟层面，在德国政府与联合国教科文组织的共同资助下，由德国联邦地球科学与自然资源研究所牵头，自1960年开始经过50余年的努力，编制完成了1∶150万欧洲水文地质图系，图系由25幅图及说明书组成，覆盖整个欧洲大陆和部分近东地区（图2–8）。1982年，欧共体环境总司组织编制了1∶50万欧洲地下水资源图系，由38幅、148张图件组成，覆盖了比利时、德国、丹麦、法国、爱尔兰、意大利、卢森堡、荷兰和英国等9个国家，包括含水层分布、含水层水文地质、地下水开采、地下水资源潜力等4个主题^[67]。2013年，在对1∶150万欧洲水文地质图进行矢量化的基础上，Cornu等人编制了欧洲地下水生境分布图，反映与生物相关的地下水流、含水层孔隙大小和渗透性的空间变化^[68]。

图2-8 1∶150万欧洲水文地质图（柏林幅）

（二）监测

2000年以前，各成员国根据各自需要建设环境监测站网，相互之间监测标准不一、内容不一、频率不一、数据格式不一，难以满足欧盟环境政策实施的需要。2000年以来，欧盟致力于一体化环境监测站网建设，统筹部署监测资源，统一监测技术标准，统一为欧盟、各成员国、科学研究和公众提供环境监测信息。经过十多年的努力，目前欧盟形成了由全球环境与安全监测系统、水环境、自然灾害、海洋环境、土壤等监测站点组成的环境监测体系。

全球环境与安全监测系统（GMES）是由欧盟与欧洲航天局共同资助开展的地球观测计划，于2005年正式启动建设，目的是向政府部门、科研机构、企业提供环境污染、水灾、地质灾害、地震等可靠的、独立的环境与安全信息服务。监测系统由遥感卫星与陆地、海洋、大气等监测传感器组成，包括6个主要模块：大气监测、海洋环境监测、土地监测、气候变化监测、应急管理和安全管理。目前，土地监测、应急管理模块已经投入运行；大气监测、海洋环境监测模块进入预运行阶段。2013年，该项目更名为“哥白尼计划”，以扩大地球观测计划在公众中的影响力^[69]。

2000年，欧盟发布了《水框架指令》，要求各成员国建设水环境监测站网，按照统一的标准化方法对地表水和地下水进行监测^[70]。目前，欧盟共建成57300个地表水监测站和51400个地下水监测站，其中地下水水量（以地下水位为主）监测站28970个、地下水水质监测站34970个，有部分监测站既监测水量，又监测水质。28个成员国中，英国水环境监测站数量最多（12807个），其次是意大利（8311个）、德国（6688个）、丹麦（6085个）。地下水监测站主要分布在中欧地区，而北欧地区分布较少。从单位面积地下水监测站数量来看，最高的是马耳他，每1000km²分布120个地下水量监测站；其次是奥地利（40个）、斯洛伐克（31个）、德国（25个）（图2–9）。

图2-9 欧盟各成员国单位面积地下水监测站数量

在GMES支持下，欧盟于1999年启动了欧洲地形变灾害监测计划。该计划利用永久散射体雷达干涉（PSI）遥感技术，通过距离地球800km处的欧洲航天局人造卫星精确地探测细微的地面运动。基于地面运动监测数据，获得火山、地震、地面沉降、滑坡、采矿塌陷等变化信息，为地质灾害防灾减灾提供准确的数据支持。通过三个阶段计划的实施，目前已查明了欧洲构造运动、沿海低地沉降、滑坡、地下水开采引发的地面沉降、废弃矿山地面塌陷等地质灾害。

根据“土壤保护主题战略”，欧盟委员会于2009年启动了“欧洲流域土壤变化”项目，对以土壤为核心的地球关键带进行长期观测，监测内容主要包括陆地-大气水碳转化、土壤含水量变化、孔隙水化学、地表水—土壤水—地下水转化、土壤长期演化等。

（三）机理研究

基于自然资本的理念，欧盟认为地下水不仅为经济发展提供了所需的水资源，而且作为生态系统的重要组成为经济社会提供了所必需的生态服务：维持地下水位，防止地面沉降；补给地表水；污染物净化与过滤；热能储存介质等^[71]。近年来，欧盟地下水科学研究重点包括地下水环境作用、地下水生态系统和污染物污染机理研究等方面。Wendland等基于含水层岩相、水文条件、水动力条件研究提出了欧洲含水层生境分类^[72]；Hahn等研究提出了地下水生境分类的层次模型：宏观尺度，群落受生物地理特征影响，中观尺度，受含水层的水文地质条件控制；局域尺度下，群落取决于与地表水的水文交换以及相应的来氧气和营养物的补给^[73]；Griebler等针对地下水生态系统状态评估、自然背景值、生物指标进行了研究，提出了地下水生态系统生态评估概念框架^[74]。地下水污染方面，重点开展了氮、磷等有机污染研究。Folkard等对英国境内209个供水井中的挥发性有机污染物进行了调查，发现TCE和PCE是最主要的有机污染物；Cavallero等研究发现工业原料和废弃物是造成意大利米兰地区地下含水层严重有机污染的主要原因；Keuskamp等研究提出了欧盟尺度地下水氮迁移转化模型^[75]。

欧盟土壤保护专题战略将地质灾害列为危害土壤的8种威胁之一，加强了滑坡等地质灾害机理研究，重点包括滑坡诱发机制与滑动过程研究，不同规模、强度、发生机制的滑坡风险定量评估方法研究，气候变化、人类活动和政策变化对滑坡风险模式的研究，滑坡风险管理策略（包括风险降低措施和预防措施）研究，早期预警系统和遥感监测技术研发等^[8]。为了推进不同空间尺度的地质灾害风险评估与区划研究，欧盟实施了安全国土计划，以提高各成员国地质灾害评价与风险评估能力。欧盟委员会联合研究中心对各成员国地质灾害数据库建设情况进行了梳理，认为有6个国家地质灾害数据库可以支持风险分析，有14个国家地质灾害只能支持易损性分析，需要补充大量信息才能开展欧盟层面的地质灾害风险区划^[76]。欧盟还提出了综合性地质灾害控制与管理的概念，通过建立综合性地质灾害（地面塌陷、滑坡、泥石流、火山、地震等）预警系统，提升地质灾害应对水平和能力。

2002年欧盟环境行动计划确立了应对气候变化为未来优先发展的目标，并于2009年颁布CO₂地质储存指令，有力地推进了CO₂地质储存机理与技术研究。近年来，开展了欧洲CO₂点源、基础设施以及地质储存的GIS编图，评价了欧洲深部咸水含水层、油气构造与煤层中CO₂的地质储存能力。在此基础上，研发了各种CO₂的捕获与储存技术，包括从工业能源消耗中分离CO₂技术、CO₂运输技术、石油天然气田或咸水含水层储存技术。2009年，世界首座燃煤氧燃烧捕获CO₂地质储存发电厂示范项目在德国的Spremdurg建成运营，所捕获的CO₂通过公路气罐车运往Ketzin的研究试验基地，注入地下咸水含水层^[77]。