Question

水文地质调查

Answer 1

美国水文地质调查经历了一百多年的发展，在该领域长期居于国际领先地位，影响和引导了国际水文地质学的发展方向。表6-1列出了美国不同发展阶段的经济社会特征和水文地质发展特点。美国地质调查局(USGS)始终把地下水资源评价作为优先开展的重点工作。早期在一些地区进行的地下水调查工作成为全国地下水调查的起点，例如Darton在中部大平原的地下水调查、Mendenhall在加利福尼亚州洛杉矶地区的地下水调查^［1］。Meinzer自1923年开始陆续出版了一系列报告，首次对全国地下水资源进行了定性评估。20世纪30年代至60年代中期，USGS以州为单位先后对各个州的地下水资源进行了调查，采用均衡法对各个州的地下水资源进行了初步估算。20世纪70年代USGS对全国21个区域开展了水文地质调查和地下水评价工作，在对区域地质、水文地质条件调查和地下水区划的基础上，对地下水补给、地下水排泄等地下水均衡要素进行了估算，提出了地下水优化管理的对策。1978年USGS启动了“区域含水层系统分析项目(RASA)”。RASA项目历时近20年，调查和研究了全国28个以流域为单元的含水层系统。该项目采用三维有限差分地下水流数值模型，通过模拟地下水开发前后地下水的动态变化，确定了地下水补给、排泄和均衡要素的变化，使地下水资源的评价精度得到显著提升。以RASA项目成果为基础，从1990年到2000年先后编制出版了各个含水层系统的地下水图集。美国地下水图集采用不同的比例尺(1∶250万～1∶10万)集中展示了地下水调查和研究成果。继区域含水层系统分析项目(RASA)之后，USGS于1998年启动了新一轮地下水资源调查———地下水资源计划(GWRP)，调查的范围从过去的以州为单位改变为整个含水层系统、水文系统、生态环境系统，所面对的问题由当前的问题转向长期的水资源可持续利用问题^［2］。随着人们改善和保护生态环境的意识不断增强，水文地质工作开始由过去的以资源为重逐渐转变为资源和环境并重，近年来日益重视地下水的生态作用。1992年，美国颁布了《国家地质填图法》，设立了以美国地质调查局为主导的全国合作地质填图计划(NCGMP)，将全国的地质填图工作统一起来。水文地质属于地质填图计划的重要内容之一，主要任务是通过1∶2.4万比例尺为主的水文地质调查，建立地下水运动的三维地质框架。全国合作地质填图计划(2007～2011年)确定，到2010年所建三维地质框架将覆盖美国含水层的12%。

英国的水文地质调查研究水平较高，1∶5万比例尺新一轮工作完成了国土面积的65%以上。在城市填图中根据具体城市发展和建设的需要进行专门填图。法国开展了1∶5万比例尺水文地质填图，进行了地下水污染的调查研究工作，开展了全国范围地下水氮化物和亚硝酸盐的调查工作，建立了法国地下水资源水质数据库。印度完成了大部分国土1∶5万或1∶6.3万比例尺的系统填图，1994年开始进行第二轮地质填图，重点是资源环境保障程度方面的调查。日本在完成本土水文地质填图的同时，进行了列岛及其周围海域地质调查。日本特别重视地下水资源的开发利用和保护工作，每5年开展一次水质调查。

表6-1 美国不同经济社会发展阶段的水文地质调查发展特点

综合学科本身、实践应用、发展驱动力以及与社会的关系四个方面，国际水文地质调查可能将呈现以下几个趋势:

(1)资源和环境、生态并重的地下水资源可持续管理是水文地质学的重要应用研究主题。地下水管理既要保障社会稳定的水供给，又要不影响未来长远的水资源利用，避免可利用地下水资源在数量和质量上大幅度降低。这项重要的主题包括很多内容，例如地表水和地下水的联合调蓄和协调开发;地下水含水层获得补给的途径和机制;近河岸带和生物栖息地地下水水质保护，恢复由于人类影响而退化的地下水含水层;影响地下水资源利用和分配的社会-经济规律和管理模式;地下水疏干区的定量跟踪和调控;岩溶含水层和基岩裂隙水的保护性开发等。

(2)近地表水文地质过程成为水文地质学与其他学科交叉渗透的重要理论研究主题。近地表地质圈包括土壤、包气带、浅层地下水、生物栖息地、湿地、河溪下层区和农业用地等。包气带是介于潜水面和地表之间的多孔介质，化学风化、有机质分解、氮素固定等其他化学物质循环过程均发生在包气带，也是地下水补给、污染物向地下水运移的必经之路。湿地和河溪下层区是水生生态环境向陆地生态环境的过渡区，是生物地球化学、生态学和水文地质学的交叉领域。农田是深受人类活动影响的生物栖息地。以前灌溉工作者所采取的措施集中于局域尺度。因此，灌溉农业管理应从区域水文地质系统的尺度着手，而实现这一目标需要水文地质学与土壤学、地貌学、农学、生态学进行交叉渗透^［3］。

(3)利用新技术进行地下水监测、调查和研究成为水文地质学技术方法发展的重要主题。无论是对水文地质系统进行更加完善的管理和调控，还是及时发现和预测社会经济活动对水文地质系统所产生的不良后果，都需要对水文地质要素进行长期准确的监测。水文地质要素动态监测网的优化设计和自动化实时监测技术的发展，是地下水调查和研究的重要基础设施。同位素技术和遥感技术将继续发展，越来越多地用于地下水调查和研究。基于GIS的模型技术将进一步推动水文地质系统的定量化研究，成为水文地质工作的重要工具。

(4)水文地质系统微生物研究和海洋水文地质研究成为水文地质学自身发展的重要前沿领域。已有的研究成果表明，在化学风化、土壤形成、石油沉积、物质循环等水文地质过程中，微生物有着不容忽视的作用。然而关于微生物作用的机理至今尚不清楚。目前，微生物在用于治理土壤和地下水有机污染方面显示出了广阔的前景。海洋水文地质是一个新兴的研究领域，其主要目的在于更多地了解海洋海底岩层中的流体-岩石作用机制，揭示地壳作用机理，目前尚处在探索阶段。