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水文地质学是研究地下水的数量和质量随空间和时间变化的规律，以及合理利用地下水或防治其危害的学科。
在不同环境中地下水的埋藏、分布、运动和组成成分均不相同。查明上述各方面状况，可为科学地利用或防治地下水提供根据。水文地质学对地下水的研究，着重自然历史和地质环境的影响，同主要用水文循环和水量平衡原理研究地下水的地下水水文学关系密切，只是研究的侧重点稍有不同。
水文地质学发展简史
人们早在远古时代就已打井取水。中国已知最古老的水井是距今约5700年的浙江余姚河姆渡古文化遗址水井。古波斯时期在德黑兰附近修建了坎儿井，最长达26公里，最深达150米。约公元前250年，在中国四川，为采地下卤水开凿了深达百米以上的自流井。中国汉代凿龙首渠，是一种井、渠结合的取水建筑物。在利用井泉的过程中，人们也探索了地下水的来源。法国帕利西、中国徐光启和法国马略特，先后指出了井泉水来源于大气降水或河水入渗。马略特还提出了含水层与隔水层的概念。
1855年，法国水力工程师达西，进行了水通过砂的渗透试验，得出线性渗透定律，即著名的达西定律，奠定了水文地质学的基础。1863年，法国裘布依以达西定律为基础，提出计算潜水流的假设和地下水流向井的稳定流公式。1885年，英国的张伯伦确定了自流井出现的地质条件。奥地利福希海默在1885年制出了流网图并开始应用映射法。
19世纪末20世纪初，对地下水起源又提出了一些新的学说。奥地利修斯于1902年提出了初生说。美国莱恩、戈登和俄国安德鲁索夫在1908年分别提出在自然界中存在与沉积岩同时生成的沉积水。1912年德国凯尔哈克提出地下水和泉的分类，总结了地下水的埋藏特征和排泄条件。美国迈因策尔于 1928年提出了承压含水层的压缩性和弹性。他们为水文地质学的形成作出了重要贡献。
泰斯于1935年利用地下水非稳定流与热传导的相似性，得出了地下水流向水井的非稳定流公式即泰斯公式，把地下水定量计算推进到了一个新阶段。20世纪中叶，苏联奥弗琴尼科夫和美国的怀特在水文地球化学方面作出了许多贡献。到第二次世界大战结束时，在地下水的赋存、运动、补给、排泄、起源以至化学成分变化、水量评价等方面，均有了较为系统的理论和研究方法。水文地质学已经发展成为一门成熟的学科了。
20世纪中叶以来，合理开发、科学管理与保护地下水资源的迫切性和有关的环境问题，越来越引起人们的重视。同时，人们对某些地下水运动过程有了新的认识。1946年起，雅可布和汉图什等论述了孔隙承压含水层的越流现象。英国博尔顿和美国的纽曼分别导出了潜水完整井非稳定流方程。
由于预测地下水运动过程的需要，促进了水文地质模拟技术的发展。20世纪30年代开展了实验室物理模拟。40年代末发展起来的电网络模拟，到50～60年代在解决水文地质问题中得到应用。
由于电子计算机技术的发展，70～80年代，地下水数学模拟成为处理复杂的水文地质问题的主要手段。同时，同位素方法在确定地下水平均贮留时间，追踪地下水流动等研究中得到应用。遥感技术及数学地质方法也被引进，用以解决水文地质问题。对于地下水中污染物的运移和开采地下水引起的环境变化，引起广泛的重视。20世纪60年代以来，加拿大的托特提出了地下水流动系统理论，为水文地质学的发展开拓了新的发展前景。
水文地质学基本内容
水文地质学是从寻找和利用地下水源开始发展的，围绕实际应用，逐渐开展了理论研究。目前已形成了一系列分支。
地下水动力学是研究地下水的运动规律，探讨地下水量、水质和温度传输的计算方法，进行水文地质定量模拟。这是水文地质学的重要基础。
水文地球化学是水文地质学的另一个重要基础。研究各种元素在地下水中的迁移和富集规律，利用这些规律探讨地下水的形成和起源、地下水污染形成的机制和污染物在地下水中的迁移和变化、地下水与矿产形成和分布的关系，寻找金属矿床、放射性矿床、石油和天然气，研究矿水的形成和分布等。
供水水文地质学是为了确定供水水源而寻找地下水，通过勘察，查明含水层的分布规律、埋藏条件，进行水质与水量评价。合理开发利用并保护地下水资源，按含水系统进行科学管理。
矿床水文地质学是研究采矿时地下水涌入矿坑的条件，预测矿坑涌水量以及其他与采矿有关的水文地质问题。
农业水文地质学的内容主要包括两方面，一方面为农田提供灌溉水源进行水文地质研究；另一方面为沼泽地和盐碱地的土壤改良，防治次生土壤盐碱化等问题进行水文地质论证。
地热是一种新的能源，如何利用由地下热水或热蒸汽携至地表的地热能，用来取暖、温室栽培或地热发电等，以及地下热水的形成、分布规律，以及勘察与开发方法等，是水文地热学的研究内容。
区域水文地质学是研究地下水区域性分布和形成规律，以指导进一步水文地质勘察研究，为各种目的的经济区划提供水文地质依据。
古水文地质学是研究地质历史时期地下水的形成、埋藏分布、循环和化学成分的变化等。据此，可以分析古代地下水的起源与形成机制，阐明与地下水有关的各种矿产的形成、保存与破坏条件。
地下水的形成和分布与地质环境有密切联系。水文地质学以地质学为基础，同时又与岩石学、构造地质学、地史学、地貌学、第四纪地质学、地球化学等学科关系密切。工程地质学是与水文地质学是同时相应发展起来的，因此两者有不少内容相互交叉。
地下水积极参与水文循环，一个地区水循环的强度与频率，往往决定着地下水的补给状况。因此，水文地质学与水文学、气象学、气候学有密切关系，水文学的许多方法也可应用于水文地质学。地下水运动的研究，是以水力学、流体力学理论为基础的，并应用各种数学方法和计算技术。
水文地质学的发展趋势是：由主要研究天然状态下的地下水，转向更重视研究人类活动影响下的地下水；由局限于饱水带的含水层，扩展到包气带及“隔水层”；由只研究地壳表层地下水，扩展到地球深层的水。
预计今后的水文地质研究，在下列方面将有突破：裂隙水与岩溶水运动机制和计算方法；地下水中污染物和温度运移机制和计算方法；粘性土的渗透机制；包气带水盐运移机制；水文地球化学和同位素水文地质学，地下水数学模型；地球深层水文地质。
什么是水文特征
简单地说就是地下水
水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要，水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来，水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透，又形成了若干新领域。 二、课程研究对象
1.概念
地下水（groundwater）：赋存并运移于地下岩土空隙中的水。含水岩土分为两个带，上部是包气带 ，即非饱和带 ，在这里，除水以外，还有气体；下部为饱水带，即饱和带，饱水带岩土中的空隙充满水。狭义的地下水是指饱水带中的水。
2.地下水
利：①分布广泛，便于就地开采使用；②洁净、不易被污染，水质普遍较优；③不占用地表空间；④动态比较稳定；⑤供水量受气候变化影响较小，具有较大到调蓄能力等。
害：①不合理的灌溉可造成次生盐碱化；②过量开采，可造成：在沿海地区，海水入侵，水质恶化；地面沉降，使区内建筑物失去稳定；不同含水层之间诱发水力联系，产生水的混合作用，使水质恶化；岩溶区地面塌陷；③其它，如矿坑涌水、基础及边坡的稳定问题等。
功能：①资源（不难理解）；②生态环境因子；③灾害因子（干旱或洪水）；④地质营力（滑坡、泥石流等）；⑤信息载体（找矿等）。
水文地质基础知识
尽管19世纪已开始使用水文地质学一词，但到20世纪初科学家Mead才给出这个术语一个广泛的含义：水文地质学是研究地表以下水的发生与运动。20世纪50年代末期到80年代早期这将近30年的时间里，水文地质学一下子成熟了，成为地球科学羽翼丰满的一员。1960年之前，水文地质学主要是地质学家的领域，作为一个自然科学家，对于控制地下水流动的因素和规律，毫无兴趣或者知之甚少，任凭差分方程式去加以描述。另一方面，工程师在估算井的单位出水量和总出水量时，只顾得计算，处于岩层“透水”和“不透水”之间的灰域之中，无所适从。久远以前直到20世纪50年代，两种分叉的、几乎完全独立的方法，各不相关地沿着平行的路径研究着地下水；一边被科学家好奇心所驱使；另一边受到工程师务实精神的推动。两个分支的演变在时间上也可以分为两个阶段：以理论与假说的定量表述，以及数学上的严格推导为其分界（图1）。17世纪处在“自然科学分支”的“猜想”阶段，关于泉的成因以及水循环，出现了首批记录在案的问题与解答。伟大的思想家们，从公元前8世纪的荷马开始，包括亚里士多德、泰勒斯（Thales）、柏拉图，甚至笛卡儿和开普勒（17世纪）都曾猜想：泉水来源于海洋中挤榨出来的水，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，在另一个阵营中，波尔洛（Marcus Vitruvius Pollo）认为，泉来源于入渗的雨水，这一看法受到文奇（Leonardo da Vinci）和帕利西（Bernard Palissy，16世纪）的支持。定量水文观测始于17世纪，佩罗（Pierre Perrault，1608-1680）在塞纳河盆地测量了3年降水量，得出降水量是河流流量的6倍。马利奥特（Mariotte，1620-1684）验证了佩罗的观测结果，而哈雷（Halley，1656-1742）证明了注入地中海径流的不足部分消耗于蒸发。梅瑟利（La Metherie，1791）开始测量岩石的渗透性，将入渗水区分为地表径流和深部储存，于是，水均衡的初步概念形成了。20世纪50年代晚期到60年代早期，也许是由于偶然的巧合，也许是由于下意识地交流渗透，绝对隔水性的观念受到来自两个分支的强烈质疑——工程师们从评价含水层和井的出水量出发产生疑问，而地质学家在研究盆地地下水流动时发现了问题。雅可布、汉图斯、诺曼（Neuman）、威瑟斯庞等，引入并发展了越流含水层的概念，并将其扩展到盆地尺度的含水层系。自然科学分支这边，托特的均质的“统一盆地”被弗里泽和威瑟斯庞“非均质化”了，通过数值模拟，揭示了不同形态、不同规模含水岩系的基本流动型式。两方面共同的最终结论是，岩体存在水力连续性。基于岩体存在水力连续性的结论，很快人们就认识到，存在着时空尺度差别很大的流动系统，而每个系统具有自己的作用过程与伴随现象。于是，统一的观念诞生了，不断流动着的地下水是一种地质营力。1980年前后，可以看作研究地下水的自然和工程科学两个分支的融合，从此进入成熟的当代水文地质学发展阶段。这个地球科学的新成员，既是一门基础学科，也是一个专门性分支。为了更好地理解几乎所有的地质活动，绝对有必要熟悉当代水文地质学的基本理论。与此同时，需要培养具有独特的教育和专业背景的、全职的水文地质学家。就我国来讲，水文地质学的发展历史是与新中国的建立与发展分不开的，近半个世纪以来，水文地质学的成长与发展大致可划分为两个阶段：从20世纪50年代到70年代中期，可称为奠基阶段，主要接受前苏联学术思想的影响，基本依照前称联模式。从20世纪70年代后期到90年代，可以称为发展阶段，这一时期由于实行改革开放政策，国内外学术交流日益频繁，因此受西方学术思想影响较多，特别是系统科学、环境科学、现代应用数学与计算机技术等新思想、新理论与新技术的输入，使水文地质学的基本概念与研究范畴发生了巨大的变革，使水文地质学从定性研究进入到了定量研究阶段，纳入到系统工程的轨道，与现代科学更紧密地融合了起来，因此我们把20世纪50年代到70年代奠基阶段的水文地质学称为传统水文地质学，而20世纪70年代后期至90年代发展阶段的水文地质学，称为现代水文地质学（图2）。现代水文地质学的基本特征主要有：①与现代科学的新理论新学科紧密结合，比如系统论、信息论、控制论及相应产生的系统科学、环境科学、信息科学等，对水文地质学的发展产生了重大影响；②现代应用数学与水文地质学的结合，特别是数值模拟方法得到普遍应用，模型研究成为水资源研究的主要内容，使水文地质学从定性研究发展到定量研究的新阶段；③从地下水系统与自然环境系统相互关系的研究，扩大到与社会经济系统关系的研究。对地下水资源的研究，也从数学模型发展到管理模型与经济模型的研究；④许多新的分支学科的产生与发展，比如区域水文地质学、岩溶水文地质学、遥感水文地质学、环境水文地质学、医学环境地球化学、污染水文地质学以及数学水文地质学、水资源水文地质学；⑤新技术、新方法的应用、除计算机技术外，遥感技术、同位素技术、自动监测技术，室内模拟技术，以及高精度水质分析技术等，都得到普遍应用，推动了水文地质学的发展。这要强调一点：水文地质学领域中的许多研究都是由水文地质学家、地质学家、水文学家和气象学家等多个学科领域的专家学者联合来完成的。
水文地质学名词解释
水动力特征不同，水化学特征自然也不同。
上升泉由区域流动系统补给，流程长，水循环交替缓慢，矿化度自然高；
下降泉由局部流动系统补给，流程短，水循环交替迅速，矿化度就低。
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今后水文地质学研究重点
环境问题的研究，已是当前世界各国十分突出的一个问题。环境水文地质学的诞生和发展是和环境地质学的诞生和发展紧密相关的。可以说，从20世纪60年代初期出现环境地质学起，就开始有了环境水文地质学的雏形，严格地说，它是环境地质学的一个分支。
环境地质学的含义和研究范畴，不同学者有其不同的见解。最早使用“环境地质学”这个名词的是1962年Tames E.Hackett，他认为“环境地质学是研究和使地质学达到协调和完善状况的一个新方向”。Peter T.Flawn则认为“环境地质学是研究城市、乡村和原始地区人类土地利用的全过程，它包括自然资源的寻找和开发、废物的处理、块体运动和构造运动的效应、地球物质组分对人体健康的影响效应。它涉及到陆地、海洋和大气圈，甚至由于地球人口和工业的集中，产生巨大的热柱和烟柱的效应，都可以应用环境地质这个名词”。Willian J.Wayne和Flawn等在1968年和1970年相继提出：“城市地质学一词与环境地质学实际上是同义词”，“城市地区是公认的环境地质学最重要的焦点”等。但是，与此同时，也有学者持相反的意见，如Gordon B.Oakeshott（1970）认为“环境地质是一种荒谬的名词”，“所有地质学都是环境的……”。
不论各位学者的看法如何，环境水文地质学作为环境地质学的一个分支，它的发生与发展是和世界人口的增加、城市化程度的迅速增长、特别是为供水目的过量抽取地下水而导致的地面沉降、含水层枯竭、水质恶化等一系列环境水文地质问题的发生与发展过程密切相关。而且，目前环境水文地质学涉及的研究范围已远远超过了岩石圈和水圈而延伸到大气圈和生物圈，并和人类赖以生存的社会、环境、生态和经济等密切联系。
近二三十年来，该学科在我国发展迅速。原地质矿产部曾先后于1979年10月和1983年3月分别在西安和杭州召开了北方与南方地区有关环境水文地质的经验交流会，着重讨论了我国各地地下水的污染现状、成因、形成机理与环境质量评价等问题。又如，1979年在北京召开的“地下水人工补给”学术讨论会；1980年在上海召开的“全国地面沉降”学术研讨会；1982年11月在重庆召开的水文地球化学学术讨论会等。总之，从20世纪80年代初至今有关环境水文地质专题研究的各种学术会议很多。在科学研究方面，自我国“八·五”科技攻关以来，每次攻关规划都有环境水文地质科学研究的项目。近几年，我国进行西部大开发，更是明确的以生态环境研究为重点。所有这些，都充分反映了我国环境水文地质学在20世纪已经进入了一个崭新的发展阶段。
应该着重指出的是，在我国环境水文地质学科的建立和发展过程中，陈梦熊院士有很大的贡献。他于1984年发表的“环境水文地质问题与环境水文地质学”（水文地质工程地质选辑20，地质出版社）一文中，在我国首次提出了环境水文地质这一新学科，继而，他又在1985，1990，1995和1996年陆续发表了一系列文章，论述了关于环境水文地质学这一新学科的基本概念、学科分支、研究内容与方法等。这些思想观念和理论基础，已被不少院校的教科书和有关论著所引用，影响深远。
目前，环境水文地质学根据其研究的内容和方法，在我国已形成了不同的环境水文地质学分支。如资源环境水文地质学、污染水文地质学、病理环境水文地质学、工程水文地质学、生态环境水文地质学（陈梦熊，1985年）等，这在1987年7月第28届国际地质大会以来的历届地质大会的有关环境地质分会的内容上都有反映。
总之，环境水文地质学是一门应用地质科学，是研究天然和人为作用下，由于环境水动力作用和水文地球化学作用变化所造成的环境水文地质问题。如，土壤盐碱化、森林退化、水污染、海水入侵、地面沉降、水源枯竭等有关环境地质副作用的发生、发展的物理、化学过程及其计算机模拟和预测；从水文地球化学和水文地质动力学原理出发，环境水文地质学还研究水和岩石相互作用的机理以及人类和自然交替作用过程中水文地质环境保护的措施；研究向地球索取更多优质水的方法和措施等。这些研究既包括水资源合理开发利用的一系列水动力学和水化学的理论和方法研究，也包括与海水入侵、污水处理等有关的一套工程技术，如污水的化学、物理化学、微生物化学和生物工程等的处置方法和措施的研究。
环境水文地质研究的目的是为了改造环境，以达到控制和消除有害作用，保护和合理利用地下水资源，使其有利于人类生存和发展生产的目的。其研究的范畴应包括各种水资源，如大气降水、地表水、地下水以及再生水、资源化水等的形成发展、演化的机制和治理对策，以及与大气圈、岩石圈、生物圈之间的相互影响，相互制约的内在联系的研究。显然，在当前全世界面临水资源短缺和环境恶化的形势下，环境水文地质工作及其学科发展的前景必定越来越宽阔。
