發(fā)布時間：2016-02-23 14:15

地下水水文學(xué) - 簡介

地下水水文學(xué)

它和主要研究地下水起源、類型、分布、運動、化學(xué)成分的形成和地質(zhì)環(huán)境的水文地質(zhì)學(xué)（hydrogeology）關(guān)系密切，但研究內(nèi)容各有側(cè)重。地下水是自然界的一種水體，地下徑流是水文循環(huán)的一個環(huán)節(jié)，地下水資源是水資源的重要組成部分。所以地下水的研究，不僅有理論意義，而且在解決供水、排水和土壤鹽漬化的防治等方面有實際意義。

地下水水文學(xué) - 發(fā)展歷史 　

水文地質(zhì)勘測

地下水水文學(xué)的發(fā)展史可分為三個時期：

①萌芽時期。從公元前7世紀至公元16世紀,這兩千多年期間，人們只限于對現(xiàn)象的直接觀察和推測。柏拉圖推測,地下有個巨大的洞穴,其中的水便是河流的水源。中國唐代柳宗元（773～819）在《天對》中說：“脈穴土區(qū)，而濁濁清清。壚疏，滲渴而升。充融有余，泄漏復(fù)行。”記述了地下水在巖土空隙中的存在，它的滲入、蒸發(fā)和流動等現(xiàn)象。

②奠基時期。從公元17世紀到20世紀初,科學(xué)家們通過觀察、試驗和分析,提出了一系列關(guān)于地下水形成和運動的重要概念、定律和方法。法國科學(xué)家研究了地下水毛細管上升現(xiàn)象，得出砂中毛細管水上升高度小于 1米。法國學(xué)者E.馬略特測量了由雨水入滲補給的地下水量，得出了泉水是由降雨入滲補給的重要結(jié)論。1856年，法國工程師通過試驗建立了地下水滲流的基本定律，奠定了地下水運動的理論基礎(chǔ)。1863年,法國學(xué)者J.-J.裘布衣根據(jù)實際的潛水面坡度很小的事實,作了一些簡化和假定,運用達西定律導(dǎo)出了地下水井流公式。1870年德國人A.蒂姆改進了裘布衣公式，從而可用穩(wěn)定流抽水試驗來計算滲透系數(shù)等參數(shù)。這些工作,為地下水水文學(xué)的發(fā)展,奠定了基礎(chǔ)。

③發(fā)展時期。從20世紀初到20世紀80年代前期，由于生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的進步，，地下水水文學(xué)逐漸形成一門獨立的學(xué)科,并得到迅速的發(fā)展。1928年,美國學(xué)者O.E.邁因策爾論述了承壓含水層的可壓縮性和彈性，為地下水非穩(wěn)定理論的建立準備了比較豐富的實踐基礎(chǔ)。1935年，美國學(xué)者C.V.泰斯利用地下水非穩(wěn)定流動和熱傳導(dǎo)之間的相似性，導(dǎo)出了著名的泰斯公式。1937年美國學(xué)者M.馬斯克特在《均勻流體通過多孔介質(zhì)的流動》一書中,用數(shù)學(xué)方法較系統(tǒng)地論述了地下水的運動。1954年英國學(xué)者N.S.博爾頓導(dǎo)出了潛水完整井非穩(wěn)定流的方程。1930年荷蘭水文工程師G.J.德赫萊用數(shù)學(xué)方法分析地下水滲過弱透水層的越流現(xiàn)象。地下水污染的研究，從60年代以后得到發(fā)展。

中國在1949年以后，在大面積范圍內(nèi)對地下水資源評價、地下水水位及開采量的預(yù)報、水文及水文地質(zhì)參數(shù)的確定和地下水調(diào)節(jié)計算等方面作了許多工作，取得了成果。

地下水水文學(xué) - 研究內(nèi)容 　

地下水水文信息模擬圖

地下水水文學(xué)的研究內(nèi)容可歸納為：

①地下水的形成。地下水主要來自大氣降水和地表水的入滲，在灌區(qū)還有灌溉水的入滲。入滲的水在地下經(jīng)過重新分配（儲存、蒸發(fā)和水平排泄）組成自然界水文循環(huán)的一部分。地下水水文學(xué)研究地下水在自然界水循環(huán)中的作用，研究它與降水、蒸發(fā)、地表水之間的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化，它的補給、排泄、與此有關(guān)的水文和水文地質(zhì)參數(shù)（如降水入滲補給系數(shù)、給水度等）和地下水資源評價等。

②地下水運動。地下水在重力和壓力作用下產(chǎn)生滲流運動。地下水運動的基本定律是達西定律，可根據(jù)質(zhì)量守恒原理和達西定律推導(dǎo)出不同條件下地下水運動的數(shù)學(xué)物理方程。計算地下水運動的基本方法是求出這些方程在各種初始條件和邊界條件下的解。利用地下水運動方程的解，可以預(yù)測未來某時某地的地下水水位等水文要素,也可以計算導(dǎo)水系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù),為地下水資源評價提供可靠的依據(jù)。

③。也稱地下水動態(tài)，指地下水水位、水量、水質(zhì)、水溫等要素在自然和人為因素影響下發(fā)生的變化。研究這些變化規(guī)律，建立各要素在時間和空間上的定量關(guān)系。通常利用觀測站和試驗場，進行地下水觀測和野外試驗，利用取得的資料,計算水文和水文地質(zhì)參數(shù),評價地下水的補給量、儲存量和允許開采量、監(jiān)測地下水的水質(zhì)以防止地下水的污染等。

④地下水的合理開發(fā)與管理。地下水開發(fā)應(yīng)在查明地下水資源的基礎(chǔ)上統(tǒng)籌安排、合理規(guī)劃。地下水的管理除了制訂規(guī)劃之外,還要建立地下水管理機構(gòu);進行水資源的合理調(diào)配；規(guī)定開采地下水的技術(shù)要求；保護水源，防止污染；防治因抽水引起的地面沉降或坍陷、海水入侵，以保證長期安全供水等。

地下水水文學(xué)內(nèi)容還包括：包氣帶、土壤水、潛水、承壓水、含水層、泉、地下水運動（達西定律、滲水系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、給水度、釋水系數(shù)、降水入滲補給系數(shù)、灌溉水入滲補給系數(shù)）、地下水預(yù)報、地下水計算（地下水模擬）、、地下水管理等。

地下水水文學(xué) - 研究途徑和手段 　

地下水水質(zhì)類別分類圖

地下水水文學(xué)研究途徑主要有兩個方面：
①數(shù)學(xué)物理途徑。根據(jù)地下水水情和影響因素之間的物理聯(lián)系,建立它們之間的定量關(guān)系,例如，用水量平衡法求各平衡要素之間的定量關(guān)系，按一定的初始條件和邊界條件求解地下水運動的數(shù)學(xué)物理方程。
②統(tǒng)計途徑。根據(jù)大量實測資料，用概率統(tǒng)計原理研究地下水各種水文要素的統(tǒng)計規(guī)律，進行地下水預(yù)報和地下水計算。

主要的研究手段有：
①鉆探、地球物理勘探和遙感技術(shù)。主要用于查明含水層埋藏條件、空間分布和含水層的性質(zhì)。
②試驗和觀測。包括抽水試驗、井泉的地下水動態(tài)觀測和土壤水觀測等。
③地下水模擬技術(shù)。例如，電模擬中把電阻電容組成網(wǎng)絡(luò)，用于模擬區(qū)域地下水流系統(tǒng)等。
④同位素技術(shù)。用來研究土壤水含量、地下水的起源、年齡和運動（見水文核技術(shù)）。

地下水水文學(xué) - 與其他學(xué)科的關(guān)系 　

地下水利用分類示意圖

地下水的形成與分布，同地質(zhì)、地理環(huán)境有密切聯(lián)系。因此，地下水水文學(xué)與地質(zhì)學(xué)和地理學(xué)有關(guān)。地下水運動的研究要以水力學(xué)和流體力學(xué)的基本理論為基礎(chǔ)。在地下水動態(tài)資料的分析和地下水預(yù)測中廣泛應(yīng)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計學(xué)。由于地下水水文學(xué)是從水文循環(huán)的觀點來研究地下水的，因而它與氣候?qū)W、、土壤學(xué)有密切聯(lián)系。地下水質(zhì)評價，要運用水化學(xué)和水文地球化學(xué)知識。此外，系統(tǒng)分析理論在地下水的開發(fā)利用中已逐漸得到采用。

地下水水文學(xué)中有些問題如降水、地表水和地下水三者的轉(zhuǎn)化關(guān)系，地下水資源及其最優(yōu)開發(fā)及管理等研究較少，不少方面尚處于探索階段。在大區(qū)域內(nèi)的復(fù)雜的水文地質(zhì)條件下，確定含水層參數(shù)尚無完善的辦法。開展水均衡要素室內(nèi)和室外的觀測和試驗研究，建立新的數(shù)學(xué)物理模型，應(yīng)用電子計算機和電模擬技術(shù)，可能使上述問題逐步取得進展。另外，污染物質(zhì)的彌散、含水層溫度場、地下水動態(tài)規(guī)律與預(yù)測等領(lǐng)域，也可望有更多的研究。

地下水水文學(xué) - 相關(guān)學(xué)科

河流水文學(xué)  (river hydrology, potamology)

湖泊水文學(xué)  (lake hydrology, limnology)

沼澤水文學(xué)  (swamp hydrology)

冰川水文學(xué)  (glacial hydrology)

    (snow hydrology, cryology)

水文氣象學(xué)  (hydrometeorology)

區(qū)域水文學(xué)  (regional hydrology)

海洋水文學(xué) (oceanology)

本文編號：29716