水文地质学
水文地质学
水文地质学
水文地质学
水文地质学（hydrogeology）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。它研究在与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律以及如何运用这些规律兴利除害。
主要研究地下水的分布、运动和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源评价、开发及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。
　　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关系密切，只是研究的侧重点稍有不同。
　　随着科学的发展和生产建设的需要，学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文、供水水文地质学、、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、等方面的研究相互渗透，又形成了若干新领域，如环境水文地质学、地下水资源管理、水文地质学等。
　　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，进行了水通过砂的渗透试验，得出线性渗透定律，即著名的，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、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、、地史学、、地质学、地球化学等学科关系密切。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、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。
书名： 水文地质学
　　作　者：肖长来梁秀娟 王彪
　　出版时间：2010年03月
　　开本：16开
　　定价： 35.00 元
　　《水文地质学》针对当前国民经济建设的需要和、岩土工程、地质学等学科发展的需要，系统论述了水文地质学的基本概念、基本理论和方法；重点介绍了地下水形成与赋存的基本规律、地下水运动的基本规律、不同介质中地下水的重要特征、地下水的理化特征、地下水运动的基本理论、水文地质参数计算、水文地质勘察、地下水资源评价、建设项目地下水专题评价等。附录为专业术语中英文对照表。
　　《水文地质学》可作为高等学校地质学、地质工程、、土木工程、交通工程、资源勘查工程等专业的本科教材，也可作为水文与水资源工程、地下水科学与工程。环境工程、地质资源勘查、水利水电工程、采矿工程等相关专业的参考教材，还可作为水文地质、工程地质、环境地质等领域科技人员的参考书。
　　第1章地下水赋存规律
　　第2章 地下水运动规律
　　第3章地下水理化特征及形成作用
　　第4章 地下水系统及其循环特征
　　第5章地下水动态与均衡
　　第6章 不同介质中地下水的基本特征
　　第7章地下水运动的基本理论
　　第8章 水文地质参数计算
　　第9章 水文地质勘察
　　第10章 地下水资源计算与评价
　　第11章 建设项目地下水专题评价
　　附录 专业术语中英文对照表
　　参考文献
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&新路径，提升地学基础人才创新能力
文章来源： 国土资源报:李素矿 姚玉鹏 王焰
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新路径，提升地学基础人才创新能力----来自中国地质大学（武汉）的地学人才调查报告
日前，中国地质大学（武汉）承担的国家自然科学基金项目《我国地质学基础研究人才创新能力提升路径研究》、《我国地质学基础研究青年人才队伍建设研究》全面完成。　　当今世界，创新已成为国家建设和经济社会发展的主要驱动力，因此，在建设创新型国家和地学强国的进程中，培养以创新能力和实践能力为特征的地质创新人才，已经成为我国高等地质教育的重要任务及历史使命。　　在科学技术迅猛发展的今天，地质学研究已步入地球系统科学的发展时代，从各分支学科分别致力于不同圈层的研究，进入到对地球系统整体行为及其各圈层相互作用的研究；从区域尺度的研究，步入以全球视野对诸多自然现象与难题的研究；从以往偏重于自然演化的漫长时间尺度，发展到重视人类活动的影响及其调控。地质学发展趋势对于地质学基础研究人才创新能力提出了更新更高的目标要求。　　项目组在国家自然科学基金申请人员和项目的统计数据分析基础上，对我国现有地质学基础研究人才创新能力现状进行调查、总结和分析，探索了提升我国地质学基础研究人才创新能力的科学路径。　　我国地质学基础人才偏重资源与环境研究领域　　国家自然科学基金项目的申请数量可以反映基础研究队伍状况。　　数据显示，近年来各分支学科的申请数量都有所增长，但增长明显不均衡。以矿床学、石油天然气地质学和煤地质学为代表的地质资源领域相关学科，和以水文地质学、工程地质学、环境地质学和灾害地质学为代表的地质环境领域相关学科，申请数量增长更为显著；而以古生物地层学、矿物学、岩石学、第四纪地质学和构造地质学等学科为代表的基础地质学科，增长较为平缓，甚至没有明显增长。　　研究显示，地质环境和地质资源两个领域相关学科与基础地质学科申请数量的高速增长，经过数年的积累，已经明显改变了地质学的整体学科格局。基础地质学科的比例，由早期的60%左右，已降低到了50%以下。进一步分析还可以发现，即使作为基础学科考虑的沉积与盆地动力学，其中也包括了大量属于油气资源研究领域的申请项目；而矿物学中大量申请也侧重于环境矿物学或应用矿物学领域。因此，基础地质学科在申请总数中所占的比例，可能比数据所反映的还要低。　　这种学科分布格局反映出，我国地质学基础研究中，人才队伍正在向偏重资源与环境的研究领域分配和流动；而更为基础的一些分支学科，人才队伍增长则不明显。这样的学科格局，显然受控于国家战略中对资源和环境的紧迫需求，但这将影响源头创新思想的产生和基础知识的储备，对学科的长远发展不利。　　地质学人才队伍年龄结构具有明显分段特征　　数据显示，2001年以来，申请地质学基金项目的依托单位数量增加平稳，从2001年到2014年，增加了161%。进一步研究显示，2001年以来地质学申请单位的增加，是导致申请数增加的重要因素；各依托单位的申请数增长格局，总体上比较均衡，并未明显集中到少数申请数量较大的单位。　　在2000年之前，地质学基金项目申请人的年龄结构存在“双峰”，即“文革”前毕业的科研人员，和恢复高考后，特别是改革开放以来新成长起来的青年人才。但随着20世纪90年代后期“文革”前毕业的大批科研工作者陆续达到退休年龄，申请队伍过渡为“单峰”，集中在35~40岁这一年龄段，后续人才的情况令人担忧。　　进入21世纪后，申请人的年龄分布出现了新的变化。以2001年、2006年和2011年的统计数据为代表，申请项目负责人年龄呈现出稳定存在的数个峰值和低谷：主峰值为1963年左右出生，这批申请人大致在年进入大学学习，已成为申请基金项目的主要力量；次峰值相当于1956年左右出生，大致对应于恢复高考后第一批大学生，2001年处于44岁左右，2006年为50岁左右，2011年为55岁左右。　　2011年，随着青年基金数量的迅速增加，新的年龄峰正在形成，表现为一个比较宽的峰形，处于30岁至35岁，对应于年出生，是我国科研经费快速增长、科研条件改善的新时期所培养出的青年一代，已成为申请青年基金的主要力量。2013年的数据显示，除上述特征继续呈现外，年轻科学家所占的比例已明显攀升，表现为31岁左右的一个显著峰值。但是，36~46岁年龄段，或者说年出生的科研人员队伍的低谷，仍然非常显著。　　目前急需加速培养优秀青年地质科学家　　上述各年龄峰值之间的低谷，是我国不同时期国家政策和科技体制调整时留下的印迹。例如，“文革”导致了近十年的人才短缺；而20世纪60年代末至70年代初出生的科研人员数量的缺少，则反映了90年代初科研经费的短缺造成就业岗位减少，以及大学生毕业分配政策的变化，如，高等院校由计划分配转至双向选择，导致地质等艰苦专业毕业人才的流失；而高校招生计划的修改，使得地质专业招生人数大量压缩甚至部分地质专业的撤销，进一步导致了其影响周期延长。　　人才队伍年龄结构连续性不好，直接导致一定时期集中在同一年龄段的大批科研人员相互竞争加剧，在职称评聘、科研资源分配等方面出现相应的“瓶颈效应”的困境。例如，高校和研究所一度出现的高级职称人员多于中初级职称人员的人才倒置结构。　　与此相关，地质学人才结构长期存在的另外一个问题是青年人才的总体比例与其他学科相比持续偏低。虽然近年来地质学科青年科学基金与面上项目的申请数比例持续升高，显示青年人才不断进入地质学基础研究领域，使研究队伍得到补充，然而，地质学科的青年科学基金的比例长期低于地球科学部平均水平，也长期低于基金委员会的平均水平。究其原因可能是20世纪90年代以来，地质相关高校更名或并入其他高校，对地质类专业设置进行了调整和压缩，大量减少了招生人数，同时，地质学应用基础类分支学科调整为应用类学科，影响至今，并造成了地质学基础研究队伍的培养滞后于其他学科。而近十年国家对地矿行业的重视，使得青年科学家的培养数量相对于其他学科（基金委平均）有了显著的提升。　　国家自然科学基金从2012年起设立了优秀青年科学基金项目类别，作为青年科学基金与杰出青年科学基金的衔接资助类别，资助38岁以下（女性科学家40岁以下）的青年科学家，从而使基金项目人才系列更加完善，进一步促进青年人才快速成长。但对地质学科来说，优秀青年科学基金申请数量与其他学科有明显的差别。以2014年为例，全基金委杰出青年科学基金申请人数（2032人）与优秀青年科学基金申请人数（3314人）的比例为1：1.63；而地质学科杰出青年基金申请人数（56人）与优秀青年科学基金的申请人数（52人）比例为1：0.93，也就是说两者的申请数量在一定程度上是“倒挂”的。这充分说明，加速培养30~40岁年龄段青年地质学家的急迫性。　　提升地学人才创新能力，首先要建设课堂理论教学体系和课程体系　　地质学人才创新能力主要包括发现问题能力、野外实践认知能力、知识积累能力、科学预见能力、国际交流与合作能力、团队合作能力、学术领导能力、资源集聚优化能力、文化创新能力和学术贡献能力等。在借鉴和学习发达国家的基础上，我国地质学基础研究人才创新能力培养上，首先要建设课堂理论教学体系和课程体系。　　一是建设优化教学内容、教学方式、教学方法和教育理念为内容的课堂理论教学体系。　　教师要将学生能力的培养贯穿于教学各个环节之中。要优化教学内容，及时增加前沿知识、相关学科知识，注重交叉学科的讲授，引进国外优秀课程。同时，要把方法的获得、能力的提高作为教学内容，训练学生使用科学的方法和思维方式解决问题，让学生自己发现问题、提出问题，培养“问题”意识。　　设立学生创新项目专项基金，支持和鼓励本科学生的创新实践活动，建立科研激励机制和制度化的科研活动评奖评优制度，保障学生科学实践活动的顺利开展。　　加强入门性的研讨课和导师制的建设，切实改革以大班教学为主导的教学组织形式，开设研究性课程，设置特殊问题研究和独立研究讨论课程。推进多种形式、多个阶段、多种类别、多种成绩评定方式的考试制度改革，不断完善学生学习评价体系。培养学生的自学能力、动手能力和创新能力。　　二是完善知识结构、智能结构、素质结构及非智力结构协调发展的课程建设体系。　　高等地质教育课程体系既要适合我国国情，更要与国际高等地质教育接轨。创新人才培养的课程体系包括开发研究性教学课程、构建多样化的跨学科课程体系、内涵拓展与融入创新的课程。要推进地球科学类精品视频公开课和精品资源共享课程建设、加强地球科学教材建设，建设由公共基础课程、学科基础课程、专业基础课程、专业理论课程和野外社会实践课程组成的创新能力课程体系，甚至包括地球科学试题库和考试系统。要减少地质类专业课程的学时数，扩大通识专业课程，拓宽学生的专业知识面。　　建立跨学科选修制度，构建多样化跨学科课程，提高选修课的比例，优化学生的知识结构。创建跨校选修平台，鼓励不同学科的教师联合开设课程，本科生可共享研究生教育资源。增设创新教育课程，对学生进行创新能力的教育教学。　　构建野外实践基地、协同创新育人机制、创新能力生成体制等，都是提升地学人才创新能力的路径　　此外，我国地质学基础研究人才创新能力培养和提升路径还应体现在以下方面：　　一是构建野外实践基地、国家重点实验室的平台、地质学博物馆、参与项目研究为基础的实践育人体系。　　加强野外实践基地建设。引导更多的青年地质学工作者深入开展野外地质观测和采样工作。突显项目研究训练。搭建大学生创新教育平台，建立大学生创新实践教育保障体系，推进学生自主学习、合作学习、研究性学习；建立多层次、系统化的创新实践育人体系。　　二是构建平台共建共享、项目合作研究、国际学术表达、文化包容多样为要素的国际交流体系。　　开展地质科学引智工程，促进国际、国内人才双向交流，鼓励利用多种方式和灵活机制，从海外引进核心人才及团队，注重吸引和培养熟悉国外世界地质调查与地质科技的专门人才。鼓励科学家“走出去”，到国际学术组织当中担任职务，积极参与国际地质重大科技计划和科学工程，同时“请进来”，鼓励把国际学术机构的办事机构设在中国，欢迎国外科学家参与中国的地质科技计划。　　三是构筑国家、社会、学校、个人多层面的协同创新育人机制。　　建立教师创新“教”与学生自主“学”的互动机制，建立良性的教学生态系统，促进教学相长。加大国家和政府的支持力度，推进地质学大学生课程建设、实验设备的更新与完善、实习基地的建设、学术活动的举办与拓展、导师队伍的培训与建设以及师生的激励等。建立支持政产学研用结合的政策法规体系，调动企业以及科研机构与高校合作的积极性。　　四是创新重大科学工程、重大研究项目、基础研究基金项目、研究群体和基地的基础研究资助模式。　　按照大项目、大平台、大成果的要求，加强国家科学基金对基础研究项目的资助，发挥指挥棒作用，确保地球科学研究经费持续地高投入。突破传统资助模式，鼓励具有原创性和创新性的研究，特别是对具有基础性、探索性的研究加强资助。　　对于重大工程和科研项目，建立必要的针对人才培养的考核评估制度，充分发挥其在人才创新能力培养中的作用。以重大地质勘查和科技攻关项目为依托，大力培养创新型人才、复合型人才和科技领军人才；项目负责人中要有一定比例的中青年技术骨干。　　五是构建人才评价、人才项目、人才平台、人才环境和文化要素为一体的质量评价体系。　　构建地质学人才创新能力质量评价的科学体系，建立和完善相关规章制度，通过改革评价导向，促进学校科研发展和大学生教育教学，从讲任务成果总量向讲人均任务成果转变、从同质化向特色化转变、从单一学科向学科交叉转变、从低标准向高标准转变。　　本科教育阶段，加大课外科技活动、研究性课程的学习和熏陶，并争取参加国家自然科学创新人才培养计划。在研究生培养阶段，除进一步扩大知识面、训练研究能力外，更加重要的是要通过参加基金育才基金、导师的基础研究项目，如重点重大项目、“863”计划、“973”计划等，来达到训练目的。　　六是构建体制环境、制度环境和文化环境相互融合的创新能力生成体制机制。　　进一步整合及优化现有人才培养和选拔计划，加强创新群体和团队基地建设。要在国家重大人才培养计划、重大科研和重大工程项目、重点学科和重点科研基地、国际学术交流和合作项目工作中向地质学青年人才压担子，鼓励他们敢于探索、敢于提出新观点、敢于面对失败。　　建立开放机制，包括研究人员之间的开放、地学领域内的开放、研究机构之间的开放，以及行业之间、区域之间的开放。建立良好的政产学研用的管理体制和运行机制，建立学校、企业、科研院所之间的资源共享机制。　　培育地学文化，从文化精神、文化心态、文化能力、文化行为、文化形象、文化传播等视角，构建人们认识地球、利用地球、管理地球、协调人与自然关系的地球科学文化，为我国生态文明建设提供有力支撑。水文地质学基础实验}