研究基础、研究思路和主要研究内容

（一）研究基础

从20世纪50年代以来，原地质矿产部和有关部门在全国范围内进行了大量地下水及其环境地质问题调查评价工作，包括区域水文地质、供水水文地质、环境水文地质、地下水资源的评价与新技术新方法应用。经过50多年来的水文地质工作，基本查明了我国地下水资源的区域分布规律，并开始把地下水作为水圈、岩石圈的组成部分和重要环境因子，开展地球表层四大圈层相互关系及大陆水循环与全球变化研究，利用大剖面、同位素等技术研究地下水循环运动方式，水文地质信息化技术水平不断提高，加快了对地下水评价研究的不断深入。

在50多年的地下水评价过程中，突出国家意志、服务国家目标是地下水科学研究和调查评价工作的根本；发挥水文地质基础研究和调查评价优势，侧重地下水的区域性、基础性和前瞻性研究是国家公益性、基础性和战略性的需求；根据时代发展和经济社会发展新要求，不断完善地下水评价理论与方法，提高地下水评价工作服务社会能力是其应有特色。

始于70年代，应用数学和地下水动力学的相互渗透，以及电算技术的推广和应用，丰富了传统水文地质学的内容。从稳定流发展到非稳定流，从二维流发展到三维流，从一般均衡法、比拟法，进入到解析法和有限单元或有限差分数值法、相关分析法等，不断推动地下水数量评价方法的完善和发展。因而不论在理论上和具体计算技术上，都较以前提高到一个新的水平。从20世纪70年代后期开始，地下水资源评价不再使用“四大储量”的概念，代之以资源的概念。

20世纪80年代后期地下水资源研究的一个重要标志，是把主要目标逐渐转向管理模型的研究，即研究如何合理开发、利用、调控和保护地下水资源，使之处于对人类生活与生产最有利状态。因此，它不仅涉及水文地质学的各个领域，而且涉及与地下水开发活动有关的自然环境、社会环境和技术经济环境等各方面的问题，通过数学模型和最优化技术，建立地下水管理模型，实现管理目标。

但是面对21世纪可持续发展的要求，地下水评价方法研究工作不同程度地存在不适应新的需求问题。始于20世纪80年代的第一轮全国地下水资源评价，是基于以消耗资源、牺牲环境作为代价的发展过程，在评价指导思想、评价理念和评价方法诸方面，存在历史的局限性，急需按新的要求进行完善和发展。例如由于受当时认识能力和技术水平的局限，对地下水的资源、环境和生态自然功能属性以及社会功能属性的基本认识和评价方式，对可持续发展思想和水循环理念体现不足，静态思维比较浓烈，或者受过去评价方法的局限而对当前地下水超采和环境地质问题的认识或许存在人为偏差。

总之，目前的地下水评价方法基本仍然沿用1984年第一次全国地下水评价的理念和方法，保留着偏重地下水资源功能的评价，不够重视环境、生态和调蓄功能量化评价缺陷，无论是在评价工作的指导思想或有关理念方面，还是评价方法和关键技术方面，都存在不适应21世纪可持续发展理念的方面或局限；同时在全球变化和人类活动影响下地下水循环条件发生了显著变化，加之水循环理论和同位素技术、“3S”技术、计算机技术与相关应用理论的日趋成熟和广泛应用，为全面提升我国地下水评价的科学水平奠定了基础。但是，如何以可持续发展理念和水循环演化科学理论指导梳理和发展地下水评价方法，继承传统方法的精华，充分利用消化先进理论和先进技术，围绕这次评价工作，建立充分体现可持续发展思想和水循环演化理念的、具有不同区域针对性的地下水评价科学方法，都是重要难题。

本书作者，自1983年以来先后参加了“六五”国家重点科技攻关项目第38 项中的“华北地区及其分区地下水入渗补给量时空变化规律的研究”课题、中国与联合国开发计划署合作项目“黄淮海平原浅层地下水资源评价研究”、“七五”国家科技攻关项目“华北及山西能源基地水资源研究”、“八五”地质矿产部重点基础项目“华北平原地下水演化及其对未来生存环境影响”和国家自然科学基金重点项目“人类活动影响下华北平原地下水环境演化与发展”，以及中国工程院“中国可持续发展水资源战略研究”项目第六课题研究。在“八五”和“九五”期间，主持或负责组织完成的相关项目有：①主持完成原地质矿产部前沿科技计划课题“层圈间水循环中区域地下水的演化过程”研究；②组织完成原地质矿产部重点基础性研究项目“区域地下水演化过程及其层圈间相互作用”（首席科学家张宗祜院士）；③主持完成国土资源部百人计划项目“全新世以来华北平原区域地下水演化过程”；④主持完成水利部项目“海河流域水资源规划”专题2——“海河流域地下水资源现状评价与环境地质效应分析”；⑤主持国土资源部“西北专项计划”重点前沿科技项目“西北典型内流盆地水循环规律与地下水资源形成演化模式”；⑥主持国家科技部公益基础项目“太行山前平原南水北调地下调蓄潜力与效益研究”；⑦主持完成国家自然科学基金项目“人类活动对干旱区地下水循环变异影响阈识别”；⑧主持开展国家科技支撑计划项目“区域水资源特征与作物布局结构适应性研究”和国家“973”课题“海河流域二元水循环模式与水资源演变机理”；⑨国土资源部应用基础研究项目“西北地区水资源演化与水土资源可持续利用”研究，积累了一定的科学研究和实践经验，了解和掌握大量实测和试验研究资料及研究成果，奠定了本研究的基础。

（二）总体研究思路（图1-1）

1）以新中国成立50多年来，特别是近20年来的地下水资源评价方法和研究成果为基础，充分吸取国内外区域性地下水评价的经验与教训，紧紧围绕国民经济可持续发展战略、国家生态安全体系建设规划的需求，以水循环科学理论和地下水系统理论为指导，综合运用多学科方法，以地下水系统为单元，调整评价深度与广度，评价地下水的数量、质量、各属性功能，为项目提供科学技术支撑。

图1-1 总体研究思路

2）体现区域性评价与专题性评价相结合、地下水资源评价与地下水属性功能评价相结合；由面积性评价工作转向重点区评价工作、由地下水现状评价转向地下水可持续利用动态评价。

3）以全国地下水系统划分为基础，全国性、区域性和专题性评价相互融合。

4）强调以点带面的工作方法，系统应用新理论与新技术，适度超前，以点上工作的突破带动整体水平提高，体现地质工作根本转变的地下水评价新观念与新理论应用。

5）强调各层次、各区域评价工作之间的有机联系，始终保持全国工作、区域工作、典型工作的整体协调推进，相互支持，相互促进。重视资源评价与环境评价并重。

6）以地下水系统的划分为基础，按照系统论与层次分析的思路，研究地下水评价方法有关问题，遴选适宜的模型和方法。以地下水系统为计算单元，重点评价地下水补给资源、可利用资源量、储量资源、地下水质量状况与变化趋势；开展地下水系统的调蓄能力、环境与生态功能评价方法问题研究。

7）地下水资源量评价，以区域性地下水资源评价为主，其精度要达到1/25万的要求；重点城市、重点地区以1/5万～1/10万的精度评价，对城市水资源与工业布局、城市环境、生态建设进行相关的研究，在供需分析的基础上对城市地下水资源保证程度进行分析。地下水可利用量的评价，以环境质量为约束，保障维持涵养生态最低限度需水量条件，作为评价目标约束条件之一。

8）地下水功能评价与区划方法研究，突出优势功能和脆弱性方面评价，采用点与面、局部与区域、典型与一般相结合原则，重点反映区域特征和重点地段特殊问题状况及时空分布规律，包括区域地下水环境质量的演化趋势、人类活动影响造成地下水功能异常变化特点。重视脆弱区地下水功能的专项评价，例如华北平原超采区深层承压地下水可利用性和西北内陆地区地下水开发利用对生态环境的影响。

（三）主要研究内容

1.地下水数量评价方法研究

具体内容包括，评价指导思想、理念、原则、概念模型、评价程式等，以及基本量概念界定和评价方法。

1）补给资源研究：理念、组成、评价尺度、评价方法和效验方法；研究灌溉回归补给的属性界定、平原与山区的重复量的合理划分、地下水与地表水之间重复量的科学剥离；天然补给资源的空间分配及其与深层承压水越流补给之间关系的识别；深层承压水补给资源组成与评价。

2）储量资源研究：理念、组成、评价尺度、评价方法和校验方法，可利用性评价方法。

3）开采资源研究：理念、组成、评价尺度和评价方法。

4）储变量（蓄变量）研究：评价尺度和评价方法。

5）开采量研究：代表性评价方法探讨。

6）地下水补给能力和区域地下水资源可持续利用性评价方法探讨。

2.地下水质量评价方法研究

具体内容包括，地下水水质评价（包括地下水的质量分级、分区）和地下水污染评价，针对地下水质量分布规律和污染状况（污染现状、污染原因、污染程度等），梳理和完善地下水质量评价方法，包括区域评价、城市、农业区和地下水水源区等重点区以及原生环境水问题的专项和单项的调查及评价方法。

1）区域地下水质量评价方法：按照统一的水质标准或准则，以系统分区评价地下水质量状况和变化规律。

2）地下水污染评价方法：评价考虑地下水背景值、污染源、污染方式、污染途径和污染状况。

3）农业区地下水质量评价方法：参照中华人民共和国国家标准《农田灌溉水质标准》和国内外有关农业灌溉水质标准，在进行农业灌溉用水水质评价时，选用钠吸附比值（A）、灌溉系数（Ka）、总矿化度（M）作为浅层地下水的主要评价指标；选用钠吸附比值（A）、灌溉系数（Ka）、pH值作为深层地下水评价的主要评价指标。

4）城市地下水质量评价方法：由于各城市环境水文地质条件不同，工农业结构和发展规模各异，污染物的排放量及主要污染物指标各具特色，所以各城市地下水污染现状评价指标也不同，主要考虑对地下水污染影响较明显和对人体危害较大的关键指标。

5）地下水源地水质量评价方法：生活饮用水水源水质分为二级，其两级标准的限值见中华人民共和国城镇建设行业标准《生活饮用水水质标准》及卫生部饮用水卫生标准。

6）开展地下水质量变化动态过程与趋势分析评价方法探讨。

3.地下水功能评价与区划方法研究

地下水功能评价方法研究，包括资源功能、地质环境功能和生态功能评价，侧重区域地下水系统优势功能和脆弱性评价方法研究。

1）开展地下水功能评价基本方法、原则、评价尺度与指标研究；

2）开展地下水功能区划方法与原则研究，突出优势功能与脆弱性特征评价；

3）开展地下水功能评价：理念、组成、关键约束条件、评价尺度和评价方法研究；

4）探讨地下水功能利用的优化模式评价方法。

4.关键技术与方法研究

针对地下水功能评价与区划，涉及气象、水文、地质、地理、土地、生态环境和地下水等诸多方面的海量基础数据，而且资料中非规律性（如开采量）数值数据、有规律性（地下水位动态）数值数据、定性数据（土地沙化或地下水质量分级）、纸质图与电子数字图并存，还有万计或数千个剖分单元之间数据多次转换和运算。如此繁杂的数据处理和计算过程，手工是难以快速、准确完成的。为解决上述问题，有利于地下水功能评价方法的推广应用，开展如下研究。

1）研究地下水功能评价与区划涉及的气象、水文、地质、地理、土地、生态环境和地下水等诸多方面基础数据的时序和空间分布规律，遴选具有广适性的数据归一标准化方法及技术。

2）如何借助MapGIS技术，快捷、准确地处理这些杂乱的海量基础数据，编著《地下水功能评价基础资料处理方法与技术》。

3）根据地下水功能评价理论和方法，基于个人计算机（PC）和Windows系统，研发地下水功能评价的计算系统（GFS），编著《GFS用户操作手册》。

4）针对地下水功能评价与区划的应用，阐明地下水功能评价过程中各环节的具体技术要求，包括分级、分类与评价标准，编著《地下水功能评价与区划的技术要求》及《地下水功能评价与区划的工作细则》。