地下水文學

地下水水文學是運用水文循環和水量平衡原理研究地下水形成、運動、水情和地下水資源的水文學分支學科。它和主要研究地下水起源、類型、分布、運動、化學成分的形成和地質環境的水文地質學關係密切，但研究內容各有側重。

基本介紹

• 中文名：地下水水文學
• 外文名：Groundwater hydrology

學科概述

地下水是自然界的一種水體，地下徑流是水文循環的一個環節，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。

發展歷程

世界發展歷程

公元16世紀以前，人們地下水的現象只限於直接觀察和推測。柏拉圖推測，地下有個巨大的洞穴，其中的水是河流的源頭。中國唐代柳宗元在《天對》中記述了地下水在岩土空隙中的存在、滲入、蒸發和流動等現象。

從公元17世紀到20世紀初，科學家們通過觀察、試驗和分析，提出了一系列關於地下水形成和運動的重要概念、定律和方法。法國科學家佩羅研究了地下水毛細管上升現象；法國學者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論；1856年，法國工程師達西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；1863年法國學者裘布衣，根據實際的潛水面坡度很小的事實，作了一些簡化和假定，運用達西定律導出了地下水井流公式；1870年德國人蒂姆改進了裘布衣公式，從而可用穩定流抽水試驗來計算滲透係數等參數。這些工作，為地下水水文學的發展，奠定了基礎。

進入20世紀後，由於生產的需要和科學技術的進步，地下水水文學逐漸形成一門獨立的學科，並得到迅速的發展。1928年，美國學者邁因策爾論述了承壓含水層的可壓縮性和彈性，為地下水非穩定理論的建立準備了比較豐富的實踐基礎。

1935年，美國學者泰斯利用地下水非穩定流動和熱傳導之間的相似性，導出了著名的泰斯公式；1937年美國學者馬斯克特在《均勻流體通過多孔介質的流動》一書中，用數學方法較系統地論述了地下水的運動；1930年荷蘭水文工程師德赫萊用數學方法，分析了地下水滲過弱透水層的越流現象；地下水污染的研究，從20世紀60年代以後得到發展。

國內發展歷程

中國在1949年以後，在大面積範圍內對地下水資源評價、地下水水位及開採量的預報、水文及水文地質參數的確定和地下水調節計算等方面作了許多工作，取得了成果。

地下水來源

地下水主要來自大氣降水和地表水的入滲，在灌區還有灌溉水的入滲。入滲的水在地下經過重新分配，組成自然界水文循環的一部分。地下水水文學研究地下水在自然界水循環中的作用，研究它與降水、蒸發、地表水之間的聯繫和轉化，它的補給、排泄、與此有關的水文和水文地質參數，以及地下水資源評價等。

基本定律

地下水運動的基本定律是達西定律，可根據質量守恆原理和達西定律，推導出不同條件下地下水運動的數學物理方程。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，可以預測未來某時某地的地下水水位等水文要素，也可以計算導水係數等水文地質參數，為地下水資源評價提供可靠的依據。

地下水水情

地下水水情也稱地下水動態，指地下水水位、水量、水質、水溫等要素在自然和人為因素影響下發生的變化。研究這些變化規律，建立各要素在時間和空間上的定量關係。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參數，評價地下水的補給量、儲存量和允許開採量、監測地下水的水質以防止地下水的污染等。

地下水開發

地下水開發應在查明地下水資源的基礎上統籌安排、合理規劃。地下水的管理除了制訂規劃之外，還要建立地下水管理機構；進行水資源的合理調配；規定開採地下水的技術要求；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。

形成與分布

地下水的形成與分布，同地質地理環境有密切聯繫。因此，地下水水文學與地質學和地理學有關。地下水運動的研究要以水力學和流體力學的基本理論為基礎。在地下水動態資料的分析和地下水預測中廣泛套用機率論和數理統計學。

其他學科關係

由於地下水水文學是從水文循環的觀點來研究地下水的，因而它與氣候學、地表水水文學、土壤學有密切聯繫。地下水質評價，要運用水化學和水文地球化學知識。此外，系統分析理論在地下水的開發利用中已逐漸得到採用。

存在的問題

地下水水文學中有些問題如降水、地表水和地下水三者的轉化關係，地下水資源及其員優開發及管理等研究較少，不少方面尚處於探索階段。在大區域內的複雜的水文地質條件下，確定含水層參數尚無完善的辦法。開展水均衡要素室內和室外的觀測和試驗研究，建立新的數學物理模型，套用電子計算機和電模擬技術，可能使上述問題逐步取得進展。另外，污染物質的彌散、含水層溫度場、地下水動態規律與預測等領域，也可望有更多的研究。