基本介紹
- 中文名：地質水文學
- 外文名：Hydrogeology
- 研究對象：地下水
- 領域：地下水研究
- 地位：地質學的一個分支
- 套用：合理開發利用地下水等
釋義,發展歷史,展望,研究對象,特點,
釋義
水文地質學（hydrogeology）是研究地下水的數量和質量隨空間和時間變化的規律，以及合理利用地下水或防治其危害的學科。它研究在與岩石圈、水圈、大氣圈、生物圈以及人類活動相互作用下地下水水量和水質的時空變化規律以及如何運用這些規律興利除害。
水文地質學研究地下水的分布、埋藏、補給、徑流和排泄條件、水量、水質形成與地層岩性、地質構造、地貌以及氣候關係。具有統一邊界和補給、徑流、排泄條件的地下水系統稱水文地質單元。它是合理地評價、開發、保護地下水資源以及水庫可行性研究和建築地基、煤礦等的重要資料和依據。（劉延愷主編,北京水務知識詞典,中國水利水電出版社,2008.3,第4頁）
發展歷史
關於水文地質學的零星知識，起源很古。人們在遠古時代就已打井汲水。中國最古老的水井是浙江餘姚河姆渡古文化遺址水井，為方形木結構，距今約5 700年。古波斯時期，在德黑蘭附近修建的坎兒井最長達26 km，距地表深約150m。公元前250年中國四川為采汲地下滷水而開鑿的自流井，深達百米以上。這些都說明古代打井技術和對地下水的認識，均已達到相當高的水平。隨後法國帕列西、中國明代徐光啟、法國馬奧特先後提出了井泉之水均來源於大氣降水或河水滲入的構想。
將地下水運動規律用數學式表達，始於1856年法國水利學家達西，通過滲透試驗得出的線性滲透定律——達西定律，奠定了水文地質學的基礎。1863年法學者裘布依提出在緩變流情況下，計算潛水流可忽略垂向分速度的概化假設(參見裘布依假設)，並導出地下水流向井運動的穩定流公式，發展和完善了地下水的穩定流理論。
20世紀初，對地下水的起源提出了一些新學說。1902年奧地利學者鳩斯提出初生說，認為地下水來源於岩漿的冷凝。1908年美國人萊恩及戈登和俄羅斯學者安德霍索夫分別提出沉積說，認為自然界存在與含水岩石同時形成於沉積盆地的地下水，兩者年齡一致，並把這種水命名為沉積水。1921年德國人凱爾哈克提出了地下水與泉的分類。1923年美國邁因策爾對美國的地下水作了總結性描述，並於1928年提出了承壓含水層的彈性和壓縮性。1935年美國泰斯總結了文策爾等人的實踐經驗，考慮了承壓含水層的彈性和壓縮性，利用熱傳導過程的相似性，導出了地下水流向井的非穩定流公式(參見泰斯公式)。到20世紀中葉，前蘇聯學者奧費琴尼科夫和美國懷特在水文化學方面，作了許多貢獻。至此，地下水在起源、運動、化學成分變化及水量評價等方面，均有較為系統的理論和研究方法，水文地質學已發展成為一門成熟的學科。
進入20世紀中葉，由於生產力的發展及人類生活的需要，合理開發、科學管理與保護地下水資源和環境方面的問題，日益引起重視。1946年以來，美國博爾頓和紐曼分別導出了完整井的非穩定流計算公式。1956年斯列克特觀測到水質運移過程中的彌散現象。此後，對地下水溶質和濃度運移研究有了長足的進步。20世紀70年代，地下水管理問題提到日程，有限元法、有限差分法及邊界元法等數值方法日益廣泛套用於水文地質計算中，此外，砂槽、窄縫模擬和電網路模擬等物理模擬方法，也廣泛套用於水文地質研究。20世紀60年代以來，加拿大托特提出的地下水系統理論，為水文地質學的發展開拓了前景。
展望
水文地質學發展的趨勢是：由研究天然狀態下的地下水轉向人類活動影響下的地下水；由局限於飽水帶含水層，擴展到包氣帶及“隔水層”；由研究地球淺部地下水，擴展到深層地下水。同時，對裂隙水與岩溶水的運動、黏性土的滲透理論和包氣帶鹽分、地下水溶質、污染物的運移機理與計算方法以及滲透場、應力場和溫度場耦合環境下地下水的運動問題等的研究有較大發展。
研究對象
水文地質學是一門研究地下水的科學。具體地說，它是研究地下水的賦存條件、形成條件、水量和水質時空的變化規律、水資源開發利用以及水與環境關係的一門科學。
隨著水文地質學的發展，它的研究內容越來越廣泛，其主要研究對象可歸納為以下六個方面：
地下水的賦存條件
地下水和地表水最大的差別是地下水賦存於岩石的空隙中。因此，要了解地下水的賦存條件(或者說埋藏、分布規律)，就必須研究岩石的時代、成因、物理性質和化學性質、產出狀態、分布範圍、空隙性及構造破壞程度與次生改造作用等基礎地質條件；
地下水資源形成條件及運動特徵
即研究地下水的補給、徑流和排泄條件，以及地下水在天然和人為作用條件下的運動特徵與地下水資源評價方法；
地下水的水質
地下水的水質包括物理性質及化學性質兩方面。在地下水的物理性質方面，從早期的單純對水溫、色、嗅、昧等方面的研究，已擴展到對地下水放射性、地下水形成年齡等方面的深入研究。在地下水的化學性質方面主要研究地下水中的化學組分和微生物組分、水化學形成作用及人為活動對地下水質的影響；
地下水動態規律
地下水和其他地質礦產最大的區別之一，即是地下水的質與量均隨著時間而變化。因此，為揭示地下水的形成條件和更好地利用地下水資源並防治其有害作用，研究地下水的動態變化規律便是地下水研究的主要內容之一；
地下水與環境的相互關係
由於地下水是地球環境不可分割的組成部分，因此必須研究地下水和環境之間的相互作用，包括地下水的存在和活動對環境產生的以及地下水在人類活動影響下所導致的種種環境問題和工程安全問題；
地下水資源的開發利用、保護與科學管理
即研究人類在開發利用地下水資源的同時，又能使地下水資源的再生能力和水質狀態得到保護與改善，並取得最大的社會效益、經濟效益和環境效益。
特點
20世紀80年代，同步發生的兩個重要事件——地球系統科學時代的來臨與地下水流系統理論的完善，意味著當代水文地質學時期的來臨。
當代水文地質學具有以下特點：
（1）核心課題轉移：找水水文地質學—資源水文地質學—生態環境水文地質學；
（2）研究視野擴展：含水層的局部—整個含水層—含水系統及地下水流系統—生態環境系統—技術—社會系統；
（3）研究目標改變：由局部性的當前問題，轉向全局性可持續發展的課題，轉向構建人與自然協調的、良性循環的地下含水系統、水文系統、地質工程系統、地質環境系統以及地質生態系統等；
（4）研究內容擴展：從地下水的水量研究為主，轉向水量與水質的研究並重；從狹義地下水(飽水帶水)的研究，擴大到廣義地下水(含飽水帶與包氣帶水)，乃至地下水圈的研究；
（5）研究思路的改變：以現象的規律為主，轉向以機理為主的研究；
（6）多學科交叉滲透成為主流：傳統意義上的水文地質學正在消亡，地下水科學與其他自然科學以及社會科學交叉滲透，正在成為主流；
（7）多技術手段的套用：計算機硬體及軟體、遙感技術、同位素方法、地理信息系統等的引入，以及向工程方向擴展，增強了水文地質學解決實際與理論問題的能力；
（8）學科性質的轉變：由單純的套用性學科分支，轉變為地球系統科學的套用性分支以及理論性基礎學科分支。
作為一個正在迅猛發展的學科，當代水文地質學還存在一系列有待解決的課題。
