地质水文学

水文地质学发展的趋势是：由研究天然状态下的地下水转向人类活动影响下的地下水；由局限于饱水带含水层，扩展到包气带及“隔水层”；由研究地球浅部地下水，扩展到深层地下水。同时，对裂隙水与岩溶水的运动、黏性土的渗透理论和包气带盐分、地下水溶质、污染物的运移机理与计算方法以及渗透场、应力场和温度场耦合环境下地下水的运动问题等的研究有较大发展。

水文地质学是一门研究地下水的科学。具体地说，它是研究地下水的赋存条件、形成条件、水量和水质时空的变化规律、水资源开发利用以及水与环境关系的一门科学。

随着水文地质学的发展，它的研究内容越来越广泛，其主要研究对象可归纳为以下六个方面：

地质水文学地下水的赋存条件

地下水和地表水最大的差别是地下水赋存于岩石的空隙中。因此，要了解地下水的赋存条件(或者说埋藏、分布规律)，就必须研究岩石的时代、成因、物理性质和化学性质、产出状态、分布范围、空隙性及构造破坏程度与次生改造作用等基础地质条件；

地质水文学地下水资源形成条件及运动特征

即研究地下水的补给、径流和排泄条件，以及地下水在天然和人为作用条件下的运动特征与地下水资源评价方法；

地质水文学地下水的水质

地下水的水质包括物理性质及化学性质两方面。在地下水的物理性质方面，从早期的单纯对水温、色、嗅、昧等方面的研究，已扩展到对地下水放射性、地下水形成年龄等方面的深入研究。在地下水的化学性质方面主要研究地下水中的化学组分和微生物组分、水化学形成作用及人为活动对地下水质的影响；

地质水文学地下水动态规律

地下水和其他地质矿产最大的区别之一，即是地下水的质与量均随着时间而变化。因此，为揭示地下水的形成条件和更好地利用地下水资源并防治其有害作用，研究地下水的动态变化规律便是地下水研究的主要内容之一；

地质水文学地下水与环境的相互关系

由于地下水是地球环境不可分割的组成部分，因此必须研究地下水和环境之间的相互作用，包括地下水的存在和活动对环境产生的以及地下水在人类活动影响下所导致的种种环境问题和工程安全问题；

地质水文学地下水资源的开发利用、保护与科学管理

即研究人类在开发利用地下水资源的同时，又能使地下水资源的再生能力和水质状态得到保护与改善，并取得最大的社会效益、经济效益和环境效益。

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。

水文地质学研究地下水的分布、埋藏、补给、径流和排泄条件、水量、水质形成与地层岩性、地质构造、地貌以及气候关系。具有统一边界和补给、径流、排泄条件的地下水系统称水文地质单元。它是合理地评价、开发、保护地下水资源以及水库可行性研究和建筑地基、煤矿等的重要资料和依据。（刘延恺主编,北京水务知识词典,中国水利水电出版社,2008.3,第4页）

关于水文地质学的零星知识，起源很古。 人们在远古时代就已打井汲水。中国最古老的水井是浙江余姚河姆渡古文化遗址水井，为方形木结构，距今约5 700年。古波斯时期，在德黑兰附近修建的坎儿井最长达26 km，距地表深约150m。公元前250年中国四川为采汲地下卤水而开凿的自流井，深达百米以上。这些都说明古代打井技术和对地下水的认识，均已达到相当高的水平。随后法国帕列西、中国明代徐光启、法国马奥特先后提出了井泉之水均来源于大气降水或河水渗入的设想。

将地下水运动规律用数学式表达，始于1856年法国水利学家达西，通过渗透试验得出的线性渗透定律——达西定律，奠定了水文地质学的基础。1863年法学者裘布依提出在缓变流情况下，计算潜水流可忽略垂向分速度的概化假设(参见裘布依假设)，并导出地下水流向井运动的稳定流公式，发展和完善了地下水的稳定流理论。

20世纪初，对地下水的起源提出了一些新学说。1902年奥地利学者鸠斯提出初生说，认为地下水来源于岩浆的冷凝。1908年美国人莱恩及戈登和俄罗斯学者安德霍索夫分别提出沉积说，认为自然界存在与含水岩石同时形成于沉积盆地的地下水，两者年龄一致，并把这种水命名为沉积水。1921年德国人凯尔哈克提出了地下水与泉的分类。1923年美国迈因策尔对美国的地下水作了总结性描述，并于1928年提出了承压含水层的弹性和压缩性。1935年美国泰斯总结了文策尔等人的实践经验，考虑了承压含水层的弹性和压缩性，利用热传导过程的相似性，导出了地下水流向井的非稳定流公式(参见泰斯公式)。到20世纪中叶，前苏联学者奥费琴尼科夫和美国怀特在水文化学方面，作了许多贡献。至此，地下水在起源、运动、化学成分变化及水量评价等方面，均有较为系统的理论和研究方法，水文地质学已发展成为一门成熟的学科。

进入20世纪中叶，由于生产力的发展及人类生活的需要，合理开发、科学管理与保护地下水资源和环境方面的问题，日益引起重视。1946年以来，美国博尔顿和纽曼分别导出了完整井的非稳定流计算公式。1956年斯列克特观测到水质运移过程中的弥散现象。此后，对地下水溶质和浓度运移研究有了长足的进步。20世纪70年代，地下水管理问题提到日程，有限元法、有限差分法及边界元法等数值方法日益广泛应用于水文地质计算中，此外，砂槽、窄缝模拟和电网络模拟等物理模拟方法，也广泛应用于水文地质研究。20世纪60年代以来，加拿大托特提出的地下水系统理论，为水文地质学的发展开拓了前景。

20世纪80年代，同步发生的两个重要事件——地球系统科学时代的来临与地下水流系统理论的完善，意味着当代水文地质学时期的来临。

当代水文地质学具有以下特点：

（1）核心课题转移：找水水文地质学—资源水文地质学—生态环境水文地质学；

（2）研究视野扩展：含水层的局部—整个含水层—含水系统及地下水流系统—生态环境系统—技术—社会系统；

（3）研究目标改变：由局部性的当前问题，转向全局性可持续发展的课题，转向构建人与自然协调的、良性循环的地下含水系统、水文系统、地质工程系统、地质环境系统以及地质生态系统等；

（4）研究内容扩展：从地下水的水量研究为主，转向水量与水质的研究并重；从狭义地下水(饱水带水)的研究，扩大到广义地下水(含饱水带与包气带水)，乃至地下水圈的研究；

（5）研究思路的改变：以现象的规律为主，转向以机理为主的研究；

（6）多学科交叉渗透成为主流：传统意义上的水文地质学正在消亡，地下水科学与其他自然科学以及社会科学交叉渗透，正在成为主流；

（7）多技术手段的应用：计算机硬件及软件、遥感技术、同位素方法、地理信息系统等的引入，以及向工程方向扩展，增强了水文地质学解决实际与理论问题的能力；

（8）学科性质的转变：由单纯的应用性学科分支，转变为地球系统科学的应用性分支以及理论性基础学科分支。

作为一个正在迅猛发展的学科，当代水文地质学还存在一系列有待解决的课题。2100433B

《水文学与水文地质》根据高等学校给排水科学与工程学科专业指导委员会教学大纲的要求，将“水文学”与“供水水文地质”两门课程融合，包括了绪论，水文循环与径流形成，水文统计基本原理与方法，年径流与洪、枯径流分析计算，降水资料的收集与整理，小流域暴雨洪峰流量的计算，地下水的系统与结构及地下水运动共8章内容，讲授与城市取水和排水有关的水文学和水文地质知识，使学生了解水文现象和地下水的基本特点，掌握水文学与水文地质的基本原理。

《水文学与水文地质》适合土木、水利、环境等相关专业的学生学习使用。

水文学水的出现

地球表层的水由地球内部逸出，经过约35亿年的积聚和演变，逐渐形成今天的水圈。水圈的形成不仅改变了岩石圈的面貌，使大气圈中的现象变得复杂多样，而且导致生物圈的出现。因此，水的出现和水圈的形成，是地球自然历史中最重大的事件。

水文学研究领域

水文学的研究领域十分宽广。从大气中的水到海洋中的水，从陆地表面的水到地下水，都是水文科学的研究对象；水圈同大气圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈层的相互关系，也是水文学的研究领域；水文科学不仅研究水量，而且研究水质，不仅研究现时水情的瞬息动态，而且探求全球水的生命史，预测它未来的变化趋势。

陆地上的水量虽然只约占全球总水量的3.5%，但淡水几乎都分布在陆地。整个人类生活在陆地，最复杂的水文过程也发生在陆地，因此对陆地上的水的研究尤其受到人们的重视。陆地水文学是水文科学的主要组成部分。有关海洋和大气中的水文知识，现已分别归入海洋学和大气科学的范畴里了。

水文学学科内容

水文学与气象学、海洋学、地质学、自然地理学等学科关系密切。广义的水文学可分为水文气象学、海洋水文学和陆地水文学。水文气象学主要研究大气中水汽的变化规律，包括大气中的水循环和水量平衡，以蒸发、凝结、降水为主要方式的大气与下垫面的水分交换，是水文学与气象学的边缘学科。海洋水文学主要研究海洋的水文现象，包括波浪、潮汐和海流等，属海洋学的内容之一。陆地水文学主要研究陆地上各种水体的水文现象和运动规律。随着生产发展的需要和研究工作的深入，已形成河流水文学、湖泊水文学、冰川水文学、地下水水文学等分支。陆地水文学中直接为工业、农业、交通等生产部门服务的内容称为应用水文学。狭义的水文学通常指陆地水文学和应用水文学。

水文学研究方法

概括为：①成因分析法。即以收集水文站网的大量实测资料及室内试验资料为基础，研究水文现象的形成过程、物理机理和相互关系，建立水文现象与影响因素的定量关系或水文模型。②数理统计法。水文现象兼有确定性和随机性，可以把某些水文现象看作随机事件，用概率论和数理统计的原理和方法，对某些水文现象进行频率分析，推求各种频率(或重现期)的水文数据。③地区分析法。气候与自然地理条件具有地区性分布的特点，水文现象也有一定程度的地区相似性，因此可研究水文要素分类和分区的特征值或建立区域性经验公式，或绘制各种特征值等值线图和分区图。

本书是高等院校给排水专业本科生的专业基础教材，按60学时编写。

本教材是为适应给排水专业本科教育实行“大土木”的教学指导方针，结合“水文学”和“供水水文地质”两门课的教学大纲编写的。编写本教材的拓宽专业基础知识面，精减内容，注重学生基本知识、基本理论的掌握和基本技能的培养。

本书将“地质学”、“水文学”和“供水水文地质”的关内容有机地融为一体，形成完整的课程体系。此外，随着生活水平的提高和生产的发展，开采地下水引起的环境问题日趋明显，故本书有意增补了地下不开采的负环境效应及防治的有关内容。

全书共八章。第一章为地质学基础，是没有学过地质学相关知识的给排水专业学生学习“供水水文地质”的预备基础；第二章为水文学基础，考虑不与“水文学与桥涵水文”课内容重复，本书只安排与地下水的形成、运动有关的部分水文学内容；第三章为地下水的形成；介绍地下水的起源、形成过程、埋藏分布规律等水文地质学基础知识；第四章为地下水的物理性质与化学成分，是结合最新的地下水水质评价标准编写的；第五章为地下水的运动，是供水和排水设计的专业基础知识；第六章为地下水的赋存条件及分布特征，介绍地下水埋藏和分布的规律性；第七章地下水开采的负环境效应及防治；第八章为供水水文地质勘察，介绍供水水文地质勘察方法