绪论(课程介绍)

1.水文地质勘察的概念、内容与任务

水文地质勘察指为查明水文地质条件、开发利用地下水资源或其他专门目的,运用各种勘探手段而进行的水文地质工作。一般在水文地质普查的基础上进行,采用较大的比例尺,如供水水文地质勘探、水利水电水文地质勘探、矿床水文地质勘探、地热水文地质勘探等。在工作中一般要投入较多的勘探工程量。与工程的设计阶段相适应,专门性的水文地质勘探常可分为初步勘探和详细勘探两个阶段,每一阶段工作的结果都要提交专门性的水文地质勘探报告和有关的图件。本课程是一门综合性和实用性很强的水文地质勘察方法原理和技术课程,是水文地质工程地质专业、地下水科学与工程专业、水文与资源工程专业、地质工程等专业的主干核心课程之一。本课程主要包括水文地质勘察基本方法、供水水文地质勘察、水利水电水文地质勘察、地下水污染调查与评价四部分。

(1)水文地质勘察基本方法。主要介绍水文地质勘察的基本技术方法,即地质、地貌、地下水露头及地表水体的调查测绘、与地下水有关的环境地质问题;水文地质剖面实测方法;水文地质物探方法;水文地质钻孔布置原则及钻探方法;水文地质试验方法;岩、土、水样采集相关要求;室内数据资料整理分析及报告编写阶段。

(2)供水水文地质勘察。主要介绍地下水资源的分类及特点;地下水水质评价及地下水资源量计算;地下水资源开发、利用与管理的相关法律、法规及地方政策;地下水开发利用途径、水源地的选取、取水构筑物的选择及设计。

(3)水利水电水文地质勘察。讨论渗漏的地质分析(渗漏通道分析、漏水通道连通性分析),水库渗漏水文地质勘察手段的选取;坝(闸)址区岩土体渗透结构类型划分及渗透性分区;防渗、排水工程设计及应用。

(4)地下水污染调查与评价。地下水污染源及污染途径调查;地下水污染监测手段及样品采集要求;地下水污染评价。

本课程的基本任务是使学生学会水文地质勘察的基本方法,在具体工作中能合理选择工作方法和布置工作量,能分析和解决实际问题,培养学生的生产、科研能力和解决实际问题的能力。

2.我国水文地质勘察工作的发展概况

我国是世界上最早寻找、调查、开发利用地下水的国家之一,开发利用地下水的历史悠久。上海市郊青浦河段发现的直筒形水井,距今已有6000多年,是迄今为止我国发现的最古老的水井。浙江余姚河姆渡井,据14C测定,有5700多年的历史,属新石器时代中期所建。这都充分说明我国凿井开采利用地下水的历史久远。

在凿井技术方面,据记载,四川在公元前250年左右已在广都(今成都附近双流一带)凿井开采卤水制盐。280年,在江阳(今四川自流井一带)有彝族人梅泽,凿一井自喷卤水,便称之为“自流井”,这是世界上最早开凿的自流井。到宋朝(11世纪中叶),创造了“冲击式顿钻凿井法”,大大促进了我国古代凿井技术的发展。1835年,四川自贡燊海井打至1001.42m深,为世界上第一口超1000m深井,钻入三叠系嘉江灰岩中,大规模地开发了自流井中的天然气和卤水资源。

秦汉时廊道元的《水经注》中,列举了全国温泉41处,明末记载温泉500余处,明朝学者李时珍在《本草纲目》中按成分对泉进行了分类等。从上述史实可以看出,我国开发利用地下水的历史最悠久。

新中国成立前,我国仅有极少数的地质工作者,做了少量的水文地质调查与凿井工作。上海于1860年开始凿深井,到1921年有深井22口,年开采量在30万t以上,北京的几口自流井开凿于1920年前后,深30.48m左右,自溢,水质好。但真正运用地质科学的理论与方法,进行地下水的调查研究,开端于20世纪30年代。谢家荣在1929年发表了《钟山地质与南京井水供给的关系》。1933年,朱庭枯等人在南昌附近、王钰等人在河南做过农田灌溉用水的调查,写有《江西南昌附近之地下水》和《河南安阳、林县、甚县、睿显一带地下水》两册报告。傅健1935年发表了《陕西西安市地下水》,梁文郁于1948年写有《兰州附近水源地质之研究》等调查报告。

新中国成立后,我国的水文地质工作得到了迅速发展,即水文地质学。20世纪50年代为初始阶段(或创业阶段)。主要工作是适应经济建设的需要,建立水文地质、工程地质队伍,兴建大专院校和建立科研机构。水文地质学逐步成为一门独立的应用地质科学。进行了一些大中城市的供水水文地质工作,勘探建设了一批水源地,满足急需。

20世纪60年代为开创和前期阶段。主要在东部几个大平原上开展了农田供水和土壤改良的水文地质工作,尤其是华北平原开展了大规模的抗旱打井运动,即60年代农业水文地质学的开创阶段。另外,20世纪60年代,我国还对上海市许多水矿床进行了水文地质勘探工作,开展了基岩山区的水文地质调查工作,开展了上海市由于过量抽水引起地面沉降的研究,编制出版了各种“勘察规范”和“图系”,出版了一些结合我国实际的水文地质教材和专著,60年代后期的“文化大革命”,使水文地质工作严重受阻。1978年出版了《中华人民共和国水文地质图集》。20世纪70年代,也是环境水文地质学的开创阶段,在该时期,区域环境水文地质的研究、污染环境水文地质的研究、地下水资源开发负环境效应的研究,环境水文地球化学或医学环境水文地质的研究得到广泛应用和发展。

20世纪80年代主要为综合研究阶段,同时,也是水资源水文地质学的开创阶段。该时期,在水文地质勘探与试验方面,加强了深部钻探和各种物探工作,一些地区应用同位素技术开展了地下水的人工补给研究。在水文地质计算方面,广泛应用了电子计算机技术,采用了非稳定流数值法,建立了各种物理模型及数学模型,在大面积地下水和局部浅层地下水资源评价方面,取得了可喜的成绩。矿床及矿井水文地质工作取得很大进展,大部分矿区都进行了水文地质勘探,基本上杜绝了较大灾害性的突水事故,矿床水文地质调查方法、分类、涌水量预测等方面均有较大创新或突破。全国性的地下水动态观测网初具规模,建立了相应的数据库,开展了一流环境水文地质工作,改水防病取得明显成效,在较多项目中采用系统工程理论和最优化技术,开展了地下水资源管理模型的研究工作台(如石家庄市、河北平原等)及水质模型的研究(山东济宁市等)。

另外,20世纪80年代,国家还加强了环境保护和水资源的立法工作,先后颁发了《中华人民共和国水污染防治法》(1984年颁布,1996年修正)、《中华人民共和国水法》(1988年颁布,2002年修正)、《中华人民共和国环境保护法》(1989年)等法规,做到依法治水。

20世纪90年代,开始进入地下水资源科学管理、保护和优化开采的新阶段。地下水资源评价和管理工作深入开展。实行了“三水”(地下水、地表水、降水)的综合评价与管理,人工调蓄地下水资源的工作得到进一步加强,深入开展环境地质的调查研究,初步走上了“依法治水、依法管水”的轨道。对北京等25个重点城市和京、津、唐等8个重点经济区地下水资源开发利用和7个主要城市到2000年的水资源环境做了大量科研和调查工作,先后完成了全国地下水资源分区评价与总汇,全国水文地质区划等工作,地下水资源管理和优化开采取得明显成效,矿泉水及热矿水的开发利用取得明显的经济效益。90年代也是信息水文地质学的开创阶段,为保证提供建立模型所需要的大量水文地质信息,就必须建立相应的信息—检索系统和数据库。例如,河南省环境水文地质总站开发的“河南省地下水资源数据管理系统”和“地下水均衡观测数据处理系统”等,均运行良好。国土资源部全国地质环境监测总站,于1997年建立了全国水文地质信息数据库系统。

20世纪末21世纪初,水文地质工作向立体化和纵深方向发展,并得到了全方位的广泛应用,在水文地质理论、应用、技术广泛等方面均有较大发展,初步形成了现代水文地质科学体系。尤其是在水资源的科学管理、节约用水、水污染防治、水资源的优化配置和合理开发利用等方面取得较大进展,获得丰硕成果,信息技术得到广泛应用,完成覆盖全国960万km2和40多个重点城市、汇集1017个图幅的1:20万区域水文地质图数字化建设,建成全国性1:20万数字区域水文地质图空间数据库。

新中国成立以来,我国水文地质获得了巨大的发展。由单一工种向多工种、多方法、多手段和综合化方向发展,由定性描述到定量评价,由水文地质普查到综合研究,由稳定流计算发展到非稳定流及数值法,由单一勘察目的到考虑综合利用,由盲目开采到优化开采和科学管理,在水文地质科学理论和实践的诸多方面,已步入世界先进行列。已基本形成了具有多个分支学科的现代水文地质学科科学体系。

由于地下水与地表水是具有统一联系的一个整体,因此,今后水文地质工作的发展趋势是:应加强地下水、地表水的综合调查研究和统一规划,把地下水的研究与全球环境变化结合起来。探讨如何从技术、经济、设计、行政、法律等方面合理开发、利用、保护和科学管理地下水资源,使地下水资源得到永续利用。同时“多S”技术、同位素技术、地下水三维数值模拟、非线性技术等新技术方法将得到广泛使用,成为水文地质工作的有效工具,研究手段更加多样化、综合化。新的理论和技术的应用,会使地下水研究向信息化、数字化方向发展,极大地提高水文地质研究成果的实用性和可操作性。

总之,今后水文地质工作将与时俱进,在社会主义现代化建设中发挥更大的作用,作出更大的贡献。