當代水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展趨勢與對策

  以1856 年達西定律的建立作為標志, 水文地質(zhì)學(xué)奠基至今還不到150 年。第二次世界大戰以來(lái), 隨著(zhù)生產(chǎn)力與科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 以及人口爆炸式增長(cháng),人類(lèi)活動(dòng)以空前的規模改造自然, 資源大量消耗, 生態(tài)環(huán)境急劇惡化。與此同時(shí), 水文地質(zhì)學(xué)所要解決的問(wèn)題愈來(lái)愈復雜, 原有的概念、理論與方法, 愈來(lái)愈難以滿(mǎn)足需求, 水文地質(zhì)學(xué)面臨著(zhù)巨大的挑戰與良好的發(fā)展機遇。

 

  1  當代水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展趨勢概述

 

  當代水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展趨勢, 可大體歸納如下:

 

  (1)核心課題轉移  找水水文地質(zhì)學(xué)—資源水文地質(zhì)學(xué)—生態(tài)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)。

 

  (2)研究視野擴展  含水層的局部—整個(gè)含水層—地下水系統—水文系統—生態(tài)環(huán)境系統—技術(shù)-社會(huì )系統。

 

  (3)研究目標改變  由局部性的問(wèn)題轉向全局性的課題, 由當前的問(wèn)題轉向長(cháng)期的可持續發(fā)展課題;由解決具體生產(chǎn)問(wèn)題, 轉向構建人與自然協(xié)調的、良性循環(huán)的地下水系統、水文系統、地質(zhì)環(huán)境系統與生態(tài)系統。

 

  (4)研究?jì)热輸U展  從地下水的水量研究為主,轉向水量與水質(zhì)的研究并重;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  對現象的規律性為主的研究, 已經(jīng)不能滿(mǎn)足需要, 要求從成生角度, 加強過(guò)程與機理研究的比重。

 

  (6)多學(xué)科交叉滲透成為主流  傳統意義上純粹的水文地質(zhì)學(xué)正在消亡, 地下水科學(xué)與其它自然科學(xué)以及社會(huì )科學(xué)交叉滲透, 以多學(xué)科方式研究與處理問(wèn)題, 正在成為主流。

 

  (7)服務(wù)方式轉變  水文地質(zhì)學(xué)的服務(wù)對象大為擴展, 服務(wù)方式發(fā)生了很大改變, 如何使水文地質(zhì)工作成果轉化為生產(chǎn)力, 已經(jīng)成為一個(gè)急需解決的重大課題。

 

  2  核心課題轉移與研究視野的擴展

 

  初期的水文地質(zhì)學(xué)實(shí)際上是找水水文地質(zhì)學(xué), 人們只關(guān)心水井周?chē)畬拥木植俊坝绊懓霃健?;泰斯公式的應用, 意味著(zhù)視野已經(jīng)擴展到整個(gè)含水層。

 

  上世紀初葉, 隨著(zhù)取用地下水的規模增大, 發(fā)覺(jué)某一范圍內可供利用的地下水的數量是有限的, 從而, 探明地下水資源成為核心課題, 進(jìn)入了資源水文地質(zhì)學(xué)階段。

 

  與此相應, 越流概念的提出, 使得包括含水層與弱透水層在內的地下水含水系統, 成為研究的基本單元。

 

  二次世界大戰以后, 人類(lèi)活動(dòng)對包括地下水在內的自然環(huán)境的改造異常強烈, 產(chǎn)生了一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題, 當代水文地質(zhì)學(xué)進(jìn)入了生態(tài)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)的新階段[ 1] 。托特(Toth .J)的地下水流動(dòng)系統理論指出,一定條件下地下水可以穿越“隔水層”而形成統一的地下水流動(dòng)系統[ 2] 。英格倫(Engelen .G .B)進(jìn)一步提出了將區域地表水和地下水整合在一起的水文系統的概念[ 3] 。這些應運而生的理論, 為生態(tài)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)提供了必要的分析框架。

 

  生態(tài)環(huán)境是超級復雜巨系統, 而地下水則是這一超級復雜巨系統中最為活躍和敏感的一個(gè)子系統。在人為活動(dòng)影響下, 地下水的變化會(huì )導致一系列復雜的物理、化學(xué)與生態(tài)效應, 對地下水系統、水文系統、地質(zhì)環(huán)境系統和生態(tài)系統造成損害。

 

  為應對水資源短缺與生態(tài)環(huán)境損害, 人們開(kāi)展了地下水管理。在相當長(cháng)的一個(gè)時(shí)期里, 地下水管理被理解為純粹的自然科學(xué)技術(shù)問(wèn)題, 人們企圖采用解決硬問(wèn)題的辦法, 用數學(xué)模擬求取唯一的最優(yōu)解。但是,任何資源—生態(tài)環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題, 必然涉及人們的價(jià)值判斷, 因此, 所要處理的不僅是純粹的自然科學(xué)技術(shù)的硬問(wèn)題, 還涉及社會(huì )經(jīng)濟軟問(wèn)題;對于這樣的技術(shù)—社會(huì )—經(jīng)濟問(wèn)題, 不可能求得唯一的最優(yōu)解, 而只能在權衡各種利弊和協(xié)調各方利益后, 選取滿(mǎn)意解或者非劣解。于是, 水文地質(zhì)學(xué)家開(kāi)始認識到, 他們所面對的實(shí)際上是一個(gè)復雜的技術(shù)—社會(huì )系統。

 

  回顧水文地質(zhì)學(xué)家研究視野的變化, 有兩點(diǎn)值得注意:一方面, 從局部的、分割式的思路分析對象, 轉變?yōu)橐哉w觀(guān)、系統觀(guān)來(lái)考察事物;另一方面, 從單純研究對象的自然屬性, 轉變?yōu)橥瑫r(shí)研究其自然屬性與社會(huì )屬性。這種轉變, 與國際資源與環(huán)境科學(xué)的發(fā)展趨勢是一致的[ 4] 。

 

  3  研究目標與思路的轉變

 

  水文地質(zhì)學(xué)的任務(wù), 最初是解決各種局部性的生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題, 隨后, 逐步轉向全局性的課題。當人們認識到, 資源耗竭和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化, 勢將危及人類(lèi)的生存與發(fā)展時(shí), 可持續發(fā)展的理念應運而生。與此相應, 水文地質(zhì)學(xué)的任務(wù), 由解決當前的問(wèn)題轉向長(cháng)期的可持續發(fā)展課題。

 

  當代水文地質(zhì)學(xué)的研究目標, 是從可持續發(fā)展理念出發(fā), 構建人和自然協(xié)調的、良性循環(huán)的地下水(流動(dòng))系統、水文系統、地質(zhì)環(huán)境系統和生態(tài)系統。當良性循環(huán)的天然系統尚未受到人為活動(dòng)損害時(shí), 研究的目的是掌握其演變規律, 警惕與預防人為活動(dòng)的不良干擾。當良性循環(huán)的天然系統已經(jīng)遭受人為損害時(shí),研究目的是修復其損害。當天然系統存在不利于人類(lèi)的缺陷時(shí), 則需要遵循自然規律, 對系統進(jìn)行優(yōu)化。

 

  水文地質(zhì)學(xué)研究目標的改變, 要求采用新的研究思路與方法。如果說(shuō), 為了解決具體的生產(chǎn)問(wèn)題, 傳統水文地質(zhì)學(xué)更多著(zhù)眼于研究現象的規律, 那么, 進(jìn)入當代的生態(tài)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)階段, 就必須從成生角度研究目標系統的作用過(guò)程與內在機理。目標系統的研究, 需要采用將分析與綜合有機整合的系統分析方法;良性循環(huán)系統的構建, 要求應用系統工程的方法;要求采取成龍配套的治本對策, , 而不是零敲碎打的治標措施;不僅要求處理好人和自然的關(guān)系, 更要求正確處理好人與人之間的利益關(guān)系[ 5] 。

 

  4  研究?jì)热莸臄U展

 

  隨著(zhù)水質(zhì)問(wèn)題(天然水質(zhì)不良、地下水污染、海水與咸水入侵等)的凸現, 以及對水化學(xué)信息重要性的認識加深, 地下水的研究已經(jīng)從以往的水量研究為主, 轉向水量與水質(zhì)的研究并重。在地下水污染修復研究過(guò)程中, 發(fā)覺(jué)抽取后加以處理需要付出的代價(jià)很大, 又難以獲得理想效果, 于是, 開(kāi)展了著(zhù)眼于預防的地下水脆弱性(敏感性)評價(jià)。與此同時(shí), 從化學(xué)角度出發(fā)的水-巖相互作用研究以及地球化學(xué)模擬成為新的研究熱點(diǎn)[ 6 ,7] 。

 

  地下水水量與水質(zhì)的形成, 與包氣帶密不可分, 因而, 水文地質(zhì)學(xué)研究從以狹義地下水———飽水帶水為對象, 擴大到包括包氣帶與飽水帶在內的廣義地下水。

 

  有人進(jìn)一步提出, 水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水圈的科學(xué);地下水圈包含從地殼淺部到下地幔以各種形式存在的水-巖石空隙中的水、礦物和巖漿中的水, 以及分解為氫離子和氧離子的“水”[ 8 , 9] 。愈來(lái)愈多的證據說(shuō)明, 地殼淺部參與水文循環(huán)的地下水, 與地球深部層圈中參與地質(zhì)循環(huán)的水, 存在著(zhù)密切聯(lián)系。據估計, 下地幔中儲存的水分相當于全部大洋水量的50 倍;隨著(zhù)巖漿運動(dòng)的水, 以及大洋中脊熱液系統和板塊俯沖過(guò)程中的水循環(huán), 對礦藏以及深部特殊生命系統的形成,起著(zhù)十分重要的作用;包含地下水在內的地質(zhì)流體的研究, 已經(jīng)成為地球科學(xué)的重大前沿課題[ 10 ～ 13] 。

 

  5  多學(xué)科交叉滲透研究與處理問(wèn)題成為主流

 

  一個(gè)地區的水資源是難以分割的, 撇開(kāi)水資源系統的整體分析, 孤立地研究其中的一個(gè)組成———地下水系統, 是無(wú)法進(jìn)行正確評價(jià)與科學(xué)管理的。在分析與處理與地下水密切相關(guān)的地質(zhì)環(huán)境損害、地質(zhì)災害與生態(tài)退化時(shí), 需要涉及地球化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、巖土力學(xué)、土壤學(xué), 以及相關(guān)的修復技術(shù)與處理技術(shù)等。在分析與水土有關(guān)的各種地方性疾病時(shí), 水文地質(zhì)學(xué)家不僅需要了解元素在水土中的遷移積聚規律, 還需要了解元素的生物學(xué)功能以及有關(guān)的醫學(xué)知識。從事城市地質(zhì)工作的水文地質(zhì)學(xué)家, 需要對城市規劃與管理有所了解。有效利用土壤水的研究是解決水資源短缺的重要途徑, 此時(shí), 需要將地下水科學(xué)與農學(xué)、土壤學(xué), 乃至基因改良技術(shù)相結合。

 

  發(fā)現地圈與生物圈(主要是微生物)的協(xié)同演化,是近年“全球變化”和“大洋鉆探”的最大進(jìn)展之一[ 10] 。

 

  由此啟示我們, 地下水科學(xué)與微生物學(xué)相結合是重要的科學(xué)前沿。

 

  微生物能夠降解石油、農藥, 有助于重金屬的吸附、沉淀與轉化;利用有降解能力的微生物, 或采用DNA 重組技術(shù)改變基因結構, 培育降解效果更好的微生物, 對地下水污染進(jìn)行原位修復, 是地下水污染治理極有潛力的方向[ 14 , 15] 。

 

  據報道, 在巖溶景觀(guān)(地貌和鈣華)的發(fā)育中, 有微生物參與的生物地球化學(xué)過(guò)程起了重要作用[ 16 , 17] ?？梢灶A見(jiàn), 微生物在地下水化學(xué)成分形成以及其它水文地質(zhì)過(guò)程中作用的研究, 是當代水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展的重要方向。

 

  包括地下水在內的水循環(huán)及其支撐所的生態(tài)系統對全球變化的響應, 是當代水文地質(zhì)學(xué)需要關(guān)注的課題。作為水循環(huán)組成以及生態(tài)系統支撐的地下水, 與地球各層圈(大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈、地幔、地核)以及人類(lèi)活動(dòng)構成的地球系統有著(zhù)千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系, 以地球科學(xué)系統理論為指導, 推動(dòng)水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展, 是一個(gè)必然趨勢[ 18] 。

 

  當代水文地質(zhì)學(xué)面對著(zhù)錯綜復雜的種種問(wèn)題, 因此, 從事水文地質(zhì)工作的人員, 應當具備自然科學(xué)與社會(huì )科學(xué)的多學(xué)科的知識背景, 要求以學(xué)科交叉的思路去研究問(wèn)題, 要求以跨學(xué)科的視野去處理問(wèn)題。

 

  6  水文地質(zhì)工作成果轉化面臨新問(wèn)題

 

  在找水水文地質(zhì)學(xué)階段, 水文地質(zhì)工作成果的用戶(hù)(受益部門(mén))明確, 有些部門(mén)提供的信息與用戶(hù)的利益比較一致, 成果轉化為生產(chǎn)力, 并無(wú)困難。

 

  進(jìn)入資源水文地質(zhì)學(xué)階段, 盡管用戶(hù)明確, 但是,如果提供的水文地質(zhì)信息, 與用戶(hù)的局部利益與當前利益沖突時(shí), 成果轉化為生產(chǎn)力, 就不那么容易了。20世紀70 年代, 河北黑龍港地區出現深層地下水開(kāi)采漏斗后, 水文地質(zhì)人員得出深層水補給有限、不宜大量開(kāi)采的正確結論, 但是, 由于這一成果并不符合當時(shí)以開(kāi)采深層水支撐發(fā)展的理念而未被采納, 時(shí)至今日, 黑龍港地區的水資源與生態(tài)環(huán)境, 仍然處于不斷惡化中。

 

  進(jìn)入生態(tài)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)階段, 水文地質(zhì)信息的傳遞與成果轉化, 遭遇到前所未有的阻力。首先, 水文地質(zhì)成果的潛在用戶(hù)包含各級政府與不同部門(mén)。地質(zhì)部門(mén)與用戶(hù)之間, 有的并不存在合約關(guān)系, 有的沒(méi)有明晰的合約關(guān)系。因此, 經(jīng)常出現用戶(hù)缺位、用戶(hù)缺乏意識、用戶(hù)對相關(guān)地質(zhì)信息不知曉的現象。其次, 地下水開(kāi)發(fā)引起的水資源與生態(tài)環(huán)境方面的問(wèn)題, 如地下水超量開(kāi)采、地下水污染、地面沉降、生態(tài)惡化等, 由于它的隱蔽性、緩慢性和積累性, 媒體報道得很少, 公眾缺乏了解, 難以引起決策者的關(guān)注。第三, 有些部門(mén)提供的信息, 往往會(huì )與用戶(hù)的局部利益與當前利益沖突。

 

  如果說(shuō), 找水水文地質(zhì)學(xué)階段的地質(zhì)信息, 往往是與用戶(hù)當前利益與局部利益一致的“喜報” , 那么, 現在提供的地質(zhì)信息往往是“憂(yōu)報” ———雖然, 從長(cháng)遠和整體利益的角度, 用戶(hù)是收益者, 但是, 從當前與局部利益角度, 用戶(hù)卻是“受害者” ———這種情況下, 水文地質(zhì)工作成果被用戶(hù)擱置一邊, 甚至受到抗拒反對, 是不難理解的。

 

  水文地質(zhì)工作成果之所以難以轉化為生產(chǎn)力并得到社會(huì )承認, 除了上述原因以外, 還受多種因素的制約:決策機制不完善;條塊分割, 多頭管理, 缺乏配套的法規、或者法規不完善, 無(wú)法保證成果的轉化;部門(mén)提供的成果, 過(guò)分專(zhuān)業(yè)化, 沒(méi)有真正面向用戶(hù)、做到通俗易懂, 使地質(zhì)信息的傳遞受阻等。

 

  7  當代水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展的若干對策

 

  水文地質(zhì)學(xué)的核心課題、研究視野與研究目標發(fā)生了重大變化, 要求解決的問(wèn)題愈來(lái)愈錯綜復雜, 水文地質(zhì)成果的轉化出現新的困難, 當代水文地質(zhì)學(xué)面臨前所未有的巨大挑戰。水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展的唯一出路是開(kāi)拓創(chuàng )新, 只有開(kāi)拓創(chuàng )新, 才能化挑戰為機遇, 才能迎來(lái)水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展的新天地。在此僅就當代水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展戰略的若干方面, 提出一些初步的看法。

 

  7.1  構建當代水文地質(zhì)學(xué)的理論方法體系

 

  水文地質(zhì)學(xué)原有的概念、理論與方法, 已經(jīng)難以滿(mǎn)足要求, 因此, 對傳統水文地質(zhì)學(xué)進(jìn)行去蕪存精的揚棄, 建立當代水文地質(zhì)學(xué)的概念、理論與方法體系, 是當務(wù)之急。其中最重要的, 是將系統分析、系統動(dòng)力學(xué)和系統工程方法全面引入水文地質(zhì)學(xué), 圍繞當代水文地質(zhì)學(xué)的研究目標———構建人和自然協(xié)調的、可持續的水資源系統和生態(tài)環(huán)境系統———建立新的概念、理論與方法體系。

 

  地下水流動(dòng)系統理論, 以地下水流網(wǎng)為載體, 將滲流場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)與溫度場(chǎng)統一于一個(gè)有序的時(shí)空結構之中;它賦予水文地質(zhì)學(xué)以有機整體的理論框架, 揭示了原本似乎互不相干的不同部分與不同方面的內在聯(lián)系, 從而有助于人們把握地下水各部分及其與環(huán)境之間聯(lián)系的完整圖景。正如Toth 所指出的, 由于地下水流動(dòng)存在系統的有級次的空間分布, 以及地下水與周?chē)h(huán)境相互作用, 在流動(dòng)過(guò)程中, 地下水與環(huán)境發(fā)生化學(xué)的(溶解、沉淀、水化、氧化-還原、脫硫酸等)、物理的(孔隙水壓力改變、巖土磨擦力降低等)及動(dòng)力的(水分、鹽分與熱量的輸送)相互作用;地下水的溫度、礦化度、化學(xué)類(lèi)型等呈現有規律的空間分布, 地表則有規律地出現一系列與地下水有關(guān)的現象(泉、濕地、水土流失、滑坡等)[ 19] 。因此, 在地下水流動(dòng)系統的理論與方法基礎上, 進(jìn)一步發(fā)展功能齊全、界面友好、能夠刻畫(huà)大區域的耦合的地下水系統、水文系統、地質(zhì)環(huán)境系統與生態(tài)系統的分析工具, 十分必要。在這方面, 已經(jīng)有了一些有益的嘗試, 提出了一些新的設想[ 20 ～ 24] 。

 

  實(shí)現水文地質(zhì)成果的數字化、信息化、可視化;發(fā)展數學(xué)模擬, 對地下水有關(guān)的系統進(jìn)行虛擬研究, 得出不同給定條件下系統的不同響應;以地理信息系統為載體, 發(fā)展相應的決策支持系統。所有這些都是完善當代水文地質(zhì)學(xué)所需要進(jìn)行的工作。

 

  

  7.2  加強水文地質(zhì)過(guò)程與機理研究

 

  無(wú)論為了事先預防規劃、事后修復, 或者優(yōu)化改造, 我們所研究與處理的基本上都是人工-自然復合系統。因此, 探究純粹自然狀態(tài)下系統的演變規律與機制, 了解疊加(已經(jīng)疊加和可能疊加)人為作用后系統的可能響應, 是構建人與自然協(xié)調的、良性循環(huán)水資源系統和生態(tài)環(huán)境系統的基礎。

 

  除個(gè)別領(lǐng)域外, 水文地質(zhì)過(guò)程與機理的研究, 還相當薄弱。例如, 降水入滲補給機理研究的不足, 使得一系列相關(guān)的問(wèn)題無(wú)法得到滿(mǎn)意的解決。與此相反, 正是非飽和水流在非均質(zhì)介質(zhì)中的選擇性滲流機制的研究, 為包氣帶核廢料處置等提供了理論基礎。

 

  過(guò)程與機理的物理實(shí)驗與模擬需要精心設計, 需要化費很多的時(shí)間和精力, 實(shí)驗模擬過(guò)程中往往會(huì )出現許多意想不到的困難;因此, 人們愈來(lái)愈傾向于采用方便易行的數學(xué)模擬, 來(lái)代替物理模擬。但是, 為了理解真實(shí)的物理過(guò)程, 為了檢驗數學(xué)模擬的結果是否符合實(shí)際, 物理實(shí)驗與模擬是無(wú)可替代的。

 

  為了查明作用過(guò)程與機理, 需要借助于控制性實(shí)驗。作為水文地質(zhì)學(xué)定量基礎的達西定律, 正是控制性實(shí)驗的結果?？刂菩詫?shí)驗的特點(diǎn)在于:排除其他次要因素的干擾, 將所要觀(guān)察的對象控制于純粹狀態(tài), 從而抽取純粹的自然規律。迄今為止, 國內外水文地質(zhì)界都十分重視野外實(shí)驗, 但是很少有人去作達西實(shí)驗這樣的控制性室內實(shí)驗。人們也許認為, 野外實(shí)驗比室內控制性實(shí)驗更為接近真實(shí)。但是, 實(shí)際并非如此,只有在人為嚴格控制的室內實(shí)驗條件下, 才能重現自然的原本面目, 才能獲取真正的固有自然規律;水文地質(zhì)學(xué)要想有突破性的發(fā)展, 必須重視控制性實(shí)驗[ 28] 。

 

  7.3  水文地質(zhì)工作需要向生產(chǎn)領(lǐng)域延伸

 

  半個(gè)世紀以來(lái), 我國水文地質(zhì)的發(fā)展遠沒(méi)有工程地質(zhì)那樣有活力。工程地質(zhì)工作的長(cháng)足發(fā)展, 得益于善于吸收當今科學(xué)思想豐富自身的理論, 并且較好地實(shí)現了理論、測試技術(shù)與工程技術(shù)的結合。巖土工程、地質(zhì)工程等分支的興起, 說(shuō)明工程地質(zhì)工作已經(jīng)由工程的地質(zhì)論證延伸到了工程實(shí)踐領(lǐng)域, 從而推動(dòng)了工程地質(zhì)學(xué)科的長(cháng)足發(fā)展。

 

  汪民等提出了水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展的工程方向———地下水環(huán)境工程[ 29] 。地下水環(huán)境工程包含地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用工程、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境退化控制與改良工程、地下水污染控制工程、廢物地質(zhì)處置工程等。李瑞敏等提出了“區域農業(yè)地質(zhì)環(huán)境開(kāi)發(fā)與農業(yè)生態(tài)地工程”的概念, 蘊涵了農業(yè)地質(zhì)向工程方向發(fā)展的思路[ 30] 。

 

  目前, 地下水污染及其控制的工作, 已經(jīng)打破單純的水文地質(zhì)論證模式;從實(shí)地監測研究, 到室內實(shí)驗、野外實(shí)驗、數值模擬, 直到生產(chǎn)性修復試驗, 與多個(gè)學(xué)科交叉的水文地質(zhì)工作貫穿了整個(gè)過(guò)程;地下水污染研究, 成為發(fā)展最為迅速的水文地質(zhì)學(xué)分支, 并非偶然。西南巖溶地區, 利用帷幕灌漿建造地下水壩以抬高補給逕流區地下水位, 取得了良好的成效, 是地下水工程的良好范例。我們認為, 土壤水有效利用、咸水改造、地下水庫調蓄水資源等, 都是水文地質(zhì)學(xué)向生產(chǎn)領(lǐng)域延伸的重要方向。

 

  在實(shí)現地質(zhì)與工程融合過(guò)程中, 工程地質(zhì)的實(shí)用工程技術(shù)發(fā)展十分迅速, 例如, 巖體處理的鉚噴技術(shù)、帷幕灌漿, 軟土處理的預壓加載、排水砂井、排水塑料板, 等等。水文地質(zhì)工作向工程領(lǐng)域的延伸, 必須采用和發(fā)展相應的實(shí)用工程技術(shù)手段。例如, 以水平井為主的淺井井型改革及其鑿井技術(shù)的開(kāi)發(fā), 便是支撐水文地質(zhì)向生產(chǎn)領(lǐng)域延伸的一項關(guān)鍵措施。

 

  7.4  加強包括軟科學(xué)在內的多學(xué)科跨部門(mén)研究跨學(xué)科的研究已經(jīng)成為當代水文地質(zhì)學(xué)的主流,因此, 除了小型的單個(gè)研究者主持的研究項目外, 還需要組織多學(xué)科的研究項目, 以及由多個(gè)部門(mén)和機構協(xié)調進(jìn)行的項目。

 

  為了更好地發(fā)展當代水文地質(zhì)學(xué), 需要特別重視以下各類(lèi)的學(xué)科交叉滲透:第一, 根據研究目標的需要, 開(kāi)展相關(guān)學(xué)科與水文地質(zhì)學(xué)相結合的研究;第二,將橫斷科學(xué)(系統論、信息論、控制論、超循環(huán)理論、耗散結構理論、混沌學(xué)、分形理論等)全面引入水文地質(zhì)學(xué), 充實(shí)與發(fā)展水文地質(zhì)學(xué)的理論與方法;第三, 將水文地質(zhì)學(xué)與社會(huì )人文科學(xué)結合, 加強軟科學(xué)研究。

 

  目前, 第一類(lèi)學(xué)科交叉的研究, 已經(jīng)開(kāi)始受到重視, 但是, 離開(kāi)學(xué)科的真正融合, 還有較大距離;第二類(lèi)學(xué)科交叉的研究, 已有不少探索性成果, 但是, 如何將橫斷科學(xué)全面系統引入水文地質(zhì)學(xué), 要走的路還很長(cháng);第三類(lèi)的學(xué)科交叉, 則至今尚未引起足夠重視。

 

  加強水文地質(zhì)學(xué)與社會(huì )人文科學(xué)的結合, 其重要性如何強調也不為過(guò)。任何自然科學(xué)技術(shù)問(wèn)題的解決, 都無(wú)法回避人們的價(jià)值判斷與利益協(xié)調;因此, 自然科學(xué)技術(shù)成果, 需要借助于社會(huì )人文學(xué)科的支撐, 逾越種種利益門(mén)檻, 才有可能被社會(huì )所接受, 否則, 只能停留在紙面上, 無(wú)法轉化為實(shí)實(shí)在在的生產(chǎn)力。

 

  7.5  加強水文地質(zhì)信息的社會(huì )傳播

 

  公眾與決策者的注意力, 很大程度上受媒體的影響。黃河斷流、淮河污染等大量看得見(jiàn)、摸得著(zhù)的地表水問(wèn)題的報道, 吸引著(zhù)受眾的眼球。地震、滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災害, 也給公眾留下深刻的印象。地下水短缺與地下水污染的隱蔽性, 地下水引起的某些地質(zhì)災害的緩變性, 使得媒體對此類(lèi)沒(méi)有轟動(dòng)效應的新聞缺乏興趣。因此, 公眾與決策者便對水文地質(zhì)工作缺乏認識。

 

  水文地質(zhì)學(xué)信息傳遞受阻還有另外原因。隨著(zhù)水文地質(zhì)成果的服務(wù)領(lǐng)域拓寬, 而我們仍然習慣于用專(zhuān)業(yè)性的文字和圖件來(lái)傳遞信息。隨著(zhù)水文地質(zhì)工作的公益性不斷加強, 以通俗易懂的語(yǔ)言向公眾與決策者傳遞有關(guān)信息, 愈來(lái)愈有必要。

 

  7.6  創(chuàng )新開(kāi)拓是發(fā)展當代水文地質(zhì)學(xué)的關(guān)鍵

 

  創(chuàng )新開(kāi)拓, 就是要以跨學(xué)科的廣闊視野, 分析問(wèn)題與解決問(wèn)題。很多情況下, 解決與地下水有關(guān)的水資源和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題, 不可能在水文地質(zhì)學(xué)本身中尋找答案。例如, 緩解水資源短缺的關(guān)鍵之一是有效利用土壤水, 而有效利用土壤水的關(guān)鍵, 則是建設既利于入滲而又能抑制蒸發(fā)的土壤庫容。因此, 如何改善土壤結構, 便成為解決水資源短缺問(wèn)題的突破口。又如, 為了防治干旱半干旱地區渠灌產(chǎn)生的次生鹽漬化, 可以采用井渠結合、灌排結合的方式, 然而, 推動(dòng)井渠結合的關(guān)鍵并不在于技術(shù)措施, 而是調整地表水與地下水的水價(jià)。

 

  創(chuàng )新開(kāi)拓, 就是要掌握正確的方法論。一個(gè)學(xué)科的發(fā)展, 在某種意義上說(shuō), 取決于它所采用的方法論。

 

  Toth 的區域地下水流動(dòng)系統理論, 得出了一系列與常規思維不相容的結論:潛水存在自下而上的水流, 均質(zhì)各向同性介質(zhì)中存在不同級次的流動(dòng)系統。學(xué)科發(fā)展的歷史告訴我們, 愈是深層次的科學(xué)規律, 與人們的常識離得愈遠, 僅僅運用歸納法和演繹法, 是無(wú)法發(fā)現這種“離奇”的科學(xué)規律的。劃時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(相對論、板塊構造學(xué)說(shuō)、區域地下水流動(dòng)系統理論等), 都是運用假設-演繹法得到的。水文地質(zhì)學(xué)要想有突破性的發(fā)展, 有必要掌握并運用假設-演繹法[ 28 ,31] 。

 

  創(chuàng )新開(kāi)拓, 就要擺脫成見(jiàn)的束縛, 從“成熟”的理論中找出問(wèn)題, 從司空見(jiàn)慣的現象中發(fā)現問(wèn)題。與其它學(xué)科一樣, 水文地質(zhì)學(xué)是在概念與理論的不斷更新中發(fā)展的。破除了絕對“隔水層”的概念, 才有越流、含水系統、流動(dòng)系統等一系列新概念的誕生。多重介質(zhì)理論的建立, 才有裂隙水分布參數系統的模擬與工程應用。非飽和帶滯后釋水現象的發(fā)現, 才促進(jìn)了包氣帶水-飽水帶水的耦合研究。

 

  當代水文地質(zhì)學(xué)的內涵與發(fā)展趨勢, 有待不斷探索, 我們在這里只是提出了一些不成熟的看法, 希望得到同行的教正, 并引起進(jìn)一步的討論。