地下水水文學(xué)（Groundwater   hydrology）它是利用水文循環(huán)和水平衡原理來研究地下水的形成、運(yùn)動(dòng)、水情與地下水資源學(xué)科。是水文科學(xué)的一個(gè)分支。

圖）地下水水文學(xué)

它主要研究地下水的來源、類型、分布、運(yùn)動(dòng)、地質(zhì)環(huán)境的化學(xué)成分和水文地質(zhì)的形成（hydrogeology）密切相關(guān)，但研究內(nèi)容各有側(cè)重。地下水是自然界的一種水體，地下水徑流是水文循環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)，地下水資源是水資源的重要組成部分。因此，地下水的研究不僅具有理論意義，而且解決了供水問題、排水和防止土壤鹽堿化具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖）水文地質(zhì)勘測

地下水水文學(xué)的歷史可以分為三個(gè)時(shí)期：

①萌芽時(shí)期。從公元前7世紀(jì)到公元16世紀(jì)，這兩千年間，人們僅限于對(duì)現(xiàn)象的直接觀察和推測。柏拉圖推測地下有一個(gè)巨大的洞穴，里面的水是河流的源頭。中國唐代柳宗元（773～819）《天對(duì)》中說道：脈點(diǎn)土區(qū)，但濁而清。壚疏，滲渴而升。如果有足夠多的電荷和熔化，泄漏將恢復(fù)。描述了地下水在巖土間隙中的存在和滲透、蒸發(fā)和流動(dòng)現(xiàn)象。

②奠基時(shí)期。從17世紀(jì)到20世紀(jì)初，科學(xué)家們觀察到、通過實(shí)驗(yàn)和分析，提出了一系列關(guān)于地下水形成和運(yùn)動(dòng)的重要概念、定律和方法。法國科學(xué)家P.佩羅研究了地下水毛細(xì)上升現(xiàn)象，得出砂中毛細(xì)水上升高度小于 1米的結(jié)論。法國學(xué)者E.埃德姆馬略特測算了降雨入滲補(bǔ)給地下水的量，得出了泉水受降雨入滲補(bǔ)給的重要結(jié)論。1856年，法國工程師h.P.G.達(dá)西通過實(shí)驗(yàn)確立了地下水滲流的基本規(guī)律，奠定了地下水運(yùn)動(dòng)的理論基礎(chǔ)。1863年法國學(xué)者j.J.根據(jù)實(shí)際地下水位坡度很小的事實(shí)，邱布依作了一些簡化和假設(shè)，利用達(dá)西定律推導(dǎo)出了地下水井涌水量公式的法律。1870年德國a.Tim對(duì)邱布依公式進(jìn)行了改進(jìn)，使?jié)B透系數(shù)等參數(shù)可以通過穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)來計(jì)算。這些工作為地下水水文學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

③發(fā)展時(shí)期。20世紀(jì)初至80年代初，由于生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，地下水水文學(xué)逐漸形成了一門獨(dú)立的學(xué)科，并迅速發(fā)展起來。1928年，美國學(xué)者o.E.邁因策論述了承壓含水層的壓縮性和彈性，為地下水不穩(wěn)定理論的建立準(zhǔn)備了豐富的實(shí)踐基礎(chǔ)。1935年，美國學(xué)者c.V.泰斯公式是利用非穩(wěn)定地下水流和熱傳導(dǎo)的相似性推導(dǎo)出來的。1937年，美國學(xué)者M(jìn).馬斯克特在《均勻流體通過多孔介質(zhì)的流動(dòng)》一書中，用數(shù)學(xué)方法系統(tǒng)地論述了地下水的運(yùn)動(dòng)。1954年，英國學(xué)者n.S.博爾頓導(dǎo)出了潛水井中的不穩(wěn)定流方程。1930年荷蘭水文學(xué)家g.J.Dehley用數(shù)學(xué)方法分析了地下水通過弱透水層的滲流現(xiàn)象。地下水污染的研究始于20世紀(jì)60年代。

1949年后，中國大面積評(píng)價(jià)地下水資源、地下水位及開采量預(yù)測、在水文水文地質(zhì)參數(shù)的確定和地下水調(diào)度計(jì)算方面做了大量工作，并取得了成果。?

（圖）地下水水文信息模擬圖

地下水水文學(xué)的研究內(nèi)容可歸納為：

①地下水的形成。地下水主要來自大氣降水和地表水的入滲，在灌區(qū)還有灌溉水的入滲。入滲的水在地下經(jīng)過重新分配（儲(chǔ)存、蒸發(fā)和水平排泄）組成自然界水文循環(huán)的一部分。地下水水文學(xué)研究地下水在自然界水循環(huán)中的作用，研究它與降水、蒸發(fā)、地表水之間的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化，它的補(bǔ)給、排泄、與此有關(guān)的水文和水文地質(zhì)參數(shù)（如降水入滲補(bǔ)給系數(shù)、給水度等）和地下水資源評(píng)價(jià)等。

②地下水運(yùn)動(dòng)。地下水在重力和壓力作用下產(chǎn)生滲流運(yùn)動(dòng)。地下水運(yùn)動(dòng)的基本定律是達(dá)西定律，可根據(jù)質(zhì)量守恒原理和達(dá)西定律推導(dǎo)出不同條件下地下水運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)物理方程。計(jì)算地下水運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方程的解，可以預(yù)測未來某時(shí)某地的地下水水位等水文要素,也可以計(jì)算導(dǎo)水系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)，為地下水資源評(píng)價(jià)提供可靠的依據(jù)。

③地下水水情。也稱地下水動(dòng)態(tài)，指地下水水位、水量、水質(zhì)、水溫等要素在自然和人為因素影響下發(fā)生的變化。研究這些變化規(guī)律，建立各要素在時(shí)間和空間上的定量關(guān)系。通常利用觀測站和試驗(yàn)場，進(jìn)行地下水觀測和野外試驗(yàn)，利用取得的資料，計(jì)算水文和水文地質(zhì)參數(shù)，評(píng)價(jià)地下水的補(bǔ)給量、儲(chǔ)存量和允許開采量、監(jiān)測地下水的水質(zhì)以防止地下水的污染等。

④地下水的合理開發(fā)與管理。地下水開發(fā)應(yīng)在查明地下水資源的基礎(chǔ)上統(tǒng)籌安排、合理規(guī)劃。地下水的管理除了制訂規(guī)劃之外，還要建立地下水管理機(jī)構(gòu)；進(jìn)行水資源的合理調(diào)配；規(guī)定開采地下水的技術(shù)要求；保護(hù)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。

地下水水文學(xué)內(nèi)容還包括：包氣帶、土壤水、潛水、承壓水、含水層、泉、地下水運(yùn)動(dòng)（達(dá)西定律、滲水系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、給水度、釋水系數(shù)、降水入滲補(bǔ)給系數(shù)、灌溉水入滲補(bǔ)給系數(shù)）、地下水預(yù)報(bào)、地下水計(jì)算（地下水模擬）、地下水開發(fā)利用、地下水管理等。

（圖）地下水水質(zhì)類別分類圖

地下水水文學(xué)研究途徑主要有兩個(gè)方面：

①數(shù)學(xué)物理途徑。根據(jù)地下水水情和影響因素之間的物理聯(lián)系，建立它們之間的定量關(guān)系，例如，用水量平衡法求各平衡要素之間的定量關(guān)系，按一定的初始條件和邊界條件求解地下水運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)物理方程。

②統(tǒng)計(jì)途徑。根據(jù)大量實(shí)測資料，用概率統(tǒng)計(jì)原理研究地下水各種水文要素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，進(jìn)行地下水預(yù)報(bào)和地下水計(jì)算。主要的研究手段有：

①鉆探、地球物理勘探和遙感技術(shù)。主要用于查明含水層埋藏條件、空間分布和含水層的性質(zhì)。

②試驗(yàn)和觀測。包括抽水試驗(yàn)、井泉的地下水動(dòng)態(tài)觀測和土壤水觀測等。

③地下水模擬技術(shù)。例如，電模擬中把電阻電容組成網(wǎng)絡(luò)，用于模擬區(qū)域地下水流系統(tǒng)等。

④同位素技術(shù)。用來研究土壤水含量、地下水的起源、年齡和運(yùn)動(dòng)（見水文核技術(shù)）。

（圖）地下水利用分類示意圖

地下水的形成與分布，同地質(zhì)、地理環(huán)境有密切聯(lián)系。因此，地下水水文學(xué)與地質(zhì)學(xué)和地理學(xué)有關(guān)。地下水運(yùn)動(dòng)的研究要以水力學(xué)和流體力學(xué)的基本理論為基礎(chǔ)。在地下水動(dòng)態(tài)資料的分析和地下水預(yù)測中廣泛應(yīng)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)。由于地下水水文學(xué)是從水文循環(huán)的觀點(diǎn)來研究地下水的，因而它與氣候?qū)W、地表水水文學(xué)、土壤學(xué)有密切聯(lián)系。地下水質(zhì)評(píng)價(jià)，要運(yùn)用水化學(xué)和水文地球化學(xué)知識(shí)。此外，系統(tǒng)分析理論在地下水的開發(fā)利用中已逐漸得到采用。

地下水水文學(xué)中有些問題如降水、地表水和地下水三者的轉(zhuǎn)化關(guān)系，地下水資源及其最優(yōu)開發(fā)及管理等研究較少，不少方面尚處于探索階段。在大區(qū)域內(nèi)的復(fù)雜的水文地質(zhì)條件下，確定含水層參數(shù)尚無完善的辦法。開展水均衡要素室內(nèi)和室外的觀測和試驗(yàn)研究，建立新的數(shù)學(xué)物理模型，應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)和電模擬技術(shù)，可能使上述問題逐步取得進(jìn)展。另外，污染物質(zhì)的彌散、含水層溫度場、地下水動(dòng)態(tài)規(guī)律與預(yù)測等領(lǐng)域，也可望有更多的研究。

河流水文學(xué)  (river hydrology, potamology)

湖泊水文學(xué)  (lake hydrology, limnology)

沼澤水文學(xué)  (swamp hydrology)

冰川水文學(xué)  (glacial hydrology)

雪水文學(xué)    (snow hydrology, cryology)

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