灌區地下水污染調查研究國內外現狀及方法

㈠ 全國地下水污染防治規劃（2011-2020年）的主要任務

（一）開展地下水污染狀況調查。
綜合考慮地下水水文地質結構、脆弱性、污染狀況、水資源稟賦及其使用功能和行政區劃等因素，建立地下水污染防治區劃體系，劃定地下水污染治理區、防控區及一般保護區。
針對我國地下水污染物來源復雜、有機污染日益凸顯、污染總體狀況不清的現狀，基於新一輪全國地下水資源評價、全國水資源評價、第一次全國污染源普查和全國土壤污染狀況調查成果，從區域和重點地區兩個層面，開展地下水污染狀況調查。到2015 年底前完成我國地下水污染狀況調查和評估工作，基本掌握我國地下水污染狀況，深入分析地下水污染成因和發展趨勢。
區域地下水污染調查按1:25 萬以上的精度進行，主要部署在平原（盆地）和低山丘陵區，覆蓋所有地下水開發利用區和潛在地下水開發區。重點地區地下水污染調查按1:5 萬以上的精度進行，主要部署在地市級以上城市人口密集區、潛在污染源分布區和大型飲用水水源區等區域。
（二）保障地下水飲用水水源環境安全。
嚴格地下水飲用水水源保護與環境執法。定期開展地下水資源保護執法檢查、地下水飲用水水源環境執法檢查和後督察，嚴格地下水飲用水水源保護區環境准入標准，落實地下水保護與污染防治責任，依法取締飲用水水源保護區內的違法建設項目和排污口。
制定超標地下水飲用水水源污染防治方案。針對污染造成水質超標的地下水飲用水水源，科學分析水源水質和水廠供水措施的相關性，研究制定污染防治方案，開展地下水污染治理工程示範，實現「一源一案」。以農村地區受污染地下水飲用水水源為重點，著力解決潛水污染問題。
建立地下水飲用水水源風險防範機制。建立地下水飲用水水源風險評估機制，對地下水飲用水水源保護區外，與水源共處同一水文地質單元的工業污染源、垃圾填埋場及加油站等風險源實施風險等級管理，對有毒有害物質進行嚴格管理與控制。按照「誰污染、誰治理」的原則，對地下水污染隱患進行限期治理。
（三）嚴格控制影響地下水的城鎮污染。
持續削減影響地下水水質的城鎮生活污染負荷，控制城鎮生活污水、污泥及生活垃圾對地下水的影響。在提高城鎮生活污水處理率和回用率的同時，加強現有合流管網系統改造，減少管網滲漏；規范污泥處置系統建設，嚴格按照污泥處理標准及堆存處置要求對污泥進行無害化處理處置。逐步開展城市污水管網滲漏排查工作，結合城市基礎設施建設和改造，建立健全城市地下水污染監督、檢查、管理及修復機制。
到2015 年底前，完成大中城市周邊生活垃圾填埋場或堆放場對地下水環境影響的風險評估工作。目前正在運行且未做防滲處理的城鎮生活垃圾填埋場，應完善防滲措施，建設雨污分流系統。對於已封場的城鎮生活垃圾填埋場，要開展穩定性評估及長期地下水水質監測。對於已污染地下水的城鎮生活垃圾填埋場，要及時開展頂部防滲、滲濾液引流、地下水修復等工作。有計劃關閉過渡性的簡易或非正規生活垃圾填埋設施。未經穩定化處理且含水率超過60%的城鎮污水廠污泥不得進入生活垃圾填埋場填埋。
（四）強化重點工業地下水污染防治。
加強重點工業行業地下水環境監管。定期評估有關工業企業及周邊地下水環境安全隱患，定期檢查地下水污染區域內重點工業企業的污染治理狀況。依法關停造成地下水嚴重污染事件的企業。建立工業企業地下水影響分級管理體系，以石油煉化、焦化、黑色金屬冶煉及壓延加工業等排放重金屬和其他有毒有害污染物的工業行業為重點，公布污染地下水重點工業企業名單。
防範石油化工行業污染地下水。石油天然氣開採的油泥堆放場等廢物收集、貯存、處理處置設施應按照要求採取防滲措施，並防止回注過程中對地下水造成污染。石油天然氣管道建設應避開飲用水源保護區，確實無法繞行的，應採取嚴格的防滲漏等特殊處理措施後從地下通過，最大限度地防止輸送過程中的跑冒滴漏。盡快修訂完善《汽車加油加氣站設計與施工規范》（GB50156-2002）。從2012年起，新建、改建和擴建地下油罐應為雙層油罐，或設置防滲池、比對觀測井等防漏和檢漏設施。到2015 年底前，正在運行的加油站地下油罐應更新為雙層油罐或設置防滲池，並進行防滲漏自動監測。
防控地下工程設施或活動對地下水的污染。興建地下工程設施或者進行地下勘探、采礦等活動，特別是穿越斷層、斷裂帶以及節理裂隙的地下水發育地段的工程設施，應當採取防護性措施，預防地下水污染。採用科學合理的防護措施，盡量減少地下工程設施建設，尤其是隧道開挖對地下水的影響。整頓或關閉對地下水影響大、環境管理水平差的礦山。
控制工業危險廢物對地下水的影響。加快完成綜合性危險廢物處置中心建設，重點做好地下水污染防治工作。加強危險廢物堆放場地治理，防止對地下水的污染，開展危險廢物污染場地地下水污染調查評估，針對鉻渣、錳渣堆放場及工業尾礦庫等開展地下水污染防治示範工作。
（五）分類控制農業面源對地下水污染。
逐步控制農業面源污染對地下水的影響。對由於農業面源污染導致地下水氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮超標的華北平原和長江三角洲等地區，特別是糧食主產區和地下水污染較重的平原區，要大力推廣測土配方施肥技術，積極引導農民科學施肥，使用生物農葯或高效、低毒、低殘留農葯，推廣病蟲草害綜合防治、生物防治和精準施葯等技術。開展種植業結構調整與布局優化，在地下水高污染風險區優先種植需肥量低、環境效益突出的農作物。
嚴格控制地下水飲用水水源補給區農業面源污染。通過工程技術、生態補償等綜合措施，在水源補給區內科學合理使用化肥和農葯，積極發展生態及有機農業。
（六）加強土壤對地下水污染的防控。
逐步開展土壤污染對地下水環境影響的風險評估。結合全國土壤污染狀況調查工作成果，加強地下水水源補給區污染土壤環境質量監測，評估污染土壤對地下水環境安全構成的風險，研究制定相應的污染土壤治理措施。
加強影響地下水環境安全的污染場地綜合整治工作。開發利用污染企業場地和其他可能污染地下水的場地，要明確修復及治理的責任主體和技術要求，按照「誰污染、誰治理」的原則，被污染的土壤或地下水，由造成污染的單位和個人負責修復和治理。
嚴格控制污水灌溉對地下水造成污染。要科學分析灌區水文地質條件等因素，客觀評價污水灌溉的適用性。避免在土壤滲透性強、地下水位高、含水層露頭區進行污水灌溉，防止灌溉引水量過大，杜絕污水漫灌和倒灌引起深層滲漏污染地下水。污水灌溉的水質要達到灌溉用水水質標准。定期開展污灌區地下水監測，建立健全污水灌溉管理體系。
（七）有計劃開展地下水污染修復。
開展典型地下水污染場地修復。借鑒國外地下水污染修復技術經驗，在地下水污染問題突出的工業危險廢物堆存、垃圾填埋、礦山開采、石油化工行業生產（包括勘探開發、加工、儲運和銷售）等區域，篩選典型污染場地，積極開展地下水污染修復試點工作。
開展沿海地區海水入侵綜合防治示範。嚴格控制海水入侵易發區地下水開采，採取綜合措施，加快海水入侵區地下水保護治理，防治海水入侵。
切斷廢棄鑽井、礦井、取水井等地下水污染途徑。報廢的各類鑽井、礦井、取水井要由使用單位負責封井，及時開展廢棄井回填工作，並保證封井質量，避免引起各層地下水串層污染，防止污染物通過各類廢棄設施進入地下水。
（八）建立健全地下水環境監管體系。
建立健全地下水環境監測體系。在國土資源、水利及環境保護等部門已有的地下水監測工作基礎上，充分銜接「國家地下水監測工程」監測網路，整合並優化地下水環境監測布設點位，完善地下水環境監測網路，實現地下水環境監測信息共享。建立區域地下水污染監測系統（國控網），實現國家對地下水環境的總體監控；建立重點地區地下水污染監測系統（省控網），實現對人口密集和重點工業園區、地下水重點污染源區、重要水源等地區的有效監測；強化水廠的地下水取水檢測能力（取水點控）、地下水區域性污染因子和污染風險的識別能力，增加檢測項目，提高檢測精度，強化地下水水質突變等異常因子識別。加大對地下水環境監測儀器、設備投入，建立專業的地下水環境監測隊伍，逐步建立地下水環境監測評價體系和信息共享平台。
建立地下水污染風險防範體系。建立預警預報標准庫，構建地下水污染預報、應急信息發布和綜合信息社會化服務系統。制定地下水污染防治應急措施，增強供水廠對地下水污染物的應急處理能力，強化水處理工藝的凈化效果，分區域、有重點地增強水廠對氟化物、鐵、錳、氨氮和硫酸鹽等污染指標的處理能力，建立地下水污染突發事件應急預案和技術儲備體系。
加強地下水環境監管。提高地下水環境保護執法裝備水平，重點加強工業危險廢物堆放場、石化企業、礦山渣場、加油站及垃圾填埋場地下水環境監察。強化納入地下水污染清單的重點企業環境執法，禁止利用滲井、滲坑、裂隙和溶洞等排放、傾倒或利用無防滲措施的溝渠、坑塘等輸送、存貯含有毒污染物的廢水、含病原體的污水和其他廢棄物，防止污染地下水；定期檢查重點企業和垃圾填埋場的污染治理情況，評估企業和垃圾填埋場周邊地下水環境狀況，排查安全隱患。
全過程監管地下水資源的開發利用，分層開采水質差異大的多層地下水含水層，不得混合開采已受污染的潛水和承壓水，人工回灌不得惡化地下水質。提高用水效率，節約使用地下水，嚴格實施地下水用水總量控制。研究制定地下水超采區及生態環境敏感區的壓采和限采方案，保障地下水采補平衡，避免造成地下水環境污染及生態破壞。

㈡ 地下水污染現狀調查包括哪些內容

地下水污染現狀調查包括水文地質調查，環境水文地質問題調查，地下水污染源調查，地下水環境現狀監測和必要的勘探、試驗、測試等。
水文地質調查主要包括：
1、氣象、水文、土壤和植被狀況；
2、底層岩性、地質構造、地貌特徵與礦產資源；
3、包氣帶岩性、結構、厚度；
4、含水層的岩性、厚度、滲透系數和富水系統，隔水層岩性組成、厚度、滲透系數；
5、地下水類型、水動力特徵、地下水水位、水質、水量、水溫及地下水補給、徑流和排泄條件；
6、泉的成因類型；
7、地下水環境背景值或對照值。
【法律依據】
《中華人民共和國水污染防治法》
第二十二條 向水體排放污染物的企業事業單位和其他生產經營者，應當按照法律、行政法規和國務院環境保護主管部門的規定設置排污口。在江河、湖泊設置排污口的，還應當遵守國務院水行政主管部門的規定。第二十三條 實行排污許可管理的企業事業單位和其他生產經營者應當按照國家有關規定和監測規范，對所排放的水污染物自行監測，並保存原始監測記錄。重點排污單位還應當安裝水污染物排放自動監測設備，與環境保護主管部門的監控設備聯網，並保證監測設備正常運行。具體辦法由國務院環境保護主管部門規定。應當安裝水污染物排放自動監測設備的重點排污單位名錄，由設區的市級以上地方人民政府環境保護主管部門根據本行政區域的環境容量、重點水污染物排放總量控制指標的要求以及排污單位排放水污染物的種類、數量和濃度等因素，商同級有關部門確定。第二十四條 實行排污許可管理的企業事業單位和其他生產經營者應當對監測數據的真實性和准確性負責。環境保護主管部門發現重點排污單位的水污染物排放自動監測設備傳輸數據異常，應當及時進行調查。

㈢ 地下水系統研究現狀

國外地下水系統研究始於20世紀40年代。1940年，M.K.Hubbert在他的經典文章 「地下水流動理論」中發表了河間地塊流網圖，指出在排泄區的地下水是自下而上作上升運動的，並嘗試建立遵守物質守恆和熱力學定律的地下水流動觀點及可以實際應用的描述地下水流動的流動方程(Hub-bert，1940;張人權，2002)。1963年，Tóth提出了二維均質各向同性的理論地下水流動模型，將理論的盆地水流模型模擬的水流系統劃分為不同的層次:局部水流系統、中間水流系統和區域水流系統，認為它們都有逐漸減弱和上升的水流分支，且存在內部系統滯流區(Tóth，1963;陳夢熊，馬鳳山，2002)。1966～1967年，Freeze和Witherspoon推而廣之將地下水有限差分模型運用到具有復雜邊界條件的非均質含水層系統中(Freeze，Witherspoon，1966，1967;張人權，2002)。1978年，Tóth運用電模擬模型再現了反映真實情況的類似水流方式(Tóth，1978)。Engelen等於1980年和1984年發展了Tóth的地下水流動系統理論，並將其全面應用於水文地質研究工作中(Engelen，Jones，1980;Engelen，1980，1984)。Engelen等認為，地下水系統是不同形式的能量輸入、代謝和輸出的有機體，並且有發生、發展和最終消亡的過程(Engelen，Jones，1986)。1982年美國R·C·希思按照地下水系統的5個特徵將美國劃分為14個區，這5個特徵是:系統的組成要素及其組合關系;主要含水層含水空隙的性質;主要含水層的岩性;主要含水層的貯水與導水性;主要含水層的補排條件。1984年，法國卡斯塔尼在莫斯科舉行的第二十七屆國際地質大會的分組會的報告中認為，正確的水資源評價必須從水資源保護、防止水資源枯竭、控制地下水污染和保護生態系統平衡出發，對地下水系統進行定量描述;並且指出，每一個地下水系統都具有一定的時空特徵及其水動力系統，以及固定的平衡形式和一定的水資源類型(陳夢熊，馬鳳山，2002)。Engelen在1986年「地下水流系統的發展」(Engelen，Jones，1986)及在1996年「水文系統分析」(Engelen，Kloosterman，1996)中對地下水系統和水文系統的概念、研究方法和應用做了系統的總結。經過Hubbert、Tóth、Engelen等人的理論和實際研究工作，地下水系統的理論和方法得到了廣泛應用。

在我國，著名水文地質學家陳夢熊院士早在1984年就在系統收集整理國外有關文獻的基礎上，編印出版了《地下水系統理論研究論文選編》，向國內介紹國外關於「地下水系統」研究動向;隨後，在其發表的《地下水資源與地下水系統研究》(陳夢熊，1987)、《地下水系統分析與概念模型》(陳夢熊，1994)、《中國水文地質環境地質問題研究》(陳夢熊，1998)和《中國地下水資源與環境》(陳夢熊，馬鳳山，2002)等論著中系統詳細地闡述了地下水系統的理論、方法和應用，這促進了我國地下水系統理論的發展和應用。

㈣ 地下水污染現狀評價方法及計算公式

地下水污染的空間差異需通過分區來體現。污染分區可以從單項污染組分不同地段上污染程度（即單項污染指數）的差異角度來劃分，也可以從多項污染組分不同地段上綜合污染程度的差異角度來劃分。這里採用以各單項污染組分不同地段上污染程度的差異分區為分析基礎，以多項組分不同地段上綜合污染程度的差異分區為正式的污染等級分區。

地下水現狀綜合污染程度應遵照如下的原則和方法進行分區：

（1）地下水污染現狀分區的空間范圍：平面上限定在整個研究區，垂向上限定在同一含水層，一般限定在潛水含水層。

（2）地下水污染現狀是按照「綜合污染指數」進行分區的：即採用每個采樣點地下水中多項污染組分的「綜合污染指數」來判斷地下水污染現狀的等級歸屬^［29］。所謂「綜合污染指數」是對應單項污染指標的「單項污染指數」而言的，但是，「綜合污染指數」要求是按照「應調查測試的項目」計算出來的，這個「應調查測試的項目」個數多，而實際工作中取得的水樣的測試項目往往距「應調查測試的項目」還有一些缺項，用缺項的實測項目資料計算出的多項污染組分的「綜合污染指數」不是真正的「綜合污染指數」（姑且稱作「似綜合污染指數」），為了避免概念上的混淆，當水質分析資料存在缺項的情況下，應迴避「綜合污染指數」，建議改用「復合污染指數」來表述實測資料缺項的多項污染組分計算出的「似綜合污染指數」。嚴格來講，因為用來確定「復合污染指數」的檢測項目不完全，所以，其計算結果與「綜合污染指數」比較可能會有偏差，造成等級歸屬有誤，但是，在檢測項目不全的情況下，採用復合污染指數總比僅僅用單項污染指數一種方法要好一些。當實際工作中所取水樣的測試項目等於「應調查測試的項目」時，「復合污染指數」即是真正的「綜合污染指數」了。

（3）復合污染指數PI是用多項污染組分的單項污染指數計算出來的，其計算借用了「綜合污染指數」的公式：

供水水文地質計算

式中：PI_i為第i個水樣的復合污染指數；

為第i個水樣的n項污染組分各單項污染指數I_i，j（j＝1，…，n）的算術平均值；I_i-max為第i個水樣的n項污染組分各單項污染指數I_i，j（j＝1，…，n）中的最大值。

單項污染指數I_i，j的計算公式：

供水水文地質計算

式中：C_i，j為第i個水樣中第j項污染組分的實測含量（mg/L）；C_j-0為第j項污染組分的背景值（mg/L）。

對於某項背景值為含量區間的計算公式為：

供水水文地質計算

式中：C_j，m為第j項污染組分背景值含量區間的中值（mg/L）；C_j，max為第j項污染組分背景值含量區間的最大值（mg/L）。

式（8-2-1）中特別突出了污染程度最大項的作用，很大程度上體現了「一票否決」的原則。

（4）按照復合污染指數PI可劃分出四個污染級別：PI≤1未污染區，1＜PI≤2.5輕度污染區，2.5＜PI≤5 中等污染區，PI＞5 嚴重污染區，為了敘述方便，本文依次稱為一、二、三、四級污染區。

㈤ 地下水污染調查評價技術方法與信息系統建設

一、內容概述

由中國地質調查局下達，中國地質科學院水文地質環境地質研究所承擔的《地下水污染調查評價技術方法與信息系統建設》項目，旨在為全國地下水污染調查評價工作提供技術支撐。該項目取得的主要成果有：

1.研製地下水污染調查評價可能涉及的適於各類水源和分析項目的采樣設備

（1）設計製作了適於大排量潛水泵提水井揮發性和半揮發性有機污染物采樣的分流支管引接組件。

（2）製作和配備了「專用采樣潛水泵」（流量可調，適於井孔滯水微擾清洗）的附屬組件（出水管路、專用線盤等）。

（3）研製了適於深水（地表水和地下水）揮發性有機物分析采樣的氣壓緩釋采樣器。該采樣器不需電源，不在水體中排氣，通過控制采樣器腔體內氣壓使水樣平穩地注入采樣器腔體，不形成曝氣，特別適於地表深水揮發性和半揮發性有機污染物分析樣品的採集。

（4）研製了適於地表水和大口井采樣的可最大限度避免污染的原瓶定深采樣器。所設計的電磁閥採用特氟龍或具有特氟龍塗層的金屬組件製作，可採集各類分析項目樣品。

（5）研發了適合地下潛水小口徑提水井（尤其是壓水井）滯水清洗和揮發性有機物采樣的吸程泵采樣裝置。

（6）研製了適於揮發性有機物和各類分析項目采樣的現場再線過濾裝置。其中不銹鋼板式過濾器適於採用玻璃纖維濾膜完成有機物分析水樣的現場在線過濾，特氟龍過濾裝置適於各類分析項目水樣的過濾，而配置蠕動泵（採用內襯特富龍的特種橡膠管）的板式過濾器可完成地表水有機物分析樣品的現場過濾。

2.編制了地下水有機污染樣品採集和保存技術要求

根據地下水污染調查評價項目所涉及的地下水采樣井和地表水采樣點類型，編制了「地下水污染調查評價水樣採集與保存技術要求」。

3.提出了一套地下水質量、污染綜合評價指標體系和地下水污染風險評價方法

針對目前地下水污染調查中增加的大量有機指標需進行評價，以及原標准規范採用內梅羅法評價結果失真等問題，綜合分析研究國內外各類水質標准和評價方法，提出了一套地下水質量和污染綜合評價指標體系（44項無機指標，49項有機指標）和分類疊加綜合評價方法，編制了評價技術要求及實施細則。同時創新性提出了地下水污染風險評價方法。

4.開發了一套支持地下水污染調查信息化的信息系統

依據「地下水污染調查評價規范」，基於SQL Server的資料庫結構，開發了一套支持地下水污染調查信息化的信息系統。該系統包括地下水污染調查野外數據採集系統、地下水污染調查數據整理與數據錄入系統、地下水污染調查數據管理與綜合分析系統、地下水污染調查綜合成果光碟系統，為地下水污染調查從數據採集、建庫、管理與分析、成果管理提供了強大的信息化工具。

二、應用范圍和應用實例

項目成果可用於全國范圍地下水污染調查評價工作。

中國地質調查局組織實施的華北平原、長三角地區、珠三角地區和東北平原、中西部地區地下水污染調查評價均使用了該項目的成果，為地下水污染調查評價提供技術支撐，為全國地下水污染調查工作的順利實施起到了關鍵作用。

三、推廣轉化方式

該成果宜採用人員培訓、技術咨詢和現場服務的方式進行推廣轉化。該成果曾在石家莊、蚌埠和沈陽做過三次采樣技術講座，在江蘇、河北、吉林、山東和河南等地進行現場采樣技術指導。在石家莊、廈門、桂林、成都等地進行信息系統的培訓等工作。

技術依託單位：中國地質科學院水文地質環境地質研究所

聯系人：申建梅

通訊地址：河北省石家莊市中華北大街406號

郵政編碼：050061

聯系電話：0311-67598657

電子郵件：[email protected]

㈥ 國內外研究現狀與趨勢

（一）美國百年地下水開發利用史的啟示

美國是開展地下水可持續利用性研究比較早的國家。早在1883年美國學者Chamber⁃lin即出版了《自流井》，首次論述了自流井的成井條件和開發理論。1897年Iowa州地質調查局Norton在《Iowa自流井》報告中首次使用「含水層」理念。Todd於1900年提出，過多的自流井將導致自流水量衰減。1923年Meinzer出版了《美國地下水形成與理論探討》和《地下水文學概要》，系統地總結了水文地質學的研究工作和理論進展，同時首次對全國地下水資源進行了定性評估，闡述了美國地下水發生、補給、排泄、徑流、數量、質量、開發利用等各個方面（陳美貞，2006；陳仁升等，2003）。1935年Theis提出非穩定流理論，使許多實際問題得到較好解決。

在地下水開發方面，人們開始意識到地下水資源是有限的。20世紀30年代Tolman及同事發現了地下水開采所引發的海水入侵和地面沉降現象。20世紀60年代中期，以州為單位先後進行了各州地下水資源調查和均衡法地下水資源評價。1963年McGuinness總結了各州及地區地下水資源評價研究成果。

1977年美國發生了特大乾旱，1978年美國地質調查局（USGS）啟動了「區域水系統分析項目（RASA）」，歷時近20年，調查和研究了全國28個以流域為單元的水系統，採用三維有限差分地下水流數值模型，模擬地下水開發前後地下水動態變化，並於1990～2000年期間編制出版了各個水系統的地下水圖集（比例尺為1：250萬～1：10萬）。

目前，美國的地下水開采量占總用水量的 20.7%。其中，98.3% 的家庭用水、57.4%的牲畜用水和41.5%的灌溉用水都依賴於開采地下水源供給，而且對生態環境的改善和保護意識也越來越強烈。為此，美國正在開展新一輪「地下水資源計劃」（GWRP），研究重點已從過去的以州為單位轉向整個水系統、水文系統和生態環境系統，從過去偏重地下水的資源供給功能轉向地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能綜合調查評價研究，強調地下水可持續利用性研究。

近百年來美國地下水開發利用史表明，經濟社會發展對地下水開發利用理念及其生態-地質環境功能研究具有重大推動作用。在19世紀以前，地下水僅是經濟社會發展中一種補充性資源，在水資源中地表水的開發利用研究佔主導地位。進入20世紀60年代，地下水成為經濟社會發展愈來愈依賴的基礎資源，特別是在持續乾旱年份，地下水的開發利用得到空前的重視，同時含水層疏干、依賴地下水維持的生態系統急劇退化、地面沉降和海鹹水入侵等環境問題日趨顯現。據USGS統計，在美國公共供水中，地下水的比重從1950年的26%增到2000年的37%。80年代，地下水保護問題受到重視，美國聯邦政府制定了提高污水排放標准和提高用水效率的多項保護法規，到2000年畝均灌水量比1950年減少了30%。在《2000～2010年美國地質調查局地質部科學戰略》和《1998～2008年水資源部發展戰略》中，突出了地下水的可用性和可持續性研究，包括城市化和市郊化對地下水影響調查、海岸帶土地利用和人口增長對地下水影響調查和地下水-地表水相互作用研究。

（二）國內地下水評價研究動態

從20世紀50年代以來，地質礦產部和有關部門在全國范圍內開展了大量的地下水及其環境地質問題調查評價工作，包括區域水文地質、供水水文地質、環境水文地質、地下水資源評價與新技術和新方法應用。經過50多年來的水文地質工作，基本查明了我國地下水資源的區域分布規律，並且把西北和華北的地下水勘察研究作為一項主要戰略任務做了大量工作，實現了各種信息的採集、處理、存儲、傳輸和交換，並開始把地下水作為水圈、岩石圈的組成部分和重要環境因子，開展地球表層四大圈層相互關系及大陸水循環與全球變化研究，把地下水融入「全球一體化」的大環境中思考，利用大剖面、同位素等研究地下水循環方式，極大地改變著地下水評價的傳統思維與方式，尤其是近幾年信息技術的發展，加快了對地下水評價的速度。

50多年的地下水評價工作，具有如下特點：①體現國家意志、服從國家目標，成為地下水評價的宗旨；②發揮水文地質工作優勢，體現地下水區域性、基礎性評價服務於國家建設；③取得的豐富資料和經驗，奠定了地下水評價方法研究的基礎。自20世紀70年代以來，由於應用數學和地下水動力學的相互滲透，以及電算技術的推廣和應用，豐富並突破了傳統水文地質學的內容，使地下水評價從定性研究發展到定量研究的新階段。地下水資源評價的基本理論，從穩定流發展到非穩定流，從二維流發展到三維流，從一般均衡法和比擬法，發展到解析法和有限單元或有限差分數值法及相關分析法。地下水質量評價從單項評價發展到綜合評價，從一般數理統計方法發展到聚類、神經網路和灰色系統評價方法。

20世紀80年代後期，地下水資源評價工作開始把主要目標轉向管理模型的研究，涉及與地下水開發活動有關的自然環境、社會環境和技術經濟環境等各方面問題。

但是，面對21世紀可持續發展的要求，地下水評價工作存在不同程度的不適應新問題。始於20世紀80年代的第一輪全國地下水資源評價，是基於以消耗資源、犧牲環境作為代價的發展過程，在評價指導思想、評價理念和評價方法諸方面，都存在歷史的局限性，急需按新的要求進行完善和發展。例如由於受當時認識能力和技術水平的局限，對地下水系統的資源、環境和生態屬性功能的基本認識和評價方式中，有關可持續發展思想和水循環理念體現不足，靜態思維比較突出。

1.地下水資源分類與概念演變

20世紀50～60年代，我國在地下水資源評價方面普遍採用前蘇聯的「四大儲存量」的概念，即動儲存量、靜儲存量、調節儲存量和開采儲存量。在歐美一些國家也都使用過這些概念（曲煥林等，1991）。經過水文地質工作者的多年實踐，普遍感到應用「四大儲存量」的概念評價地下水資源存在許多缺陷（陳雨蓀，1982；劉光亞，1982；王強忠等，1982），現在已基本停止使用。

在20世紀70年代提出了「三種水量」的概念，即補給量、儲存量、允許開采量，並於1989年納入國家標准（GBJ27-88）。但是隨著實踐和理論的發展，其局限性和理論缺陷逐漸暴露出來（徐恆力等，2001）。方案中沿襲以含水層（或水源地）為評價單元的思維模式，沒有體現地下水資源整體性和系統性；補給量和儲存量的時空概念含糊，容易造成水量重復計算；允許開采量僅僅是一種籠統的提法，在實踐中難以操作等。

20世紀80年代「資源」的概念逐漸為人們所接受，歐美、日本等國家和地區先後採用了地下水資源的概念，陸續出現了「潛在可更新資源」（Potential Renewable Resource）、「實際可更新資源」（Actual Renewable Resource）、「可用更新資源」（Available Renewable Resource）、「安全開采量」（Safe Yield）、「可持續開采量」（Sustainable Yield）和「實際可持續開采量」（Practical Sustained Yield）等。

我國學者王大純教授（1995）等人，從地下水資源自然屬性出發，將地下水資源劃分為「補給資源」和「儲存資源」兩類。「補給資源」被定義為「含水系統可以恢復再生的水量」。將含水系統的多年平均補給量作為補給資源量，單位為m³/a。「儲存資源」被定義為「含水系統在地質歷史時期積累保存下來的水量」。將含水系統多年平均低水位以下的重力水體積作為儲存資源量，單位為m³。

陳夢熊院士等1983年提出的、後經過不斷調整和補充（2002）的地下水資源分類，也具有廣泛代表性。在該分類中，將地下水資源分為「天然資源」和「可采資源」。「天然資源」被定義為「在一個完整的水文地質單元（地下水系統）內，地下水在天然條件下通過各種途徑，直接或間接地接受大氣降水或地表水入滲補給而形成的具有一定水化學特徵、可資利用並按水文周期呈現規律變化的多年平均補給量」，一般可用區域內各項補給量的總和或排泄量的總和來表徵。「可采資源」被定義為「在經濟技術條件合理、開采過程中不發生水質惡化或其他不良地質現象（如地面沉降、地面塌陷等），並對生態平衡不致造成不利影響的情況下，有保證的可供開採的地下水資源」。

2.地下水資源評價方法研究現狀

達西（Darcy）定律和水量均衡是地下水資源數量評價的理論基礎，由此產生了兩種評價方法，即「地下水系統水量均衡法」和「地下水系統水動力學法」。

「地下水系統水量均衡法」是直接利用質量均衡原理，通過建立地下水系統的補給量、排泄量和儲變數之間水量關系，確定地下水資源數量。「地下水系統水量均衡法」既可用於區域地下水資源的水量計算，又可用於局域地下水資源的水量計算；既可估算地下水系統的補給和排泄的總量，又可計算地下水系統的各單項量，是地下水資源評價中最常用的一種基本方法，也是一種比較可靠的方法。

「地下水系統水動力學法」是根據達西定律和水量均衡原理，建立描述地下水運動規律的微分方程，通過求解微分方程，實現對地下水系統水量狀態評價。

按照微分方程的解法，劃分為「解析法」和「數值法」。解析法是根據地下水井流理論進行地下水量評價，主要適用於均衡區范圍較小、水文地質條件簡單的均質含水系統。在20世紀50年代之前，解析法在地下水資源評價中發揮了重要作用，迄今仍然是地下水資源評價中確定水文地質參數的主要方法。但是當把解析法應用於大范圍水系統時，由於實際的水文地質條件遠較解析法所假設的條件要復雜得多，其局限性就暴露了出來（薛禹群等，1986）。

為了解決隨地下水開采規模進一步擴大所出現的問題，在20世紀50～60年代，興起物理模擬（電模擬和砂槽模擬等）技術，但是仍不能很好地解決復雜水文地質條件下區域地下水資源評價所面臨的問題。計算機技術和數值計算在地下水資源評價中的應用推廣，使一些復雜地下水流模擬成為可能，而且開始考慮含水介質的非均質性和各向異性，對復雜的越流系統和具有不規則形狀的各類邊界條件，以及多相流和雙重介質等問題也開展了深入的研究，在概念模型中更多地保留了實體系統的自然特性。由於數值法既可用於大區域地下水資源評價，又可用於局部的水源地評價；既可處理復雜的水文地質問題，又具有較高的計算精度，因此，逐漸成為地下水資源評價的重要方法，並因其更易實現系統分析的目標而被廣泛應用於地下水資源評價和管理工作中。

在地下水資源評價中，常用的方法還有水文分析法、相關分析法、水文地質比擬法等。「水文分析法」是仿照陸地水文學的測流分析，計算地下水補給量的一種方法，主要應用於地下水補給量全部轉化為地下水泄流的地區，如岩溶管道流區、全排型岩溶大泉的岩溶水系統或基岩山區裂隙水系統等其他方法難以應用的地區，主要有地下徑流模數法和基流分割法。「水文地質比擬法」，常用於實際資料缺乏的地區，主要根據水文地質條件的相似性，用區域內局部地段或相似條件的其他地區的實際資料比擬到全區或研究區進行地下水資源評價，多數用於可采資源的估計。該方法是研究區缺乏資料情況下不得已的選擇，其評價結果的精確性較差。「相關分析法」是一種統計學方法，主要用於區域水文地質勘探試驗資料不足，但是地下水動態資料較多的地區，應用這種方法進行外推時其可靠性很難保證。「開采試驗法」，在地下水的非補給期（枯水期），按接近取水工程設計的開采條件，進行較長時間的抽水實驗，然後根據抽水量、水位降深動態或開采條件下的水量均衡方程求解出水源地枯季補給量，並以此作為水源地的允許開采量。該方法主要用於水源地允許開采量的評價，在區域地下水資源評價中主要用該方法求取參數。

縱觀國內外地下水評價成果，最常用的方法是「地下水系統水量均衡法」和「數值法」。美國1977年開展的「區域水系統分析計劃」（簡稱RASAP，1978～1995年期間）聯合運用數值法和均衡法對全國25個主要地下水系統水資源進行了評價（USGS，1998）。在2000年開始的新一輪地下水資源評價（Ground-water Resources Program）中，仍然以數值法為主（USGS，2001）。歐盟各國聯合開展的區域地下水資源評價中，水量均衡法是主要方法（Fried，1982；Rees and Cole，1997）。此外，亞洲、非洲一些國家也大多採用水量均衡法和數值法進行區域地下水資源評價（Leslie B.Smith and Kadri Külm，2002；Shahin，1989；Lloyd，1990；Ulf Thorweihe and Manfred Heinl，2002）。我國在20世紀80年代開展的第一輪全國地下水資源評價中，均衡法和數值法也是主要評價方法。

隨著數學地質的發展，最近在國內外地下水評價中出現了一些新的理論方法，如隨機理論和神經網路（Kitanidis，1985；Bates，1992；Gelhar，1993；Brannan，1993；楊金忠等，2000），但是這些方法還處於理論探索之中，目前還難以廣泛實際應用。

3.地下水質量評價研究現狀

我國在早期的地下水質量評價中一般借用外國學者設計的評價模式，如內梅羅（Nemerow N.L.）指數法等。但是在應用過程中，逐漸發現這些評價模式在理論上和實踐上的不足，於是我國地下水質量評價工作者，根據自己實踐的經驗和實際情況，提出了許多適合不同用途的水質量評價方法。如20世紀60年代開始用「環境質量綜合指數」定量地表示環境質量狀況，發展至今已提出許多種計算綜合指數的數學模式，這些模式對環境質量的劃分一度起了積極的作用。

早期全國性地下水質量評價，尚無「國家地下水水質標准」，主要依據國家建委和衛生部批准試行的「生活飲用水衛生標准」（TJ20-76），並參考世界衛生組織（WHO）1958年公布的「飲用水水質標准」，個別評價參數考慮地方「飲用水水質標准」。評價方法主要採用指數法、多項參數法和模糊數學法等。在現今的全國地下水質量評價中，雖然在評價項目選定、分類和污染等級劃分等方面有所變動，但是其思路和技術方法均沿襲了這一格局。

20世紀80年代以來，隨著計算機技術的高速發展和廣泛應用，模糊數學、灰色聚類和神經網路等方法在地下水質量評價中廣泛應用，且隨著方法的改進，人們也越來越重視評價結果的合理性。但是由於影響地下水質量的因素較多，以至各評價方法都存在一些局限性。例如綜合污染指標法的「硬性分級劃分」，灰色和模糊系統需要設計若干不同的效用函數（灰色系統的白化函數、模糊數學的隸屬函數等），以及人為地給定各評價指標的權重（或權函數）等，這些效用函數和指標權重的給定難免不帶主觀性，造成評價方法難以通用，增加了應用的困難和人為臆斷因素對結論的影響。在地下水質量評價方法中，普遍存在「參數權重」問題，例如指數法把各個水質參數等同，模型法在參數選取和參數權重設定中存在較大的主觀性。目前，迅速發展的人工神經網路評價方法，拓寬了地下水質量評價方法的視野。

4.地下水脆弱性評價研究現狀

自1968年Margat首次提出「地下水脆弱性」這一術語後，雖然經過幾十年的發展，但是至今國內外對「地下水脆弱性」概念仍然沒有統一的定義，許多學者根據自己所考慮的因素從不同的角度給「地下水脆弱性」以不同的定義。

以1987年為限，「地下水脆弱性」概念的發展過程可劃分兩個階段。在1987年以前，有關地下水脆弱性的概念多是從水文地質本身的內部要素這一角度來定義的。1970年Margat與Albiet提出的地下水脆弱性是指在自然條件下污染源從地表滲透與擴散到地下水面的可能性。Olmer與Rezac則認為地下水脆弱性是地下水可能遭受危害的程度，這種危害程度由自然條件決定，而與現有污染源無關。Vrana提出地下水脆弱性是影響污染物進入含水層的地表與地下條件的復雜性。1983年Villumsen等定義地下水脆弱性是指應用中或廢棄於地表的化學物質對地下水的危害性。1987年「土壤與地下水脆弱性國際會議」揭開了「地下水脆弱性」研究新階段的序幕。多數學者主張在定義地下水脆弱性時應考慮含水層本身的易污染性和人類活動與污染源的影響。有的學者提出地下水脆弱性是地下水質量對現在或將來有害於其使用價值的敏感性。

地下水系統脆弱性已經被廣泛認同的是指這個系統對來自外部（天然與人類活動）從時間和空間上影響它的狀態及性質的處理能力。1991年美國審計署應用「水文地質脆弱性」來表達含水層在自然條件下的易污染性，而用「總脆弱性」來表達含水層在人類活動影響下的易污染性。美國國家科學研究委員會於1993年提出地下水脆弱性是污染物到達最上層含水層之上某特定位置的傾向性與可能性，並將地下水脆弱性分為兩類：一類是本質脆弱性，即不考慮人類活動和污染源而只考慮水文地質內部因素的脆弱性；另一類是特殊脆弱性，即地下水對某一特定污染源或污染群體或人類活動的脆弱性。歐洲、北美和澳大利亞等地區，在地下水污染防治工作中，已經以污染治理為重點轉變為以防止污染為重點，開展了地下水環境脆弱性評價，並編制了評價圖冊。

至今國內尚沒有明確的「地下水脆弱性」的定義，定義多引用外文資料，多是從水文地質本身內部要素角度出發，針對局部城市或水源地，包括「環境生態脆弱區地下水開發模式及系列編圖」工作，研究地下水本質脆弱性，常以「地下水的易污染性」、「污染潛力」、「防污性能」等來代替「地下水脆弱性」這一術語。

5.存在問題

新中國成立以來，地下水評價工作為保障國家經濟社會發展的需求提供了重要支撐。但是，從地下水可持續利用角度考慮，地下水評價工作尚存在如下問題：

1）以往的工作，偏重地下水賦存條件的研究，對地下含水層結構和地下水補、徑、排條件研究程度有待深入。作為地下水賦存空間的地下水系統結構和地下水動態，是地下水資源評價的基礎。

2）地下水與環境保護密切相關，是環境保護的重要制約因素。以往對地下水質量、環境和生態屬性功能評價重視不夠。

3）地下水資源可持續利用程度及趨勢預測研究缺乏深度，不能適應國民經濟對地下水前瞻性要求。

4）由於大量的水利工程修建，改變了地表水、地下水循環條件，出現了不少新的水環境問題，特別是地下水補給條件的改變，使得有些地區地下水補給減少，生態環境不斷惡化。因此，在新的地下水評價中急需考慮這些變化的影響。

（三）地下水功能評價與區劃研究現狀

1998年許志榮在《水文地質工程地質》（第五期）上發表了「地下水功能區劃分初探」，提出了開展地下水功能區劃的必要性。1999年史瑞青等在《工程勘察》（第一期）上介紹了「灰色聚類分析在地下水區劃中應用」的技巧。2001年費為進等在《地下水》（第四期）上發表了「快速灰色分級聚類法在地下水功能區劃中應用」，提出灰色分級聚類法是地下水功能區劃的一種簡明方法。這一時期的地下水功能研究都是從地下水資源合理利用角度出發，基於傳統地下水資源評價理念。

2002年中國地質調查局水環部從生態、地質環境保護角度，作為約束條件，提出開展「地下水功能評價專題研究」，由中國地質科學院水文地質環境地質研究所張光輝研究員主持開展有關地下水功能理念、評價理論與方法探索性研究，於2003年提出了地下水功能評價基本框架和評價指標體系。2004年6月該項目組完成了「地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能評價的科學體系」構建和論證，包括基本理念、評價理論、評價指標體系和評價關鍵技術等，編制了「地下水功能評價與區劃技術」，編入中國地質調查局《全國地下水資源及其環境問題調查評價技術要求系列》（二、三）中，並先後在蘭州、武漢、石家莊、北京、沈陽和呼和浩特主辦「地下水功能評價與區劃」技術骨幹培訓班，在我國西北、華北和東北地區全面推廣應用。2004年唐克旺等在《水資源保護》（第五期）上發表了「地下水功能區劃分淺談」，介紹了水利部門進行地下水功能區劃的基本思路。2005年水利部下發了《關於開展全國地下水功能區劃定工作的通知》。2006年張光輝等在《水文地質工程地質》（第四期）上發表了「區域地下水功能及可持續利用性評價理論與方法」一文，全面闡述了地下水功能評價理論和方法；黃鵬飛等在《中國環境管理》（2006年第二期）上發表了「層次分析法在民勤綠洲地下水功能評價中應用」，介紹了地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能狀況。2007年羅育池等在《中國農村水利水電》（第九期）上發表了「基於MapGIS的河南省淺層地下水功能評價與區劃」；呂紅等在《水文》（2007年第三期）上發表了「山東省地下水功能區劃初探」，指出地下水功能區劃是政府行使管理職能的重要基礎；閆成雲等在《水文地質工程地質》（2007年第三、四期）上發表了「疏勒河流域中下游盆地地下水功能評價與區劃」，引用大量實例闡述了地下水功能評價與區劃的實際效用。2007年范偉完成了「吉林省平原區地下水功能評價」碩士學位論文。張光輝等在《地質通報》（2008年第六期）上論證了地下水功能評價與地下水可持續開采量的關系。

（四）地下水開發利用研究現狀與趨勢

地下水開發利用研究總的趨勢是學科內涵不斷拓展、生態-地質環境保護優先、安全保障能力建設為重點、與經濟社會和諧可持續發展是根本。

1）資源和環境、生態並重，已成為地下水開發利用研究的主題。地下水可持續利用既要保障社會穩定的水供給，又不能犧牲生態-地質環境效益，同時不影響未來長遠的水資源利用。恢復由於人類影響而退化的地下水功能、地下水疏干區定量跟蹤和調控、增強地下水含水層獲得補給途徑和機制、地表水與地下水聯合調蓄和協調開發、地下水利用和分配的社會-經濟規律及管理模式等是當前重要的研究課題。

2）地球表層系統的水文地質過程研究，已成為現代地下水科學演化的重要專題。土壤、包氣帶、淺層地下水、濕地與湖泊、綠洲、河流和農業用地等，與地下水可持續利用性研究密切相關。包氣帶是介於潛水面和地表之間的多孔介質，化學風化、有機質分解、氮素固定等其他化學物質循環過程均發生在包氣帶，也是地下水補給、污染物向地下水運移的必經之路。包氣帶中所發生的物理、化學和生物過程與水文地質學、土壤學、生態學和環境學關聯性愈來愈緊密（甘肅地調院，2007）。

3）建立高效的地下水動態監測、狀況調查和突發應急機制，經濟社會發展的需求愈來愈迫切。1996年國際水文計劃工作組將「可持續水資源利用」定義為「支承從現在到未來社會及其福利要求，而不破壞他們賴以生存的水文循環及生態系統完整性的水的管理和使用」。要求在水資源規劃、開發和管理中，尋求經濟發展、環境保護和人類社會福利之間的最佳聯系與協調，強調未來變化、社會福利、水文循環、生態系統保護的完整性，使「未來遺憾可能性達到最小」。2000年在美國召開的「水資源綜合管理研討會」上，達成一個共識：流域統一管理是防止土地退化、保護淡水資源與生物多樣性、實現水資源可持續利用的必然抉擇。

4）可持續性（Sustainability）是當今地下水開發利用中最為人們關注的核心。它指地下水時空上能夠連續下去。Serageldin and Steer將「可持續性」概化為「可持續性弱」、「可持續性適度」、「可持續性強」和「可持續性過強」。「可持續性弱」不關心局部、只關心整體；「可持續性適度」主要以維持系統的整體性為目的，但也適當關照其組分；「可持續性強」要求保持系統組分的良好狀態，同時也關照到系統整體，各組分不可互相替換，而且根據某些理解，即使是在組分內部，可替換性也是受到限制的；「可持續性過強」就是保持系統的所有要素完好無損且無任何損耗。