灌区地下水污染调查研究国内外现状及方法

㈠ 全国地下水污染防治规划（2011-2020年）的主要任务

（一）开展地下水污染状况调查。
综合考虑地下水水文地质结构、脆弱性、污染状况、水资源禀赋及其使用功能和行政区划等因素，建立地下水污染防治区划体系，划定地下水污染治理区、防控区及一般保护区。
针对我国地下水污染物来源复杂、有机污染日益凸显、污染总体状况不清的现状，基于新一轮全国地下水资源评价、全国水资源评价、第一次全国污染源普查和全国土壤污染状况调查成果，从区域和重点地区两个层面，开展地下水污染状况调查。到2015 年底前完成我国地下水污染状况调查和评估工作，基本掌握我国地下水污染状况，深入分析地下水污染成因和发展趋势。
区域地下水污染调查按1:25 万以上的精度进行，主要部署在平原（盆地）和低山丘陵区，覆盖所有地下水开发利用区和潜在地下水开发区。重点地区地下水污染调查按1:5 万以上的精度进行，主要部署在地市级以上城市人口密集区、潜在污染源分布区和大型饮用水水源区等区域。
（二）保障地下水饮用水水源环境安全。
严格地下水饮用水水源保护与环境执法。定期开展地下水资源保护执法检查、地下水饮用水水源环境执法检查和后督察，严格地下水饮用水水源保护区环境准入标准，落实地下水保护与污染防治责任，依法取缔饮用水水源保护区内的违法建设项目和排污口。
制定超标地下水饮用水水源污染防治方案。针对污染造成水质超标的地下水饮用水水源，科学分析水源水质和水厂供水措施的相关性，研究制定污染防治方案，开展地下水污染治理工程示范，实现“一源一案”。以农村地区受污染地下水饮用水水源为重点，着力解决潜水污染问题。
建立地下水饮用水水源风险防范机制。建立地下水饮用水水源风险评估机制，对地下水饮用水水源保护区外，与水源共处同一水文地质单元的工业污染源、垃圾填埋场及加油站等风险源实施风险等级管理，对有毒有害物质进行严格管理与控制。按照“谁污染、谁治理”的原则，对地下水污染隐患进行限期治理。
（三）严格控制影响地下水的城镇污染。
持续削减影响地下水水质的城镇生活污染负荷，控制城镇生活污水、污泥及生活垃圾对地下水的影响。在提高城镇生活污水处理率和回用率的同时，加强现有合流管网系统改造，减少管网渗漏；规范污泥处置系统建设，严格按照污泥处理标准及堆存处置要求对污泥进行无害化处理处置。逐步开展城市污水管网渗漏排查工作，结合城市基础设施建设和改造，建立健全城市地下水污染监督、检查、管理及修复机制。
到2015 年底前，完成大中城市周边生活垃圾填埋场或堆放场对地下水环境影响的风险评估工作。目前正在运行且未做防渗处理的城镇生活垃圾填埋场，应完善防渗措施，建设雨污分流系统。对于已封场的城镇生活垃圾填埋场，要开展稳定性评估及长期地下水水质监测。对于已污染地下水的城镇生活垃圾填埋场，要及时开展顶部防渗、渗滤液引流、地下水修复等工作。有计划关闭过渡性的简易或非正规生活垃圾填埋设施。未经稳定化处理且含水率超过60%的城镇污水厂污泥不得进入生活垃圾填埋场填埋。
（四）强化重点工业地下水污染防治。
加强重点工业行业地下水环境监管。定期评估有关工业企业及周边地下水环境安全隐患，定期检查地下水污染区域内重点工业企业的污染治理状况。依法关停造成地下水严重污染事件的企业。建立工业企业地下水影响分级管理体系，以石油炼化、焦化、黑色金属冶炼及压延加工业等排放重金属和其他有毒有害污染物的工业行业为重点，公布污染地下水重点工业企业名单。
防范石油化工行业污染地下水。石油天然气开采的油泥堆放场等废物收集、贮存、处理处置设施应按照要求采取防渗措施，并防止回注过程中对地下水造成污染。石油天然气管道建设应避开饮用水源保护区，确实无法绕行的，应采取严格的防渗漏等特殊处理措施后从地下通过，最大限度地防止输送过程中的跑冒滴漏。尽快修订完善《汽车加油加气站设计与施工规范》（GB50156-2002）。从2012年起，新建、改建和扩建地下油罐应为双层油罐，或设置防渗池、比对观测井等防漏和检漏设施。到2015 年底前，正在运行的加油站地下油罐应更新为双层油罐或设置防渗池，并进行防渗漏自动监测。
防控地下工程设施或活动对地下水的污染。兴建地下工程设施或者进行地下勘探、采矿等活动，特别是穿越断层、断裂带以及节理裂隙的地下水发育地段的工程设施，应当采取防护性措施，预防地下水污染。采用科学合理的防护措施，尽量减少地下工程设施建设，尤其是隧道开挖对地下水的影响。整顿或关闭对地下水影响大、环境管理水平差的矿山。
控制工业危险废物对地下水的影响。加快完成综合性危险废物处置中心建设，重点做好地下水污染防治工作。加强危险废物堆放场地治理，防止对地下水的污染，开展危险废物污染场地地下水污染调查评估，针对铬渣、锰渣堆放场及工业尾矿库等开展地下水污染防治示范工作。
（五）分类控制农业面源对地下水污染。
逐步控制农业面源污染对地下水的影响。对由于农业面源污染导致地下水氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮超标的华北平原和长江三角洲等地区，特别是粮食主产区和地下水污染较重的平原区，要大力推广测土配方施肥技术，积极引导农民科学施肥，使用生物农药或高效、低毒、低残留农药，推广病虫草害综合防治、生物防治和精准施药等技术。开展种植业结构调整与布局优化，在地下水高污染风险区优先种植需肥量低、环境效益突出的农作物。
严格控制地下水饮用水水源补给区农业面源污染。通过工程技术、生态补偿等综合措施，在水源补给区内科学合理使用化肥和农药，积极发展生态及有机农业。
（六）加强土壤对地下水污染的防控。
逐步开展土壤污染对地下水环境影响的风险评估。结合全国土壤污染状况调查工作成果，加强地下水水源补给区污染土壤环境质量监测，评估污染土壤对地下水环境安全构成的风险，研究制定相应的污染土壤治理措施。
加强影响地下水环境安全的污染场地综合整治工作。开发利用污染企业场地和其他可能污染地下水的场地，要明确修复及治理的责任主体和技术要求，按照“谁污染、谁治理”的原则，被污染的土壤或地下水，由造成污染的单位和个人负责修复和治理。
严格控制污水灌溉对地下水造成污染。要科学分析灌区水文地质条件等因素，客观评价污水灌溉的适用性。避免在土壤渗透性强、地下水位高、含水层露头区进行污水灌溉，防止灌溉引水量过大，杜绝污水漫灌和倒灌引起深层渗漏污染地下水。污水灌溉的水质要达到灌溉用水水质标准。定期开展污灌区地下水监测，建立健全污水灌溉管理体系。
（七）有计划开展地下水污染修复。
开展典型地下水污染场地修复。借鉴国外地下水污染修复技术经验，在地下水污染问题突出的工业危险废物堆存、垃圾填埋、矿山开采、石油化工行业生产（包括勘探开发、加工、储运和销售）等区域，筛选典型污染场地，积极开展地下水污染修复试点工作。
开展沿海地区海水入侵综合防治示范。严格控制海水入侵易发区地下水开采，采取综合措施，加快海水入侵区地下水保护治理，防治海水入侵。
切断废弃钻井、矿井、取水井等地下水污染途径。报废的各类钻井、矿井、取水井要由使用单位负责封井，及时开展废弃井回填工作，并保证封井质量，避免引起各层地下水串层污染，防止污染物通过各类废弃设施进入地下水。
（八）建立健全地下水环境监管体系。
建立健全地下水环境监测体系。在国土资源、水利及环境保护等部门已有的地下水监测工作基础上，充分衔接“国家地下水监测工程”监测网络，整合并优化地下水环境监测布设点位，完善地下水环境监测网络，实现地下水环境监测信息共享。建立区域地下水污染监测系统（国控网），实现国家对地下水环境的总体监控；建立重点地区地下水污染监测系统（省控网），实现对人口密集和重点工业园区、地下水重点污染源区、重要水源等地区的有效监测；强化水厂的地下水取水检测能力（取水点控）、地下水区域性污染因子和污染风险的识别能力，增加检测项目，提高检测精度，强化地下水水质突变等异常因子识别。加大对地下水环境监测仪器、设备投入，建立专业的地下水环境监测队伍，逐步建立地下水环境监测评价体系和信息共享平台。
建立地下水污染风险防范体系。建立预警预报标准库，构建地下水污染预报、应急信息发布和综合信息社会化服务系统。制定地下水污染防治应急措施，增强供水厂对地下水污染物的应急处理能力，强化水处理工艺的净化效果，分区域、有重点地增强水厂对氟化物、铁、锰、氨氮和硫酸盐等污染指标的处理能力，建立地下水污染突发事件应急预案和技术储备体系。
加强地下水环境监管。提高地下水环境保护执法装备水平，重点加强工业危险废物堆放场、石化企业、矿山渣场、加油站及垃圾填埋场地下水环境监察。强化纳入地下水污染清单的重点企业环境执法，禁止利用渗井、渗坑、裂隙和溶洞等排放、倾倒或利用无防渗措施的沟渠、坑塘等输送、存贮含有毒污染物的废水、含病原体的污水和其他废弃物，防止污染地下水；定期检查重点企业和垃圾填埋场的污染治理情况，评估企业和垃圾填埋场周边地下水环境状况，排查安全隐患。
全过程监管地下水资源的开发利用，分层开采水质差异大的多层地下水含水层，不得混合开采已受污染的潜水和承压水，人工回灌不得恶化地下水质。提高用水效率，节约使用地下水，严格实施地下水用水总量控制。研究制定地下水超采区及生态环境敏感区的压采和限采方案，保障地下水采补平衡，避免造成地下水环境污染及生态破坏。

㈡ 地下水污染现状调查包括哪些内容

地下水污染现状调查包括水文地质调查，环境水文地质问题调查，地下水污染源调查，地下水环境现状监测和必要的勘探、试验、测试等。
水文地质调查主要包括：
1、气象、水文、土壤和植被状况；
2、底层岩性、地质构造、地貌特征与矿产资源；
3、包气带岩性、结构、厚度；
4、含水层的岩性、厚度、渗透系数和富水系统，隔水层岩性组成、厚度、渗透系数；
5、地下水类型、水动力特征、地下水水位、水质、水量、水温及地下水补给、径流和排泄条件；
6、泉的成因类型；
7、地下水环境背景值或对照值。
【法律依据】
《中华人民共和国水污染防治法》
第二十二条 向水体排放污染物的企业事业单位和其他生产经营者，应当按照法律、行政法规和国务院环境保护主管部门的规定设置排污口。在江河、湖泊设置排污口的，还应当遵守国务院水行政主管部门的规定。第二十三条 实行排污许可管理的企业事业单位和其他生产经营者应当按照国家有关规定和监测规范，对所排放的水污染物自行监测，并保存原始监测记录。重点排污单位还应当安装水污染物排放自动监测设备，与环境保护主管部门的监控设备联网，并保证监测设备正常运行。具体办法由国务院环境保护主管部门规定。应当安装水污染物排放自动监测设备的重点排污单位名录，由设区的市级以上地方人民政府环境保护主管部门根据本行政区域的环境容量、重点水污染物排放总量控制指标的要求以及排污单位排放水污染物的种类、数量和浓度等因素，商同级有关部门确定。第二十四条 实行排污许可管理的企业事业单位和其他生产经营者应当对监测数据的真实性和准确性负责。环境保护主管部门发现重点排污单位的水污染物排放自动监测设备传输数据异常，应当及时进行调查。

㈢ 地下水系统研究现状

国外地下水系统研究始于20世纪40年代。1940年，M.K.Hubbert在他的经典文章 “地下水流动理论”中发表了河间地块流网图，指出在排泄区的地下水是自下而上作上升运动的，并尝试建立遵守物质守恒和热力学定律的地下水流动观点及可以实际应用的描述地下水流动的流动方程(Hub-bert，1940;张人权，2002)。1963年，Tóth提出了二维均质各向同性的理论地下水流动模型，将理论的盆地水流模型模拟的水流系统划分为不同的层次:局部水流系统、中间水流系统和区域水流系统，认为它们都有逐渐减弱和上升的水流分支，且存在内部系统滞流区(Tóth，1963;陈梦熊，马凤山，2002)。1966～1967年，Freeze和Witherspoon推而广之将地下水有限差分模型运用到具有复杂边界条件的非均质含水层系统中(Freeze，Witherspoon，1966，1967;张人权，2002)。1978年，Tóth运用电模拟模型再现了反映真实情况的类似水流方式(Tóth，1978)。Engelen等于1980年和1984年发展了Tóth的地下水流动系统理论，并将其全面应用于水文地质研究工作中(Engelen，Jones，1980;Engelen，1980，1984)。Engelen等认为，地下水系统是不同形式的能量输入、代谢和输出的有机体，并且有发生、发展和最终消亡的过程(Engelen，Jones，1986)。1982年美国R·C·希思按照地下水系统的5个特征将美国划分为14个区，这5个特征是:系统的组成要素及其组合关系;主要含水层含水空隙的性质;主要含水层的岩性;主要含水层的贮水与导水性;主要含水层的补排条件。1984年，法国卡斯塔尼在莫斯科举行的第二十七届国际地质大会的分组会的报告中认为，正确的水资源评价必须从水资源保护、防止水资源枯竭、控制地下水污染和保护生态系统平衡出发，对地下水系统进行定量描述;并且指出，每一个地下水系统都具有一定的时空特征及其水动力系统，以及固定的平衡形式和一定的水资源类型(陈梦熊，马凤山，2002)。Engelen在1986年“地下水流系统的发展”(Engelen，Jones，1986)及在1996年“水文系统分析”(Engelen，Kloosterman，1996)中对地下水系统和水文系统的概念、研究方法和应用做了系统的总结。经过Hubbert、Tóth、Engelen等人的理论和实际研究工作，地下水系统的理论和方法得到了广泛应用。

在我国，着名水文地质学家陈梦熊院士早在1984年就在系统收集整理国外有关文献的基础上，编印出版了《地下水系统理论研究论文选编》，向国内介绍国外关于“地下水系统”研究动向;随后，在其发表的《地下水资源与地下水系统研究》(陈梦熊，1987)、《地下水系统分析与概念模型》(陈梦熊，1994)、《中国水文地质环境地质问题研究》(陈梦熊，1998)和《中国地下水资源与环境》(陈梦熊，马凤山，2002)等论着中系统详细地阐述了地下水系统的理论、方法和应用，这促进了我国地下水系统理论的发展和应用。

㈣ 地下水污染现状评价方法及计算公式

地下水污染的空间差异需通过分区来体现。污染分区可以从单项污染组分不同地段上污染程度（即单项污染指数）的差异角度来划分，也可以从多项污染组分不同地段上综合污染程度的差异角度来划分。这里采用以各单项污染组分不同地段上污染程度的差异分区为分析基础，以多项组分不同地段上综合污染程度的差异分区为正式的污染等级分区。

地下水现状综合污染程度应遵照如下的原则和方法进行分区：

（1）地下水污染现状分区的空间范围：平面上限定在整个研究区，垂向上限定在同一含水层，一般限定在潜水含水层。

（2）地下水污染现状是按照“综合污染指数”进行分区的：即采用每个采样点地下水中多项污染组分的“综合污染指数”来判断地下水污染现状的等级归属^［29］。所谓“综合污染指数”是对应单项污染指标的“单项污染指数”而言的，但是，“综合污染指数”要求是按照“应调查测试的项目”计算出来的，这个“应调查测试的项目”个数多，而实际工作中取得的水样的测试项目往往距“应调查测试的项目”还有一些缺项，用缺项的实测项目资料计算出的多项污染组分的“综合污染指数”不是真正的“综合污染指数”（姑且称作“似综合污染指数”），为了避免概念上的混淆，当水质分析资料存在缺项的情况下，应回避“综合污染指数”，建议改用“复合污染指数”来表述实测资料缺项的多项污染组分计算出的“似综合污染指数”。严格来讲，因为用来确定“复合污染指数”的检测项目不完全，所以，其计算结果与“综合污染指数”比较可能会有偏差，造成等级归属有误，但是，在检测项目不全的情况下，采用复合污染指数总比仅仅用单项污染指数一种方法要好一些。当实际工作中所取水样的测试项目等于“应调查测试的项目”时，“复合污染指数”即是真正的“综合污染指数”了。

（3）复合污染指数PI是用多项污染组分的单项污染指数计算出来的，其计算借用了“综合污染指数”的公式：

供水水文地质计算

式中：PI_i为第i个水样的复合污染指数；

为第i个水样的n项污染组分各单项污染指数I_i，j（j＝1，…，n）的算术平均值；I_i-max为第i个水样的n项污染组分各单项污染指数I_i，j（j＝1，…，n）中的最大值。

单项污染指数I_i，j的计算公式：

供水水文地质计算

式中：C_i，j为第i个水样中第j项污染组分的实测含量（mg/L）；C_j-0为第j项污染组分的背景值（mg/L）。

对于某项背景值为含量区间的计算公式为：

供水水文地质计算

式中：C_j，m为第j项污染组分背景值含量区间的中值（mg/L）；C_j，max为第j项污染组分背景值含量区间的最大值（mg/L）。

式（8-2-1）中特别突出了污染程度最大项的作用，很大程度上体现了“一票否决”的原则。

（4）按照复合污染指数PI可划分出四个污染级别：PI≤1未污染区，1＜PI≤2.5轻度污染区，2.5＜PI≤5 中等污染区，PI＞5 严重污染区，为了叙述方便，本文依次称为一、二、三、四级污染区。

㈤ 地下水污染调查评价技术方法与信息系统建设

一、内容概述

由中国地质调查局下达，中国地质科学院水文地质环境地质研究所承担的《地下水污染调查评价技术方法与信息系统建设》项目，旨在为全国地下水污染调查评价工作提供技术支撑。该项目取得的主要成果有：

1.研制地下水污染调查评价可能涉及的适于各类水源和分析项目的采样设备

（1）设计制作了适于大排量潜水泵提水井挥发性和半挥发性有机污染物采样的分流支管引接组件。

（2）制作和配备了“专用采样潜水泵”（流量可调，适于井孔滞水微扰清洗）的附属组件（出水管路、专用线盘等）。

（3）研制了适于深水（地表水和地下水）挥发性有机物分析采样的气压缓释采样器。该采样器不需电源，不在水体中排气，通过控制采样器腔体内气压使水样平稳地注入采样器腔体，不形成曝气，特别适于地表深水挥发性和半挥发性有机污染物分析样品的采集。

（4）研制了适于地表水和大口井采样的可最大限度避免污染的原瓶定深采样器。所设计的电磁阀采用特氟龙或具有特氟龙涂层的金属组件制作，可采集各类分析项目样品。

（5）研发了适合地下潜水小口径提水井（尤其是压水井）滞水清洗和挥发性有机物采样的吸程泵采样装置。

（6）研制了适于挥发性有机物和各类分析项目采样的现场再线过滤装置。其中不锈钢板式过滤器适于采用玻璃纤维滤膜完成有机物分析水样的现场在线过滤，特氟龙过滤装置适于各类分析项目水样的过滤，而配置蠕动泵（采用内衬特富龙的特种橡胶管）的板式过滤器可完成地表水有机物分析样品的现场过滤。

2.编制了地下水有机污染样品采集和保存技术要求

根据地下水污染调查评价项目所涉及的地下水采样井和地表水采样点类型，编制了“地下水污染调查评价水样采集与保存技术要求”。

3.提出了一套地下水质量、污染综合评价指标体系和地下水污染风险评价方法

针对目前地下水污染调查中增加的大量有机指标需进行评价，以及原标准规范采用内梅罗法评价结果失真等问题，综合分析研究国内外各类水质标准和评价方法，提出了一套地下水质量和污染综合评价指标体系（44项无机指标，49项有机指标）和分类叠加综合评价方法，编制了评价技术要求及实施细则。同时创新性提出了地下水污染风险评价方法。

4.开发了一套支持地下水污染调查信息化的信息系统

依据“地下水污染调查评价规范”，基于SQL Server的数据库结构，开发了一套支持地下水污染调查信息化的信息系统。该系统包括地下水污染调查野外数据采集系统、地下水污染调查数据整理与数据录入系统、地下水污染调查数据管理与综合分析系统、地下水污染调查综合成果光盘系统，为地下水污染调查从数据采集、建库、管理与分析、成果管理提供了强大的信息化工具。

二、应用范围和应用实例

项目成果可用于全国范围地下水污染调查评价工作。

中国地质调查局组织实施的华北平原、长三角地区、珠三角地区和东北平原、中西部地区地下水污染调查评价均使用了该项目的成果，为地下水污染调查评价提供技术支撑，为全国地下水污染调查工作的顺利实施起到了关键作用。

三、推广转化方式

该成果宜采用人员培训、技术咨询和现场服务的方式进行推广转化。该成果曾在石家庄、蚌端口和沈阳做过三次采样技术讲座，在江苏、河北、吉林、山东和河南等地进行现场采样技术指导。在石家庄、厦门、桂林、成都等地进行信息系统的培训等工作。

技术依托单位：中国地质科学院水文地质环境地质研究所

联系人：申建梅

通讯地址：河北省石家庄市中华北大街406号

邮政编码：050061

联系电话：0311-67598657

电子邮件：[email protected]

㈥ 国内外研究现状与趋势

（一）美国百年地下水开发利用史的启示

美国是开展地下水可持续利用性研究比较早的国家。早在1883年美国学者Chamber⁃lin即出版了《自流井》，首次论述了自流井的成井条件和开发理论。1897年Iowa州地质调查局Norton在《Iowa自流井》报告中首次使用“含水层”理念。Todd于1900年提出，过多的自流井将导致自流水量衰减。1923年Meinzer出版了《美国地下水形成与理论探讨》和《地下水文学概要》，系统地总结了水文地质学的研究工作和理论进展，同时首次对全国地下水资源进行了定性评估，阐述了美国地下水发生、补给、排泄、径流、数量、质量、开发利用等各个方面（陈美贞，2006；陈仁升等，2003）。1935年Theis提出非稳定流理论，使许多实际问题得到较好解决。

在地下水开发方面，人们开始意识到地下水资源是有限的。20世纪30年代Tolman及同事发现了地下水开采所引发的海水入侵和地面沉降现象。20世纪60年代中期，以州为单位先后进行了各州地下水资源调查和均衡法地下水资源评价。1963年McGuinness总结了各州及地区地下水资源评价研究成果。

1977年美国发生了特大干旱，1978年美国地质调查局（USGS）启动了“区域水系统分析项目（RASA）”，历时近20年，调查和研究了全国28个以流域为单元的水系统，采用三维有限差分地下水流数值模型，模拟地下水开发前后地下水动态变化，并于1990～2000年期间编制出版了各个水系统的地下水图集（比例尺为1：250万～1：10万）。

目前，美国的地下水开采量占总用水量的 20.7%。其中，98.3% 的家庭用水、57.4%的牲畜用水和41.5%的灌溉用水都依赖于开采地下水源供给，而且对生态环境的改善和保护意识也越来越强烈。为此，美国正在开展新一轮“地下水资源计划”（GWRP），研究重点已从过去的以州为单位转向整个水系统、水文系统和生态环境系统，从过去偏重地下水的资源供给功能转向地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能综合调查评价研究，强调地下水可持续利用性研究。

近百年来美国地下水开发利用史表明，经济社会发展对地下水开发利用理念及其生态-地质环境功能研究具有重大推动作用。在19世纪以前，地下水仅是经济社会发展中一种补充性资源，在水资源中地表水的开发利用研究占主导地位。进入20世纪60年代，地下水成为经济社会发展愈来愈依赖的基础资源，特别是在持续干旱年份，地下水的开发利用得到空前的重视，同时含水层疏干、依赖地下水维持的生态系统急剧退化、地面沉降和海咸水入侵等环境问题日趋显现。据USGS统计，在美国公共供水中，地下水的比重从1950年的26%增到2000年的37%。80年代，地下水保护问题受到重视，美国联邦政府制定了提高污水排放标准和提高用水效率的多项保护法规，到2000年亩均灌水量比1950年减少了30%。在《2000～2010年美国地质调查局地质部科学战略》和《1998～2008年水资源部发展战略》中，突出了地下水的可用性和可持续性研究，包括城市化和市郊化对地下水影响调查、海岸带土地利用和人口增长对地下水影响调查和地下水-地表水相互作用研究。

（二）国内地下水评价研究动态

从20世纪50年代以来，地质矿产部和有关部门在全国范围内开展了大量的地下水及其环境地质问题调查评价工作，包括区域水文地质、供水水文地质、环境水文地质、地下水资源评价与新技术和新方法应用。经过50多年来的水文地质工作，基本查明了我国地下水资源的区域分布规律，并且把西北和华北的地下水勘察研究作为一项主要战略任务做了大量工作，实现了各种信息的采集、处理、存储、传输和交换，并开始把地下水作为水圈、岩石圈的组成部分和重要环境因子，开展地球表层四大圈层相互关系及大陆水循环与全球变化研究，把地下水融入“全球一体化”的大环境中思考，利用大剖面、同位素等研究地下水循环方式，极大地改变着地下水评价的传统思维与方式，尤其是近几年信息技术的发展，加快了对地下水评价的速度。

50多年的地下水评价工作，具有如下特点：①体现国家意志、服从国家目标，成为地下水评价的宗旨；②发挥水文地质工作优势，体现地下水区域性、基础性评价服务于国家建设；③取得的丰富资料和经验，奠定了地下水评价方法研究的基础。自20世纪70年代以来，由于应用数学和地下水动力学的相互渗透，以及电算技术的推广和应用，丰富并突破了传统水文地质学的内容，使地下水评价从定性研究发展到定量研究的新阶段。地下水资源评价的基本理论，从稳定流发展到非稳定流，从二维流发展到三维流，从一般均衡法和比拟法，发展到解析法和有限单元或有限差分数值法及相关分析法。地下水质量评价从单项评价发展到综合评价，从一般数理统计方法发展到聚类、神经网络和灰色系统评价方法。

20世纪80年代后期，地下水资源评价工作开始把主要目标转向管理模型的研究，涉及与地下水开发活动有关的自然环境、社会环境和技术经济环境等各方面问题。

但是，面对21世纪可持续发展的要求，地下水评价工作存在不同程度的不适应新问题。始于20世纪80年代的第一轮全国地下水资源评价，是基于以消耗资源、牺牲环境作为代价的发展过程，在评价指导思想、评价理念和评价方法诸方面，都存在历史的局限性，急需按新的要求进行完善和发展。例如由于受当时认识能力和技术水平的局限，对地下水系统的资源、环境和生态属性功能的基本认识和评价方式中，有关可持续发展思想和水循环理念体现不足，静态思维比较突出。

1.地下水资源分类与概念演变

20世纪50～60年代，我国在地下水资源评价方面普遍采用前苏联的“四大储存量”的概念，即动储存量、静储存量、调节储存量和开采储存量。在欧美一些国家也都使用过这些概念（曲焕林等，1991）。经过水文地质工作者的多年实践，普遍感到应用“四大储存量”的概念评价地下水资源存在许多缺陷（陈雨荪，1982；刘光亚，1982；王强忠等，1982），现在已基本停止使用。

在20世纪70年代提出了“三种水量”的概念，即补给量、储存量、允许开采量，并于1989年纳入国家标准（GBJ27-88）。但是随着实践和理论的发展，其局限性和理论缺陷逐渐暴露出来（徐恒力等，2001）。方案中沿袭以含水层（或水源地）为评价单元的思维模式，没有体现地下水资源整体性和系统性；补给量和储存量的时空概念含糊，容易造成水量重复计算；允许开采量仅仅是一种笼统的提法，在实践中难以操作等。

20世纪80年代“资源”的概念逐渐为人们所接受，欧美、日本等国家和地区先后采用了地下水资源的概念，陆续出现了“潜在可更新资源”（Potential Renewable Resource）、“实际可更新资源”（Actual Renewable Resource）、“可用更新资源”（Available Renewable Resource）、“安全开采量”（Safe Yield）、“可持续开采量”（Sustainable Yield）和“实际可持续开采量”（Practical Sustained Yield）等。

我国学者王大纯教授（1995）等人，从地下水资源自然属性出发，将地下水资源划分为“补给资源”和“储存资源”两类。“补给资源”被定义为“含水系统可以恢复再生的水量”。将含水系统的多年平均补给量作为补给资源量，单位为m³/a。“储存资源”被定义为“含水系统在地质历史时期积累保存下来的水量”。将含水系统多年平均低水位以下的重力水体积作为储存资源量，单位为m³。

陈梦熊院士等1983年提出的、后经过不断调整和补充（2002）的地下水资源分类，也具有广泛代表性。在该分类中，将地下水资源分为“天然资源”和“可采资源”。“天然资源”被定义为“在一个完整的水文地质单元（地下水系统）内，地下水在天然条件下通过各种途径，直接或间接地接受大气降水或地表水入渗补给而形成的具有一定水化学特征、可资利用并按水文周期呈现规律变化的多年平均补给量”，一般可用区域内各项补给量的总和或排泄量的总和来表征。“可采资源”被定义为“在经济技术条件合理、开采过程中不发生水质恶化或其他不良地质现象（如地面沉降、地面塌陷等），并对生态平衡不致造成不利影响的情况下，有保证的可供开采的地下水资源”。

2.地下水资源评价方法研究现状

达西（Darcy）定律和水量均衡是地下水资源数量评价的理论基础，由此产生了两种评价方法，即“地下水系统水量均衡法”和“地下水系统水动力学法”。

“地下水系统水量均衡法”是直接利用质量均衡原理，通过建立地下水系统的补给量、排泄量和储变量之间水量关系，确定地下水资源数量。“地下水系统水量均衡法”既可用于区域地下水资源的水量计算，又可用于局域地下水资源的水量计算；既可估算地下水系统的补给和排泄的总量，又可计算地下水系统的各单项量，是地下水资源评价中最常用的一种基本方法，也是一种比较可靠的方法。

“地下水系统水动力学法”是根据达西定律和水量均衡原理，建立描述地下水运动规律的微分方程，通过求解微分方程，实现对地下水系统水量状态评价。

按照微分方程的解法，划分为“解析法”和“数值法”。解析法是根据地下水井流理论进行地下水量评价，主要适用于均衡区范围较小、水文地质条件简单的均质含水系统。在20世纪50年代之前，解析法在地下水资源评价中发挥了重要作用，迄今仍然是地下水资源评价中确定水文地质参数的主要方法。但是当把解析法应用于大范围水系统时，由于实际的水文地质条件远较解析法所假设的条件要复杂得多，其局限性就暴露了出来（薛禹群等，1986）。

为了解决随地下水开采规模进一步扩大所出现的问题，在20世纪50～60年代，兴起物理模拟（电模拟和砂槽模拟等）技术，但是仍不能很好地解决复杂水文地质条件下区域地下水资源评价所面临的问题。计算机技术和数值计算在地下水资源评价中的应用推广，使一些复杂地下水流模拟成为可能，而且开始考虑含水介质的非均质性和各向异性，对复杂的越流系统和具有不规则形状的各类边界条件，以及多相流和双重介质等问题也开展了深入的研究，在概念模型中更多地保留了实体系统的自然特性。由于数值法既可用于大区域地下水资源评价，又可用于局部的水源地评价；既可处理复杂的水文地质问题，又具有较高的计算精度，因此，逐渐成为地下水资源评价的重要方法，并因其更易实现系统分析的目标而被广泛应用于地下水资源评价和管理工作中。

在地下水资源评价中，常用的方法还有水文分析法、相关分析法、水文地质比拟法等。“水文分析法”是仿照陆地水文学的测流分析，计算地下水补给量的一种方法，主要应用于地下水补给量全部转化为地下水泄流的地区，如岩溶管道流区、全排型岩溶大泉的岩溶水系统或基岩山区裂隙水系统等其他方法难以应用的地区，主要有地下径流模数法和基流分割法。“水文地质比拟法”，常用于实际资料缺乏的地区，主要根据水文地质条件的相似性，用区域内局部地段或相似条件的其他地区的实际资料比拟到全区或研究区进行地下水资源评价，多数用于可采资源的估计。该方法是研究区缺乏资料情况下不得已的选择，其评价结果的精确性较差。“相关分析法”是一种统计学方法，主要用于区域水文地质勘探试验资料不足，但是地下水动态资料较多的地区，应用这种方法进行外推时其可靠性很难保证。“开采试验法”，在地下水的非补给期（枯水期），按接近取水工程设计的开采条件，进行较长时间的抽水实验，然后根据抽水量、水位降深动态或开采条件下的水量均衡方程求解出水源地枯季补给量，并以此作为水源地的允许开采量。该方法主要用于水源地允许开采量的评价，在区域地下水资源评价中主要用该方法求取参数。

纵观国内外地下水评价成果，最常用的方法是“地下水系统水量均衡法”和“数值法”。美国1977年开展的“区域水系统分析计划”（简称RASAP，1978～1995年期间）联合运用数值法和均衡法对全国25个主要地下水系统水资源进行了评价（USGS，1998）。在2000年开始的新一轮地下水资源评价（Ground-water Resources Program）中，仍然以数值法为主（USGS，2001）。欧盟各国联合开展的区域地下水资源评价中，水量均衡法是主要方法（Fried，1982；Rees and Cole，1997）。此外，亚洲、非洲一些国家也大多采用水量均衡法和数值法进行区域地下水资源评价（Leslie B.Smith and Kadri Külm，2002；Shahin，1989；Lloyd，1990；Ulf Thorweihe and Manfred Heinl，2002）。我国在20世纪80年代开展的第一轮全国地下水资源评价中，均衡法和数值法也是主要评价方法。

随着数学地质的发展，最近在国内外地下水评价中出现了一些新的理论方法，如随机理论和神经网络（Kitanidis，1985；Bates，1992；Gelhar，1993；Brannan，1993；杨金忠等，2000），但是这些方法还处于理论探索之中，目前还难以广泛实际应用。

3.地下水质量评价研究现状

我国在早期的地下水质量评价中一般借用外国学者设计的评价模式，如内梅罗（Nemerow N.L.）指数法等。但是在应用过程中，逐渐发现这些评价模式在理论上和实践上的不足，于是我国地下水质量评价工作者，根据自己实践的经验和实际情况，提出了许多适合不同用途的水质量评价方法。如20世纪60年代开始用“环境质量综合指数”定量地表示环境质量状况，发展至今已提出许多种计算综合指数的数学模式，这些模式对环境质量的划分一度起了积极的作用。

早期全国性地下水质量评价，尚无“国家地下水水质标准”，主要依据国家建委和卫生部批准试行的“生活饮用水卫生标准”（TJ20-76），并参考世界卫生组织（WHO）1958年公布的“饮用水水质标准”，个别评价参数考虑地方“饮用水水质标准”。评价方法主要采用指数法、多项参数法和模糊数学法等。在现今的全国地下水质量评价中，虽然在评价项目选定、分类和污染等级划分等方面有所变动，但是其思路和技术方法均沿袭了这一格局。

20世纪80年代以来，随着计算机技术的高速发展和广泛应用，模糊数学、灰色聚类和神经网络等方法在地下水质量评价中广泛应用，且随着方法的改进，人们也越来越重视评价结果的合理性。但是由于影响地下水质量的因素较多，以至各评价方法都存在一些局限性。例如综合污染指标法的“硬性分级划分”，灰色和模糊系统需要设计若干不同的效用函数（灰色系统的白化函数、模糊数学的隶属函数等），以及人为地给定各评价指标的权重（或权函数）等，这些效用函数和指标权重的给定难免不带主观性，造成评价方法难以通用，增加了应用的困难和人为臆断因素对结论的影响。在地下水质量评价方法中，普遍存在“参数权重”问题，例如指数法把各个水质参数等同，模型法在参数选取和参数权重设定中存在较大的主观性。目前，迅速发展的人工神经网络评价方法，拓宽了地下水质量评价方法的视野。

4.地下水脆弱性评价研究现状

自1968年Margat首次提出“地下水脆弱性”这一术语后，虽然经过几十年的发展，但是至今国内外对“地下水脆弱性”概念仍然没有统一的定义，许多学者根据自己所考虑的因素从不同的角度给“地下水脆弱性”以不同的定义。

以1987年为限，“地下水脆弱性”概念的发展过程可划分两个阶段。在1987年以前，有关地下水脆弱性的概念多是从水文地质本身的内部要素这一角度来定义的。1970年Margat与Albiet提出的地下水脆弱性是指在自然条件下污染源从地表渗透与扩散到地下水面的可能性。Olmer与Rezac则认为地下水脆弱性是地下水可能遭受危害的程度，这种危害程度由自然条件决定，而与现有污染源无关。Vrana提出地下水脆弱性是影响污染物进入含水层的地表与地下条件的复杂性。1983年Villumsen等定义地下水脆弱性是指应用中或废弃于地表的化学物质对地下水的危害性。1987年“土壤与地下水脆弱性国际会议”揭开了“地下水脆弱性”研究新阶段的序幕。多数学者主张在定义地下水脆弱性时应考虑含水层本身的易污染性和人类活动与污染源的影响。有的学者提出地下水脆弱性是地下水质量对现在或将来有害于其使用价值的敏感性。

地下水系统脆弱性已经被广泛认同的是指这个系统对来自外部（天然与人类活动）从时间和空间上影响它的状态及性质的处理能力。1991年美国审计署应用“水文地质脆弱性”来表达含水层在自然条件下的易污染性，而用“总脆弱性”来表达含水层在人类活动影响下的易污染性。美国国家科学研究委员会于1993年提出地下水脆弱性是污染物到达最上层含水层之上某特定位置的倾向性与可能性，并将地下水脆弱性分为两类：一类是本质脆弱性，即不考虑人类活动和污染源而只考虑水文地质内部因素的脆弱性；另一类是特殊脆弱性，即地下水对某一特定污染源或污染群体或人类活动的脆弱性。欧洲、北美和澳大利亚等地区，在地下水污染防治工作中，已经以污染治理为重点转变为以防止污染为重点，开展了地下水环境脆弱性评价，并编制了评价图册。

至今国内尚没有明确的“地下水脆弱性”的定义，定义多引用外文资料，多是从水文地质本身内部要素角度出发，针对局部城市或水源地，包括“环境生态脆弱区地下水开发模式及系列编图”工作，研究地下水本质脆弱性，常以“地下水的易污染性”、“污染潜力”、“防污性能”等来代替“地下水脆弱性”这一术语。

5.存在问题

新中国成立以来，地下水评价工作为保障国家经济社会发展的需求提供了重要支撑。但是，从地下水可持续利用角度考虑，地下水评价工作尚存在如下问题：

1）以往的工作，偏重地下水赋存条件的研究，对地下含水层结构和地下水补、径、排条件研究程度有待深入。作为地下水赋存空间的地下水系统结构和地下水动态，是地下水资源评价的基础。

2）地下水与环境保护密切相关，是环境保护的重要制约因素。以往对地下水质量、环境和生态属性功能评价重视不够。

3）地下水资源可持续利用程度及趋势预测研究缺乏深度，不能适应国民经济对地下水前瞻性要求。

4）由于大量的水利工程修建，改变了地表水、地下水循环条件，出现了不少新的水环境问题，特别是地下水补给条件的改变，使得有些地区地下水补给减少，生态环境不断恶化。因此，在新的地下水评价中急需考虑这些变化的影响。

（三）地下水功能评价与区划研究现状

1998年许志荣在《水文地质工程地质》（第五期）上发表了“地下水功能区划分初探”，提出了开展地下水功能区划的必要性。1999年史瑞青等在《工程勘察》（第一期）上介绍了“灰色聚类分析在地下水区划中应用”的技巧。2001年费为进等在《地下水》（第四期）上发表了“快速灰色分级聚类法在地下水功能区划中应用”，提出灰色分级聚类法是地下水功能区划的一种简明方法。这一时期的地下水功能研究都是从地下水资源合理利用角度出发，基于传统地下水资源评价理念。

2002年中国地质调查局水环部从生态、地质环境保护角度，作为约束条件，提出开展“地下水功能评价专题研究”，由中国地质科学院水文地质环境地质研究所张光辉研究员主持开展有关地下水功能理念、评价理论与方法探索性研究，于2003年提出了地下水功能评价基本框架和评价指标体系。2004年6月该项目组完成了“地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能评价的科学体系”构建和论证，包括基本理念、评价理论、评价指标体系和评价关键技术等，编制了“地下水功能评价与区划技术”，编入中国地质调查局《全国地下水资源及其环境问题调查评价技术要求系列》（二、三）中，并先后在兰州、武汉、石家庄、北京、沈阳和呼和浩特主办“地下水功能评价与区划”技术骨干培训班，在我国西北、华北和东北地区全面推广应用。2004年唐克旺等在《水资源保护》（第五期）上发表了“地下水功能区划分浅谈”，介绍了水利部门进行地下水功能区划的基本思路。2005年水利部下发了《关于开展全国地下水功能区划定工作的通知》。2006年张光辉等在《水文地质工程地质》（第四期）上发表了“区域地下水功能及可持续利用性评价理论与方法”一文，全面阐述了地下水功能评价理论和方法；黄鹏飞等在《中国环境管理》（2006年第二期）上发表了“层次分析法在民勤绿洲地下水功能评价中应用”，介绍了地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能状况。2007年罗育池等在《中国农村水利水电》（第九期）上发表了“基于MapGIS的河南省浅层地下水功能评价与区划”；吕红等在《水文》（2007年第三期）上发表了“山东省地下水功能区划初探”，指出地下水功能区划是政府行使管理职能的重要基础；闫成云等在《水文地质工程地质》（2007年第三、四期）上发表了“疏勒河流域中下游盆地地下水功能评价与区划”，引用大量实例阐述了地下水功能评价与区划的实际效用。2007年范伟完成了“吉林省平原区地下水功能评价”硕士学位论文。张光辉等在《地质通报》（2008年第六期）上论证了地下水功能评价与地下水可持续开采量的关系。

（四）地下水开发利用研究现状与趋势

地下水开发利用研究总的趋势是学科内涵不断拓展、生态-地质环境保护优先、安全保障能力建设为重点、与经济社会和谐可持续发展是根本。

1）资源和环境、生态并重，已成为地下水开发利用研究的主题。地下水可持续利用既要保障社会稳定的水供给，又不能牺牲生态-地质环境效益，同时不影响未来长远的水资源利用。恢复由于人类影响而退化的地下水功能、地下水疏干区定量跟踪和调控、增强地下水含水层获得补给途径和机制、地表水与地下水联合调蓄和协调开发、地下水利用和分配的社会-经济规律及管理模式等是当前重要的研究课题。

2）地球表层系统的水文地质过程研究，已成为现代地下水科学演化的重要专题。土壤、包气带、浅层地下水、湿地与湖泊、绿洲、河流和农业用地等，与地下水可持续利用性研究密切相关。包气带是介于潜水面和地表之间的多孔介质，化学风化、有机质分解、氮素固定等其他化学物质循环过程均发生在包气带，也是地下水补给、污染物向地下水运移的必经之路。包气带中所发生的物理、化学和生物过程与水文地质学、土壤学、生态学和环境学关联性愈来愈紧密（甘肃地调院，2007）。

3）建立高效的地下水动态监测、状况调查和突发应急机制，经济社会发展的需求愈来愈迫切。1996年国际水文计划工作组将“可持续水资源利用”定义为“支承从现在到未来社会及其福利要求，而不破坏他们赖以生存的水文循环及生态系统完整性的水的管理和使用”。要求在水资源规划、开发和管理中，寻求经济发展、环境保护和人类社会福利之间的最佳联系与协调，强调未来变化、社会福利、水文循环、生态系统保护的完整性，使“未来遗憾可能性达到最小”。2000年在美国召开的“水资源综合管理研讨会”上，达成一个共识：流域统一管理是防止土地退化、保护淡水资源与生物多样性、实现水资源可持续利用的必然抉择。

4）可持续性（Sustainability）是当今地下水开发利用中最为人们关注的核心。它指地下水时空上能够连续下去。Serageldin and Steer将“可持续性”概化为“可持续性弱”、“可持续性适度”、“可持续性强”和“可持续性过强”。“可持续性弱”不关心局部、只关心整体；“可持续性适度”主要以维持系统的整体性为目的，但也适当关照其组分；“可持续性强”要求保持系统组分的良好状态，同时也关照到系统整体，各组分不可互相替换，而且根据某些理解，即使是在组分内部，可替换性也是受到限制的；“可持续性过强”就是保持系统的所有要素完好无损且无任何损耗。