地下水環境研究進展

北極星節能環保網訊:1引言

地下水在生態和地質環境中具有不可替代的作用，地下水具有資源、生態、環境等多重屬性功能，它在維持生態環境的平衡方面起著十分重要的作用。針對人類活動對地下水環境的影響，以及如何解決地下水資源為人類發展提供持續的服務功能等問題，在地下水科學與工程研究領域已經開展了大量的深入研究，主要集中在環境水文地質問題、地下水環境演化、地下水的脆弱性評價、地下水可持續利用與管理方面。

2地下水環境概述

2.1地下水環境演化

乾旱半乾旱氣候區地下水的形成、演化及各種影響因子，包括與人類活動的關係研究，是科學地開發利用地下水資源、保護生態環境，促進人與自然協調發展不可缺少的基礎性工作，也是國際上水科學界研究的熱點問題。早期的環境水文地質工作把重點集中在地下水污染的研究。20世紀70年代以後，隨著工農業經濟的快速發展，導致地下水系統水量衰減、水質惡化，人們主要集中於地下水循環特徵，以及影響水的分布、可利用性和水質等因素的研究;至80年代，地下污染治理成為主要研究方向，並開始利用計算機技術開展污染物在地下水系統中遷移轉化的數值模擬研究。20世紀80年代中期以來，隨著人們對環境問題的日益重視，在可持續發展理念的指導下，人類在地下水的開發利用過程中越來越多的考慮資源、經濟、社會、環境等制約因素，地下水資源的科學管理更多體現了經濟、社會、環境協調發展的原則。90年代以來，地下水不合理開發引起了地面沉降、岩溶塌陷等生態環境問題，於是對地下水環境演化的問題，開始由傳統的地下水流場、水化學場的理論研究轉向重視人類工程活動的影響及其變異的研究，主要集中在人類活動對地下水環境演化進程、路徑和方向的影響及其生態環境效應方面。研究地下水環境演化規律及其與地質環境、生態環境的相互制約作用，科學地總結地下水環境演化模式，可為生態環境的預測和充分合理地利用自然資源提供科學依據。

2.2地下水環境脆弱性

地下水環境脆弱性是指地下水環境由於自然條件變化和人類活動影響遭受破壞帶來一系列問題的敏感程度，它反映了地下水環境的自我防護能力，也是衡量地下水環境健康的重要因素。地下水環境的脆弱程度是衡量地下水環境對外界脅迫的恢復能力的重要指標。「地下水脆弱性」是法國的Albinet等於1968年首次提出的，他們認為地下水脆弱性是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。目前，國際上公認的地下水脆弱性的定義是美國國家科學研究委員會於1993年提出的，地下水脆弱性是指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，據此可將地下水脆弱性分為本質脆弱性和特殊脆弱性。國外許多學者較早地開展了地下水脆弱性的研究，並取得了頗為豐碩的研究成果;國內20世紀90年代中期才開始地下水脆弱性研究，大多集中於地下水的本質脆弱性方面，對於影響地下水特殊脆弱性的敏感因子考慮較少。由於地下水系統的複雜性和人們認識的差異性，目前對地下水環境脆弱性的研究還存在許多問題，有待進一步完善。

2.3地下水的生態環境效應

地下水作為水資源的重要組成部分，其開發利用必然會對生態環境產生重大影響：地下水位過高會引發土壤鹽漬化和沼澤化;地下水位過低會引起土壤干化、沙化和天然植被退化，下墊面變化，減少地表徑流，包氣帶變厚，減少地下水的補給量。俄羅斯學者V.N.Ostrovski提出了「生態水文地質學」的概念，將水文地質的概念引入到生態系統中，他認為：生態水文地質學研究目的是控制地下水圈的體制以防止發生一些不可逆轉的對生態環境不利的影響，一方面要預防人類活動對生態環境產生的不利影響，另一方面要科學地預測人類活動對生態環境所產生的影響。近年來，國內外學者加強了地下水的生態環境效應的研究，有學者提出了合理生態水位概念，研究了地下水位與植被生長狀況的關係，研究了作物產量與地下水位埋深的關係。以協調發展為目標，建立地下水引起的表生生態效應遞階層次評價指標體系，豐富水資源生態價值理論。這些研究表明，無論是對於整個區域的地表景觀格局變化，還是對於局部典型的生態系統的演化，維持適宜的地下水系統狀態都是很重要的。研究表明，無論是對於整個區域的地表景觀格局變化，還是對於局部典型的生態系統的演化，維持適宜的地下水系統狀態都是很重要的。地下水的生態環境效應的研究主要是土壤水鹽運動狀態、潛水水鹽動態、潛水位埋深等與植物生長關係。地下水位生態環境指標是指與生態環境狀況密切聯繫的地下水和與地下水有關的各種臨界指標的總稱，主要包括土壤含水量、土壤允許含鹽量、地下水位適宜礦化度、地下水位臨界深度、潛水蒸發極限深度、潛水零補排差深度和地面控制沉降臨界水位等，這些指標是地下水資源管理和生態環境保護的重要依據。地下水的生態環境效應的研究，可為地下水環境生態功能紊亂的辨識、確定合理的健康評價指標體系提供重要的理論依據。

2.4地下水資源可持續利用與管理

水資源的可持續利用與管理是經濟和社會可持續發展極為重要的保障，水環境健康是水資源可持續利用的目標與方向。近年來，國內外學者對水資源可持續性的研究方興未艾。有學者運用總量控制來研究地下水的可持續性，從生態環境角度評價了地下水資源的可持續性。有學者運用水、生態、社會經濟複合系統理論研究地下水的承載力，從地下水資源承載力角度研究地下水資源的可持續性。地下水資源的可持續利用是指在確保地下水開發利用不對生態環境造成危害的前提下，地下水在數量上和質量上最大限度滿足當前及長遠的需求。維持地下水環境狀態的健康是地下水資源可持續利用與管理的戰略方向，因此，地下水可持續利用與管理的研究為地下水環境健康的研究奠定了理論基礎。目前對於地下水資源的可持續性研究仍處於探索之中，現在還沒有一套公認的標準方法。地下水可持續利用涉及到社會、經濟、生態系統的方方面面，因而主要任務是在掌握廣泛資料的基礎上，找出適應評價區域的評價標準、指標體系。綜上所述，目前水文地質學領域開展的地下水環境演化、地下水環境脆弱性、地下水的生態環境效應和地下水資源可持續利用與管理等方面的研究已經為地下水環境健康的研究奠定了良好的理論基礎。但目前所進行的水資源可持續利用的研究局限在對這種理念的理解、研究內容的拓展，同時，地下水環境演化、地下水脆弱性、地下水生態環境效應等方面的研究也局限在地下水環境問題的某一方面，至今仍未進行綜合性的研究與探討。由於地下水環境健康問題的複雜性，以及影響因素的整體性與持續性，決定了我們必須從整體上來把握地下水環境健康的研究。

3地下水環境健康研究現狀

地下水環境健康作為水環境健康的組成部分，對於促進生態環境的良性發展具有舉足輕重的作用，然而，地下水環境健康理論的研究及其應用仍未展開，其基本理論、評價體系與方法是需要進一步探討的重要問題。通過對生態系統健康、水環境健康理論與研究方法的分析，人類在對地下水的大規模的開發利用以後，必須重新審視地下水的生態環境功能與資源價值，探求人與自然的和諧發展道路，維護地下水環境健康必將成為地下水資源可持續利用與生態環境管理的重要戰略方向。對地下水環境健康理論體系的研究，有以下幾方面的發展趨勢：(1)研究地下水環境的演化機制。在自然環境和人類活動的持續脅迫下，地下水環境始終處於發展和演化狀態。人類活動的強度決定了地下水環境演化的性質與速度，是影響地下水環境健康的主導因素。開展人類活動影響下地下水環境的演化機制可以深刻揭示地下水環境的劣變原因，並為地下水環境健康狀態的演變趨勢分析奠定理論基礎。(2)地下水環境健康的概念及評價體系的研究。地下水環境健康是生態系統健康的基礎，是水環境健康的重要組成部分，維持地下水環境狀態的健康可促進生態系統的良性發展。地下水環境健康的內涵是對地下水環境系統狀態和功能的總結與概括，是地下水環境健康評價的理論基礎。地下水環境健康評價體系是實現地下水環境健康評價的先決條件，包括地下水環境評價指標體系、評價標準、評價方法、評價模型等。(3)地下水環境健康評價指標研究。在地下水環境健康內涵的基礎上，結合地下水環境演化機制分析，概括地下水環境健康的驅動因子和狀態響應，並利用主導性、獨立性的評價指標表徵地下水環境系統的驅動因子和狀態響應，並構建各評價指標的健康等級標準，這一環節是聯繫地下水環境健康理論與實踐的重要紐帶。(4)現代理論與先進技術的應用。地下水環境健康的研究是在已經發展成熟的地下水科學理論與技術方法的基礎上進行綜合、系統的研究，因此，在開展地下水環境健康研究中，應該綜合運用現代系統理論和空間數據綜合採集技術、系統模擬預測技術和綜合評價技術，以提高研究的實用性、科學性，也有利於推動地下水綜合評價理論與方法的發展。

原標題:【前沿】地下水環境研究進展

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