[科普中国]-环境水文地质学

从环境科学角度研究地下水的质量以及对地下水的保护、控制和改造的边缘学科。研究原生环境下地下水的质量与人类健康状况关系问题，也称为第一环境水文地质问题。研究人类活动强烈改变的次生环境中地下水的质量及其保护，也称为第二环境水文地质问题。环境水文地质学研究的具体内容是：①由于自然因素引起地方性疾病的环境水文地质问题，②由于三废排放引起地下水污染的环境水文地质问题，③农业灌区的环境水文地质问题等。也有人把环境水文地质含义理解得更广泛，如把大量开采地下水引起地面沉降、矿山排水所引起的塌陷等也称为环境水文地质问题，但也有人称之为环境水文地质工程地质问题。1

基本概念顾名思义，环境水文地质学是介于环境学科、水文学科与地质学科之间的边缘学科；一般讲是应用水文地质学的基础理论，来研究人和环境关系的--f]地质学，即研究地下水或水文地质环境与人类生活以及生产活动之间相互作用与相互制约、防止环境恶化的学科。
目前对环境水文地质学的研究范畴，还存在不同的看法。概括的讲：一种是把环境水文地质学局限于研究水质与人体健康的关系，特别是原生环境下形成的地方病问题，或称“病区环境水文地质”，亦称“医学环境水文地质”。另一种是把“环境水文地质学”局限于研究主要由于人类活动造成的地下水污染问题，特别是“三废”对地下水污染的影响，因此属于次生环境或第二环境，称作“污染环境水文地质学”。这两种观点，在概念上，可以说基本
上都属于狭义的环境水文地质学。
与上述观点相反，另一种意见认为环境水文地质学不应局限于研究与人体健康有关的地方病问题或水质污染问题，而应包括与人类生活以及生产活动有关的一切环境水文地质问题，即广义的环境水文地质学。本文就是从这一观点出发，探讨环境水文地质学的定义、研究范畴，及其基本内容。

发展历史环境问题的研究，已是当前世界各国十分突出的一个问题。环境水文地质学的诞生和发展是和环境地质学的诞生和发展紧密相关的。可以说，从20世纪60年代初期出现环境地质学起，就开始有了环境水文地质学的雏形，严格地说，它是环境地质学的一个分支。
环境地质学的含义和研究范畴，不同学者有其不同的见解。最早使用“环境地质学”这个名词的是1962年Tames E．Hackett，他认为“环境地质学是研究和使地质学达到协调和完善状况的一个新方向”。Peter T．Flawn则认为“环境地质学是研究城市、乡村和原始地区人类土地利用的全过程，它包括自然资源的寻找和开发、废物的处理、块体运动和构造运动的效应、地球物质组分对人体健康的影响效应。它涉及到陆地、海洋和大气圈，甚至由于地球人口和工业的集中，产生巨大的热柱和烟柱的效应，都可以应用环境地质这个名词”。WillianJ．Wayne和Flawn等在1968年和1970年相继提出：“城市地质学一词与环境地质学实际上是同义词”，“城市地区是公认的环境地质学最重要的焦点”等。但是，与此同时，也有学者持相反的意见，如Gordon B．Oakeshott(1970)认为“环境地质是一种荒谬的名词”，“所有地质学都是环境的”。
不论各位学者的看法如何，环境水文地质学作为环境地质学的一个分支，它的发生与发展是和世界人口的增加、城市化程度的迅速增长、特别是为供水目的过量抽取地下水而导致的地面沉降、含水层枯竭、水质恶化等一系列环境水文地质问题的发生与发展过程密切相关。而且，目前环境水文地质学涉及的研究范围已远远超过了岩石圈和水圈而延伸到大气圈和生物圈，并和人类赖以生存的社会、环境、生态和经济等密切联系。
近二三十年来，该学科在我国发展迅速。原地质矿产部曾先后于1979年10月和1983年3月分别在西安和杭州召开了北方与南方地区有关环境水文地质的经验交流会，着重讨论了我国各地地下水的污染现状、成因、形成机理与环境质量评价等问题。又如，1979年在北京召开的“地下水人工补给”学术讨论会；1980年在上海召开的“全国地面沉降”学术研讨会：1982年11月在重庆召开的水文地球化学学术讨论会等。总之，从20世纪80年代初至今有关环境水文地质专题研究的各种学术会议很多。在科学研究方面。自我国“八五”科技攻关以来，每次攻关规划都有环境水文地质科学研究的项目。近几年，我国进行两部大开发，更是明确的以生态环境研究为重点。所有这些，都充分反映了我国环境水文地质学在20世纪已经进入了一个崭新的发展阶段。
应该着重指出的是，在我国环境水文地质学科的建立和发展过程中，陈梦熊院士有很大的贡献。他于1984年发表的“环境水文地质问题与环境水文地质学”(水文地质工程地质选辑20，地质出版社)一文中，在我国首次提出了环境水文地质这一新学科，继而，他又在1985，1990，1995和1996年陆续发表了一系列文章，论述了关于环境水文地质学这一新学科的基本概念、学科分支、研究内容与方法等。这些思想观念和理论基础，已被
不少院校的教科书和有关论著所引用，影响深远。
目前，环境水文地质学根据其研究的内容和方法，在我国已形成了不同的环境水文地质学分支。如资源环境水文地质学、污染水文地质学、病理环境水文地质学、工程水文地质学、生态环境水文地质学(陈梦熊，1985年)等，这在1987年7月第28届国际地质大会以来的历届地质大会的有关环境地质分会的内容上都有反映。
总之，环境水文地质学是一门应用地质科学，是研究天然和人为作用下，由于环境水动力作用和水文地球化学作用变化所造成的环境水文地质问题。如，土壤盐碱化、森林退化、水污染、海水入侵、地面沉降、水源枯竭等有关环境地质副作用的发生、发展的物理、化学过程及其计算机模拟和预测；从水文地球化学和水文地质动力学原理出发，环境水文地质学还研究水和岩石相互作用的机理以及人类和自然交替作用过程中水文地质环境保护的措施；研究向地球索取更多优质水的方法和措施等。这些研究既包括水资源合理开发利用的一系列水动力学和水化学的理论和方法研究，也包括与海水入侵、污水处理等有关的一套工程技术，如污水的化学、物理化学、微生物化学和生物工程等的处置方法和措施的研究。
环境水文地质研究的目的是为了改造环境，以达到控制和消除有害作用，保护和合理利用地下水资源，使其有利于人类生存和发展生产的目的。其研究的范畴应包括各种水资源，如大气降水、地表水、地下水以及再生水、资源化水等的形成发展、演化的机制和治理对策，以及与大气圈、岩石圈、生物圈之间的相互影响，相互制约的内在联系的研究。显然，在当前全世界面临水资源短缺和环境恶化的形势下，环境水文地质工作及其学科发
展的前景必定越来越宽阔。2

环境水文地质研究的范畴综上所述，环境水文地质学既研究原生环境下的环境水文地质问题，也研究次生环境下的环境水文地质问题，但不论原生环境或次生环境，都不局限于研究与人体健康有关的问题，而是包括一切与人类社会有关的环境水文地质问题。
因此，根据当前存在的各种环境水文地质问题，环境水文地质学的基本内容，主要有：(1)研究地下水资源与人类环境(包括生活与生产活动)的关系，称作资源环境水文地质；(2)研究三废及其它人类活动，对地下水水质造成的危害及其防治措施，称作污染环境水文地质；(3)研究原生或次生环境下，地下水中有害成分的形成机制及其对人体健康与疾病的关系，称作病理环境水文地质或医学环境水文地质；(4)研究原生或次生环境下，地下水与工程建筑的关系，或称工程环境水文地质；(5)研究地下水由于人类活动对环境生态造成的有利或不利影响，或称生态环境水文地质；(6)综合研究区域环境水文地质条件及其规律，称为区域环境水文地质。
由此可知，开展环境水文地质研究的目的任务，主要是：(1)为环境合理规划提供科学依据；(2)为水资源的合理利用与保护提供科学依据；(3)防治由于水质引起的地方病，缩小或消除水中有害成分对人体造成的危害；(4)防止或减轻由于水文地质作用对工程建筑造成的危害；(5)防止环境生态恶化，使之向对人类有利方向转化；(6)改善人类生活环境与促进工农业生产。
现将目前存在的主要环境水文地质问题，以及环境水文地质学的主要研究内容，概述如下：

(1)资源环境水文地质 主要研究地下水资源与城市规划、城市建设、工业布局等的关系。在农业方面，研究与农业区划、水利规划、水土资源平衡、作物分布等的关系。还包括地下水资源的评价、动态预测、合理利用，以及水资源的保护与管理。
(2)污染环境水文地质主要研究地下水由于人类活动造成的水质污染及其防治措施。包括研究地下水污染的形成条件、污染源、物质成分、污染途径、污染程度、分布范围、污染机理、运移形式、净化作用、水质监控、趋势分析、水质模型以及环境质量评价、保护与防治措施等。
(3)病理环境水文地质主要研究天然的和人为作用影响下，地下水物理化学性质的主要特征，以及各种水文地球化学作用的基本规律，及其对人体生理与各种疾病的关系，包括：研究在原生环境下地下水与地方病的关系，如地下水与克山病、大骨节病、克汀病、甲大病、高氟病，以及若干癌症等在病因上的关系及防治措施。研究次生环境特别是水质污染或水质恶化对人体生理和疾病的关系。例如最常见的酚、氰、汞、铬、砷等有害物质，硝酸盐、水的硬度、农药化肥等有机物，以及放射性污染物质与人体的关系。研究各种热水、矿水对人体的医疗意义。
(4)工程环境水文地质主要研究地下水与工程建筑物的相互作用关系，例如，地面沉降，岩溶塌陷，黄土湿陷，滑坡、地裂，地震烈度，坝基潜蚀，矿坑突水等的形成条件及其基本规律与防治措施。
(5)生态环境水文地质主要研究地下水与自然生态系统的关系。例如由于城市扩大、森林植被的破坏、修建水库、运河等人为作用促使大面积地下水位上升，造成沼泽化、盐碱化等问题；或由于地下水位下降，造成沙漠化、草场退化等环境生态问题。我国南水北调方案存在的主要问题之一，就是考虑大规模引水工程修建以后，可能遇到的对区域生态平衡的影响问题。
(6)区域环境水文地质 主要包括区域环境水文地质调查(包括区域背景值调查)，研究区域环境水文地质条件和区域规律，综合分析评价区域内存在的各种环境水文地质问题；在此基础上，对区域环境质量做出综合评价与趋势预测；编制区域环境水文地质图及其他有关图件，为环境规划提供科学依据。
根据上述内容，环境水文地质学研究的范畴十分广泛，但如果联系国民经济建设，那么按照服务目的，又可简单的划分为城市(包括工业)环境水文地质学与农业环境水文地质学两大分支，前者的主要任务是：
(1)城市规划与工业布局；
(2)水资源的保护与管理，水资源评价与预测，开展人工补给；
(3)污水的合理排放，防止水质污染或水质恶化，合理处置废渣垃圾；
(4)建立卫生防护带，进行水质监控；
(5)防止地面变形，特别是防止发生地面沉降、塌陷、湿陷等问题；
(6)热矿水的利用与保护，包括热能利用、地下储冷储热；
(7)名泉风景区的保护等等。
在农业环境水文地质方面，主要包括：
(1)农业区划与水利规划；
(2)地下水的合理开采与旱、涝、碱、咸等自然灾害的综合治理；
(3)防止农药化肥以及污灌等造成的水质污染；
(4)防止次生土壤盐渍化、沼泽化；
(5)咸水改造以及冷水田，下湿田的改造；
(6)农村饮用水的改良；
(7)地方病防治；
(8)热水利用；
(9)防止草场退化与沙漠化等等。
综上所述，环境水文地质学是专门研究在天然条件与人为活动影响下，地下水质与量的变化对人类生活和生产发展的相互影响与相互制约的关系，并通过研究它们之间的内在联系与演变规律，达到改造环境的目的，进而控制和消除有害作用，保护和合理利用地下水资源，使其有利于人类生存和有利于发展生产的-f-I应用地质科学(如图)。
为了建立这个新的学科，今后需要在认真总结国内外经验的基础上，系统的为环境水文地质学建立起一套基本理论与工作方法，主要包括：
(1)环境水文地质学的基本概念和研究范畴；
(2)各类有关现象的形成机制与发展规律；
(3)水质、水量演变的趋势预测与数学模型；
(4)环境质量评价的原则与方法；
(5)环境质量的控制与治理；
(6)野外调查方法，室内外测试技术(包括同位素应用、遥感技术、水质分析、模拟试验、抽水试验)与确定参数；

(7)监测网的最优选择、监测技术、动态分析方法与建立信息系统(遥控系统与数据库)；

(8)最优开采方案、管理方案与建立数学模型；
(9)地下水与环境生态平衡：
(10)环境水文地质图等各类有关图件的编图方法。

环境水文地质学与其他学科的关系如前所述，环境水文地质学是在地质学科、水文学科与环境学科的基础上，互相渗透而发展起来的一门综合性、跨学科的边缘学科。它不仅与上述三个学科有密切关系，而且与自然科学中的许多学科，包括基础学科与应用学科，如物理学、化学、气象学、农业学、水利学以及社会科学(包括经济学、社会学、人口学等)等均有广泛的联系。
环境水文地质学与环境地质学：在地资科学方面，如地层学、岩石学、构造地质学等基础学科，以及地貌学、第四纪地质学、工程地质学等，也是环境水文地质学的基础。自60年代以来，由于不断出现的环境地质问题，日益引起人们的注意，地质科学与环境科学自然的互相结合，逐渐形成环境地质学。
一般讲环境地质学主要是研究人类或人类社会与其所处地质环境之间，相互影响与相互作用的关系；但关于环境地质学的研究范畴，目前至少存在两种不同的观点。一种是属于狭义的概念即把环境地质学局限于研究人类与地质环境中某一方面的环境问题。例如局限于地质环境与人体健康的关系，又称医学地质学，或局限于城市环境地质问题，又称城市环境地质学。诸如此类，把环境地质学的研究范畴，局限于一定范围之内，都属于狭义的环境地质学。
如果从广义的概念出发，那么环境地质学至少包括：(1)环境地貌学；(2)环境地球化学(或医学地质学)；(3)环境资源地质学(逐渐向环境规划地质学发展)；(4)城市环境地质学；(5)灾害环境地质学(逐渐向环境工程地质学发展)；(6)环境水文地质学。
因此，广义的环境地质学，包括的范围十分广泛，不仅研究人类生活与地质环境的关系，而且包括研究人类生产活动与地质环境相互影响、相互作用的关系，并通过研究它们之间的内在联系与基本规律，达到合理利用、改造地质环境的目的，防止由于地质作用造成的各类灾害，为人类社会造福。由此可见，地质环境不仅与人类生活密切相关，而且与城市建设和工农业生产，存在着千丝万缕的关系。一切与人类有关的地质环境问题，都属于广义环境地质学的研究范畴，其中环境水文地质学，是环境地质学中的一个重要分支。
环境水文地质学虽然在系统上应该说是属于环境地质学的一支，但由于环境水文地质学的研究范畴也十分广泛，涉及的学科很多，因此已经逐渐发展成为一支独立的学科。同样如工程地质学在环境地质学的基础上，也正在从灾害环境地质学，迅速扩大范围，发展成为独立的环境工程地质学。所以环境水文地质学、环境工程地质学，都与环境地质学存在着非常密切的亲缘关系，但他们彼此间已由从属关系，逐渐发展成各自独立的兄弟学科关系。
环境水文地质学与水文科学：地下水是陆地水总循环的组成部分之一，与地表水互相转化，具有不可分割的关系，研究环境水文地质问题，就必然要涉及地表水问题。因此水文科学中的许多基础学科(如陆地水文学、海洋水文学、环境水文学、水文气象学等)和应用学科(如水文勘测学、工程水文学、水质控制学)也是环境水文地质学的理论依据与研究基础。
环境水文地质学与环境科学：环境水文地质学既然成为环境科学领域内的一个组成部分，它的研究方向就必然要遵循环境科学研究的轨道。环境科学的研究，主要包括三个方面，即环境质量的基本理论、环境质量的控制与治理、以及环境监测和分析要求。环境水文地质学的研究，同样主要包括这三方面的内容。它与其他基础环境学科，如环境物理学、环境化学、环境生物学、环境生态学、环境地质学、环境土壤学、环境水文学、环境气象学等，都是兄弟学科关系。在应用环境学科方面，如环境控制学、环境监测学、环境工程学、环境经济学、环境管理学、以及环境医学等，都与环境水文地质学有密切关系，而且也是开展环境水文地质工作的方法指南。
环境水文地质学与水文地质学：环境水文地质学是水文地质学与环境科学有机结合而形成的新学科。水文地质学中的基础学科，如地下水动力学、水文地球化学等，仍然是环境水文地质学的理论基础；但环境水文地质学把水文地质学中有关的分散的环境水文地质问题，系统的综合成为一个整体，并运用环境科学中的基础理论与研究方法，如有关环境质量的基本理论、环境质量的控制与治理，以及监测技术等，与水文地质学互相渗透，输进了新的内容，形成独立的环境水文地质学，成为区别于水文地质学的--应用地质学。但目前环境水文地质学还是正在发展中的新学科，迫切需要在认真总结我国实际经验与吸取国外有益经验的基础上，创立基本理论，逐渐形成一门系统的独立的新学科。3

本词条内容贡献者为:

郭亮 - 副教授 - 中国海洋大学