地下水水文學（Groundwater   hydrology）它是利用水文循環和水平衡原理來研究地下水的形成、運動、水情與地下水資源學科。是水文科學的一個分支。

圖）地下水水文學

它主要研究地下水的來源、類型、分布、運動、地質環境的化學成分和水文地質的形成（hydrogeology）密切相關，但研究內容各有側重。地下水是自然界的一種水體，地下水徑流是水文循環的一個環節，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實意義。

圖）水文地質勘測

地下水水文學的歷史可以分為三個時期：

①萌芽時期。從公元前7世紀到公元16世紀，這兩千年間，人們僅限于對現象的直接觀察和推測。柏拉圖推測地下有一個巨大的洞穴，里面的水是河流的源頭。中國唐代柳宗元（773～819）《天對》中說道：脈點土區，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。描述了地下水在巖土間隙中的存在和滲透、蒸發和流動現象。

②奠基時期。從17世紀到20世紀初，科學家們觀察到、通過實驗和分析，提出了一系列關于地下水形成和運動的重要概念、定律和方法。法國科學家P.佩羅研究了地下水毛細上升現象，得出砂中毛細水上升高度小于 1米的結論。法國學者E.埃德姆馬略特測算了降雨入滲補給地下水的量，得出了泉水受降雨入滲補給的重要結論。1856年，法國工程師h.P.G.達西通過實驗確立了地下水滲流的基本規律，奠定了地下水運動的理論基礎。1863年法國學者j.J.根據實際地下水位坡度很小的事實，邱布依作了一些簡化和假設，利用達西定律推導出了地下水井涌水量公式的法律。1870年德國a.Tim對邱布依公式進行了改進，使滲透系數等參數可以通過穩定流抽水試驗來計算。這些工作為地下水水文學的發展奠定了基礎。

③發展時期。20世紀初至80年代初，由于生產的需要和科學技術的進步，地下水水文學逐漸形成了一門獨立的學科，并迅速發展起來。1928年，美國學者o.E.邁因策論述了承壓含水層的壓縮性和彈性，為地下水不穩定理論的建立準備了豐富的實踐基礎。1935年，美國學者c.V.泰斯公式是利用非穩定地下水流和熱傳導的相似性推導出來的。1937年，美國學者M.馬斯克特在《均勻流體通過多孔介質的流動》一書中，用數學方法系統地論述了地下水的運動。1954年，英國學者n.S.博爾頓導出了潛水井中的不穩定流方程。1930年荷蘭水文學家g.J.Dehley用數學方法分析了地下水通過弱透水層的滲流現象。地下水污染的研究始于20世紀60年代。

1949年后，中國大面積評價地下水資源、地下水位及開采量預測、在水文水文地質參數的確定和地下水調度計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

地下水水文學的研究內容可歸納為：

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，在灌區還有灌溉水的入滲。入滲的水在地下經過重新分配（儲存、蒸發和水平排泄）組成自然界水文循環的一部分。地下水水文學研究地下水在自然界水循環中的作用，研究它與降水、蒸發、地表水之間的聯系和轉化，它的補給、排泄、與此有關的水文和水文地質參數（如降水入滲補給系數、給水度等）和地下水資源評價等。

②地下水運動。地下水在重力和壓力作用下產生滲流運動。地下水運動的基本定律是達西定律，可根據質量守恒原理和達西定律推導出不同條件下地下水運動的數學物理方程。計算地下水運動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。利用地下水運動方程的解，可以預測未來某時某地的地下水水位等水文要素,也可以計算導水系數等水文地質參數，為地下水資源評價提供可靠的依據。

③地下水水情。也稱地下水動態，指地下水水位、水量、水質、水溫等要素在自然和人為因素影響下發生的變化。研究這些變化規律，建立各要素在時間和空間上的定量關系。通常利用觀測站和試驗場，進行地下水觀測和野外試驗，利用取得的資料，計算水文和水文地質參數，評價地下水的補給量、儲存量和允許開采量、監測地下水的水質以防止地下水的污染等。

④地下水的合理開發與管理。地下水開發應在查明地下水資源的基礎上統籌安排、合理規劃。地下水的管理除了制訂規劃之外，還要建立地下水管理機構；進行水資源的合理調配；規定開采地下水的技術要求；保護水源，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。

地下水水文學內容還包括：包氣帶、土壤水、潛水、承壓水、含水層、泉、地下水運動（達西定律、滲水系數、導水系數、給水度、釋水系數、降水入滲補給系數、灌溉水入滲補給系數）、地下水預報、地下水計算（地下水模擬）、地下水開發利用、地下水管理等。

（圖）地下水水質類別分類圖

地下水水文學研究途徑主要有兩個方面：

①數學物理途徑。根據地下水水情和影響因素之間的物理聯系，建立它們之間的定量關系，例如，用水量平衡法求各平衡要素之間的定量關系，按一定的初始條件和邊界條件求解地下水運動的數學物理方程。

②統計途徑。根據大量實測資料，用概率統計原理研究地下水各種水文要素的統計規律，進行地下水預報和地下水計算。主要的研究手段有：

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

②試驗和觀測。包括抽水試驗、井泉的地下水動態觀測和土壤水觀測等。

③地下水模擬技術。例如，電模擬中把電阻電容組成網絡，用于模擬區域地下水流系統等。

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

（圖）地下水利用分類示意圖

地下水的形成與分布，同地質、地理環境有密切聯系。因此，地下水水文學與地質學和地理學有關。地下水運動的研究要以水力學和流體力學的基本理論為基礎。在地下水動態資料的分析和地下水預測中廣泛應用概率論和數理統計學。由于地下水水文學是從水文循環的觀點來研究地下水的，因而它與氣候學、地表水水文學、土壤學有密切聯系。地下水質評價，要運用水化學和水文地球化學知識。此外，系統分析理論在地下水的開發利用中已逐漸得到采用。

地下水水文學中有些問題如降水、地表水和地下水三者的轉化關系，地下水資源及其最優開發及管理等研究較少，不少方面尚處于探索階段。在大區域內的復雜的水文地質條件下，確定含水層參數尚無完善的辦法。開展水均衡要素室內和室外的觀測和試驗研究，建立新的數學物理模型，應用電子計算機和電模擬技術，可能使上述問題逐步取得進展。另外，污染物質的彌散、含水層溫度場、地下水動態規律與預測等領域，也可望有更多的研究。

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