【前沿】地下水环境研究进展

1引言

地下水在生态和地质环境中具有不可替代的作用，地下水具有资源、生态、环境等多重属性功能，它在维持生态环境的平衡方面起着十分重要的作用。针对人类活动对地下水环境的影响，以及如何解决地下水资源为人类发展提供持续的服务功能等问题，在地下水科学与工程研究领域已经开展了大量的深入研究，主要集中在环境水文地质问题、地下水环境演化、地下水的脆弱性评价、地下水可持续利用与管理方面。

2地下水环境概述

2.1地下水环境演化

干旱半干旱气候区地下水的形成、演化及各种影响因子，包括与人类活动的关系研究，是科学地开发利用地下水资源、保护生态环境，促进人与自然协调发展不可缺少的基础性工作，也是国际上水科学界研究的热点问题。早期的环境水文地质工作把重点集中在地下水污染的研究。20世纪70年代以后，随着工农业经济的快速发展，导致地下水系统水量衰减、水质恶化，人们主要集中于地下水循环特征，以及影响水的分布、可利用性和水质等因素的研究;至80年代，地下污染治理成为主要研究方向，并开始利用计算机技术开展污染物在地下水系统中迁移转化的数值模拟研究。20世纪80年代中期以来，随着人们对环境问题的日益重视，在可持续发展理念的指导下，人类在地下水的开发利用过程中越来越多的考虑资源、经济、社会、环境等制约因素，地下水资源的科学管理更多体现了经济、社会、环境协调发展的原则。90年代以来，地下水不合理开发引起了地面沉降、岩溶塌陷等生态环境问题，于是对地下水环境演化的问题，开始由传统的地下水流场、水化学场的理论研究转向重视人类工程活动的影响及其变异的研究，主要集中在人类活动对地下水环境演化进程、路径和方向的影响及其生态环境效应方面。研究地下水环境演化规律及其与地质环境、生态环境的相互制约作用，科学地总结地下水环境演化模式，可为生态环境的预测和充分合理地利用自然资源提供科学依据。

2.2地下水环境脆弱性

地下水环境脆弱性是指地下水环境由于自然条件变化和人类活动影响遭受破坏带来一系列问题的敏感程度，它反映了地下水环境的自我防护能力，也是衡量地下水环境健康的重要因素。地下水环境的脆弱程度是衡量地下水环境对外界胁迫的恢复能力的重要指标。“地下水脆弱性”是法国的Albinet等于1968年首次提出的，他们认为地下水脆弱性是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。目前，国际上公认的地下水脆弱性的定义是美国国家科学研究委员会于1993年提出的，地下水脆弱性是指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，据此可将地下水脆弱性分为本质脆弱性和特殊脆弱性。国外许多学者较早地开展了地下水脆弱性的研究，并取得了颇为丰硕的研究成果;国内20世纪90年代中期才开始地下水脆弱性研究，大多集中于地下水的本质脆弱性方面，对于影响地下水特殊脆弱性的敏感因子考虑较少。由于地下水系统的复杂性和人们认识的差异性，目前对地下水环境脆弱性的研究还存在许多问题，有待进一步完善。

2.3地下水的生态环境效应

地下水作为水资源的重要组成部分，其开发利用必然会对生态环境产生重大影响：地下水位过高会引发土壤盐渍化和沼泽化;地下水位过低会引起土壤干化、沙化和天然植被退化，下垫面变化，减少地表径流，包气带变厚，减少地下水的补给量。俄罗斯学者V.N.Ostrovski提出了“生态水文地质学”的概念，将水文地质的概念引入到生态系统中，他认为：生态水文地质学研究目的是控制地下水圈的体制以防止发生一些不可逆转的对生态环境不利的影响，一方面要预防人类活动对生态环境产生的不利影响，另一方面要科学地预测人类活动对生态环境所产生的影响。近年来，国内外学者加强了地下水的生态环境效应的研究，有学者提出了合理生态水位概念，研究了地下水位与植被生长状况的关系，研究了作物产量与地下水位埋深的关系。以协调发展为目标，建立地下水引起的表生生态效应递阶层次评价指标体系，丰富水资源生态价值理论。这些研究表明，无论是对于整个区域的地表景观格局变化，还是对于局部典型的生态系统的演化，维持适宜的地下水系统状态都是很重要的。研究表明，无论是对于整个区域的地表景观格局变化，还是对于局部典型的生态系统的演化，维持适宜的地下水系统状态都是很重要的。地下水的生态环境效应的研究主要是土壤水盐运动状态、潜水水盐动态、潜水位埋深等与植物生长关系。地下水位生态环境指标是指与生态环境状况密切联系的地下水和与地下水有关的各种临界指标的总称，主要包括土壤含水量、土壤允许含盐量、地下水位适宜矿化度、地下水位临界深度、潜水蒸发极限深度、潜水零补排差深度和地面控制沉降临界水位等，这些指标是地下水资源管理和生态环境保护的重要依据。地下水的生态环境效应的研究，可为地下水环境生态功能紊乱的辨识、确定合理的健康评价指标体系提供重要的理论依据。

2.4地下水资源可持续利用与管理

水资源的可持续利用与管理是经济和社会可持续发展极为重要的保障，水环境健康是水资源可持续利用的目标与方向。近年来，国内外学者对水资源可持续性的研究方兴未艾。有学者运用总量控制来研究地下水的可持续性，从生态环境角度评价了地下水资源的可持续性。有学者运用水、生态、社会经济复合系统理论研究地下水的承载力，从地下水资源承载力角度研究地下水资源的可持续性。地下水资源的可持续利用是指在确保地下水开发利用不对生态环境造成危害的前提下，地下水在数量上和质量上最大限度满足当前及长远的需求。维持地下水环境状态的健康是地下水资源可持续利用与管理的战略方向，因此，地下水可持续利用与管理的研究为地下水环境健康的研究奠定了理论基础。目前对于地下水资源的可持续性研究仍处于探索之中，现在还没有一套公认的标准方法。地下水可持续利用涉及到社会、经济、生态系统的方方面面，因而主要任务是在掌握广泛资料的基础上，找出适应评价区域的评价标准、指标体系。综上所述，目前水文地质学领域开展的地下水环境演化、地下水环境脆弱性、地下水的生态环境效应和地下水资源可持续利用与管理等方面的研究已经为地下水环境健康的研究奠定了良好的理论基础。但目前所进行的水资源可持续利用的研究局限在对这种理念的理解、研究内容的拓展，同时，地下水环境演化、地下水脆弱性、地下水生态环境效应等方面的研究也局限在地下水环境问题的某一方面，至今仍未进行综合性的研究与探讨。由于地下水环境健康问题的复杂性，以及影响因素的整体性与持续性，决定了我们必须从整体上来把握地下水环境健康的研究。

3地下水环境健康研究现状

地下水环境健康作为水环境健康的组成部分，对于促进生态环境的良性发展具有举足轻重的作用，然而，地下水环境健康理论的研究及其应用仍未展开，其基本理论、评价体系与方法是需要进一步探讨的重要问题。通过对生态系统健康、水环境健康理论与研究方法的分析，人类在对地下水的大规模的开发利用以后，必须重新审视地下水的生态环境功能与资源价值，探求人与自然的和谐发展道路，维护地下水环境健康必将成为地下水资源可持续利用与生态环境管理的重要战略方向。对地下水环境健康理论体系的研究，有以下几方面的发展趋势：(1)研究地下水环境的演化机制。在自然环境和人类活动的持续胁迫下，地下水环境始终处于发展和演化状态。人类活动的强度决定了地下水环境演化的性质与速度，是影响地下水环境健康的主导因素。开展人类活动影响下地下水环境的演化机制可以深刻揭示地下水环境的劣变原因，并为地下水环境健康状态的演变趋势分析奠定理论基础。(2)地下水环境健康的概念及评价体系的研究。地下水环境健康是生态系统健康的基础，是水环境健康的重要组成部分，维持地下水环境状态的健康可促进生态系统的良性发展。地下水环境健康的内涵是对地下水环境系统状态和功能的总结与概括，是地下水环境健康评价的理论基础。地下水环境健康评价体系是实现地下水环境健康评价的先决条件，包括地下水环境评价指标体系、评价标准、评价方法、评价模型等。(3)地下水环境健康评价指标研究。在地下水环境健康内涵的基础上，结合地下水环境演化机制分析，概括地下水环境健康的驱动因子和状态响应，并利用主导性、独立性的评价指标表征地下水环境系统的驱动因子和状态响应，并构建各评价指标的健康等级标准，这一环节是联系地下水环境健康理论与实践的重要纽带。(4)现代理论与先进技术的应用。地下水环境健康的研究是在已经发展成熟的地下水科学理论与技术方法的基础上进行综合、系统的研究，因此，在开展地下水环境健康研究中，应该综合运用现代系统理论和空间数据综合采集技术、系统模拟预测技术和综合评价技术，以提高研究的实用性、科学性，也有利于推动地下水综合评价理论与方法的发展。

原标题：【前沿】地下水环境研究进展