水文地質學是專門研究地下水的，門科學。我國雖然對地下水認識和開發(fā)利用的歷史悠久，但真正運用科學理論與方法對地下水調查研究，開端于20世紀30年代。當時有地質學家在江西、河南及南京等地區(qū)作地下水的調查研究，并著有論文或報告。水文地質學作為地質科學領域內一門獨立的應用地質學科，是在新中國成立后，20世紀50年代才迅速發(fā)展起來的。

 

  縱觀我國水文地質的發(fā)展歷史，總體可分為四個時期：萌芽時期（20世紀前）；初始時期（1900 - 1950年），開始應用地質學的基本理論研究地下水；奠基時期(1950 - 1970年)，主要在蘇聯學術思想影響下，奠定作為獨立學科的水文地質學的理論基礎，也是區(qū)域水文地質學與農業(yè)水y-地質學的開創(chuàng)時期；成長時期（1970 - 2000年），是水資源水文地質學、城市水文地質學與環(huán)境水文地質學的發(fā)展時期。20世紀70年代以來，與西方國家之間的學術交流與國際合作日益頻繁，促使我國水文地質學迅速發(fā)展；特別是許多新理論、新技術的輸入，導致傳統水文地質學逐漸演化發(fā)展，進入現代水文地質學的新時期。對水文地質學作為獨立學科的奠基、開創(chuàng)、成長、發(fā)展各階段歷程，概述如下。

 

  （一）區(qū)域水文地質學的奠基、開創(chuàng)階段-20世紀50年代20世紀50年代，地質部成立以后，各省的水文地質專業(yè)隊伍和有關研究機構、地質院校等相繼建立，為開展水文地質普查和水文地質學的發(fā)展奠定和創(chuàng)造了必要條件。

 

  曾執(zhí)教于長春地質學院的蘇聯專家克里門托夫教授，結合講學編著的《水文地質學》、《水文地質學概論》、《普查與勘探水文地質學》、《地卜．水動力學》、《礦床水文地質學》等教材，是我國最早的一批水文地質專業(yè)教科書。蘇聯的新理論，還通過許多著名學者的著述不斷輸入中國。如朗格關于區(qū)域水文地質分區(qū)理論，卡明斯基關于地下水的滲流理論，普洛特尼}lⅡJ夫關于地卜．水儲量分類與評價，列別捷夫關于灌區(qū)地下水動態(tài)預測，以及奧弗琴尼柯夫關于礦水方面的專著等，這些對我國水文地質科學的發(fā)展，都產生了深遠的影響。

 

  20世紀50年代中期起，我國有計劃地在全國開展區(qū)域水文地質普查，推動了區(qū)域水文地質學的發(fā)展。1957年正式出版發(fā)行我國第一份《水文地質工程地質》刊物。1958年編制出版第一幅比例尺1：300萬中國水文地質圖和第一本專著《巾國區(qū)域水文地質概論》。1959年為紀念新中國成立10周年，出版了我國第一本利用本國資科編著的《實用水文地質學》。這一時期發(fā)表了許多有關中國水文地質分區(qū)、中國潛水分帶規(guī)律、中國的自流盆地，以及有關華北平原、松遼平原、關中平原、內蒙古高原、河西走廊、柴達木盆地、準噶爾盆地、塔里木盆地等的區(qū)域水文地質論文或專著。

 

  20世紀50年代堪稱我國區(qū)域水文地質學的奠基、開創(chuàng)時期。

 

  （二）農業(yè)水文地質學的開創(chuàng)階段-20世紀60年代20世紀60年代，隨著華北開展大規(guī)模的農業(yè)抗旱打井運動，開創(chuàng)r農業(yè)水文地質學時期。針財農田供水與鹽土改良兩項任務，開展了大量的調查研究，編制了大量圖件，為北方地區(qū)農業(yè)發(fā)展井灌、實行農田水利化，做L了重要貢獻。

 

  20世紀70 - 80年代，又進一步開展許多為發(fā)展農業(yè)服務的專題研究，如黃淮海平原旱、澇、鹽等自然災害綜合治理的研究，河南商丘地區(qū)潛水資源與人工調蓄的研究，河套平原和銀川平原關于水鹽均衡和鹽土治理的研究，以及河西走廊地下水合理開發(fā)利用的研究等，為農業(yè)水文地質學的發(fā)展奠定了基礎。

 

  土壤水研究是建立節(jié)水型農業(yè)、促進農業(yè)增產的關鍵。從20世紀70年代到80年代，許多均衡試驗場的建立以及負壓計、中子儀等新測試技術的引進，促進了包氣帶土壤水運移規(guī)律的研究。河南水文地質總站與有關部門合作，通過“四水”轉化關系的機理研究，對土壤水運移機理進行系統分析；并通過田間作物的觀測試驗，應用土壤水分運動通量法 和定位通量法，計算有植被條件下的降水入滲量、蒸發(fā)量以及其他有關數據，建立了 “四水”均衡模型。證明在“四水”相互轉化關系中，土壤水起著重要的調蓄作用與相互制約作用。這對充分發(fā)揮土壤水的功能、提高作物用水效率、建立節(jié)水型農業(yè)，具有重要 的實際意義。

 

  (三）環(huán)境水文地質學的開創(chuàng)、發(fā)展階段一~20世紀70年代環(huán)境水文地質學是結余地質科學、水文科學與環(huán)境科學之間的一門跨學科的綜合性邊緣學科。它運用地質學，水文地質學的基本理論和生態(tài)學的觀點，研究人類社會與水環(huán)境的關系：即專門研究在天然條件和人為活動的影響下，地下水質與量的變化，與人類的生活和生產發(fā)展的相互影響與相互制約的關系，并通過研究它們之間的內在聯系與演變規(guī)律，達到改善環(huán)境，消除有害作用的目的，使之有利于環(huán)境的方向發(fā)展。

 

  環(huán)境水文的地質學是20世界70~80年代的產物，具備現代科學的許多特征：系統科學，信息科學的基本理論，現代應用數學與電算技術，以及遙感，同位素等新科技的應用；環(huán)境水文地質學是一項復雜的系統工程，需應用系統理論的觀點與方法，納入系統工程的軌道進行研究。其研究范疇主要分為四個方面。

 

  1.區(qū)域環(huán)境水文地質的調查研究區(qū)域環(huán)境水文地質主要研究區(qū)域環(huán)境水文地質條件及其演變規(guī)律，綜合分析評價區(qū)域 H存在的各種環(huán)境水文地質問題，對區(qū)域環(huán)境質量做出綜合評價與趨勢預測，編制區(qū)域環(huán) 竟水文地質圖系或圖集，為環(huán)境規(guī)劃或國土整治提供科學依據。20世紀80年代我國完成 一許多重點經濟發(fā)展區(qū)或重要城市環(huán)境水文地質的綜合研究，如《京津唐地區(qū)主要環(huán)境水文地質問題及國土整治環(huán)境水文地質區(qū)劃》、《沿海主要城市水資源及地質環(huán)境評價》、《中國2000年城市地下水資源及環(huán)境地質問題預測研究》等著作，以及東北經濟區(qū)、華東經濟區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)完成的大量研究成果。北京、遼寧、黑龍江、內蒙古和寧夏等地區(qū) 仔別編制出版了《環(huán)境水文地質圖集》，都是具代表性的區(qū)域環(huán)境水文地質研究成果。

 

  2.污染環(huán)境水文地質的調查研究從20世紀60年代到70年代，許多大中城市開展了地下水污染現狀（包括污染源、 污染途徑、污染成分、污染程度、分布范圍等）及發(fā)展趨勢的調查研究。在此基礎上，20世紀80年代進一步開展了地下水污染機理（包括污染物的運移、累積、轉化與自凈過程，特別是污染物質的機械滲濾作用、物理化學吸附作用、離子交換作用、濃縮或稀釋凈 化作用以及放射性元素的衰變作用等）的研究，并逐漸開展趨勢預測、水質模型與優(yōu)化 閾控等方面的研究，取得很大進展。

 

  20世紀80年代，運用室內模擬結合野外現場試驗，完成了許多重要的研究成果。如《沈陽市地下水環(huán)境質量評價及污染質在包氣帶運移規(guī)律的試驗研究》、《上海市地下水砷污染機理研究》、《呼和浩特市硝酸鹽氮污染機理模擬試驗以及防治對策研究》等，均為污染機理研究方而的代表性成果。為了預測地下水污染發(fā)展趨勢，并進行合理控制，在常州、濟寧等城市，開展了水質模型研究。如《山東濟寧地下水質模組及其污染趨勢預測的試驗研究》，是有關水質模型研究方面的早期代表性成果。20世紀80年代后期，在石家莊、新鄉(xiāng)、平頂山等許多城市，都在建立水量模型的同時，建立溶質運移模擬模型，并在此難礎上，建立地下水管理模型。

 

  在基礎理論研究方面，20世紀80年代出版了不少重要的論著，如《地下水運移模型》、《地下水水質模型》和《地下水水質模型及管理程序集》等，為開展水質模擬和預測研究奠定了理論基礎。

 

  許多城市開展了地下水的環(huán)境質量評價，并巳逐漸由單項有害離子評價，進到綜合評價；由單項環(huán)境因素評價，進到綜合閑素評價；從現狀評價，發(fā)展到趨勢評價；由數理統計分析，發(fā)展到污染預測和建立水質數學模型。諸如綜合指數法、概率統計法以及聚類分析法（包模糊聚類法與系統聚類法）等各種評價方法，均已得到普遍應用。

 

  此外，在污染治理方面，對凈化污染土地處理系統的也取得了重要進展，如開封市污水土地處理研究，成功地進行了高濃度有機廢水處理的工程試驗。專著《污水快速滲 濾七地處理》，系統介紹了處理系統的原理、方法、設計原則、管理方式，以及國內外工程實例。《地下水污染模擬及污染的控制和處理》是國內第一本有關污染控制和處理力面的專著。在徐州、唐山等城市，用物理、化學等方法開展地下水六價鉻污染治理的試驗研究，取得了初步成功經驗。城市固體廢物填埋處理的環(huán)境水文地質研究，日益引起重視，并巳取得初步成果，也是城市地質重點研究課題之一。

 

  3.地下水資源開發(fā)的負環(huán)境效應調查研究地下水大量開采引起的各種負效,主要包括水景枯竭、海水人侵、地面沉降、巖溶塌陷，以及生態(tài)環(huán)境惡化等問題。其對人類社會造成的嚴重威脅（尤以城市地區(qū)更為突出），成為環(huán)境水文地質學研究的一個重要組成部分。20世紀80年代中期，我國專家參與國際水文汁劃（IHP)關于《水資源開發(fā)的負環(huán)境效應與管理》研究課題，并完成其中地下水部分，較系統全而地論述了各類負環(huán)境效應的形成機制、趨勢預測與防治措施，是一項具有典范件的研究成果，受到國際同行的好評。

 

  4.環(huán)境水文地球化學與醫(yī)學環(huán)境水文地質的調查研究20世紀80年代后期，地質部門分別在吉林省、第二松花江流域，以及長江中下游，廣泛開展了地下水化學背景值的調查研究，對地下水系統物質組分的運移、聚集、各層次元素的組合關系、平衡模式、動態(tài)變化及其地球化學特征，進行了深入分析；探討了水文地球化學環(huán)境與地方病、土壤鹽漬化與天然礦水的形成關系，并應用背景值對地下水環(huán)境質量進行了全面評價。

 

  醫(yī)學環(huán)境水文地質是在水文地球化學的某礎上，與醫(yī)學及環(huán)境科學相結合而形成的一門新的邊緣學科。水文地球化學是水文地質學的一門重要基礎學科，它與環(huán)境地學、環(huán)境醫(yī)學、環(huán)境生態(tài)學相互滲透，形成環(huán)境水文地球化學。對水文地球化學壞境與人體健康關系的研究，成為醫(yī)學環(huán)境水文地球化學，或醫(yī)學環(huán)境水義地質學，并已初步建立它的理論體系。

 

  我國于20世紀60年代起，就對分布較廣的各種地方病（如克山病、大骨節(jié)病、高氟病、地甲病等）廣泛開展了關于病因及其環(huán)境水文地球化學背景的調查研究，深入分析與病因有關的微量元素或化學成分的遷移、聚集規(guī)律，及其對人體生理的影響。經過多年研究發(fā)現，如東北分布較廣的克山病，其病區(qū)主要處于低礦化、酸性軟水的水文地球化學環(huán)境，腐殖酸含量普遍偏高，而硒含量明顯偏低。其病因雖尚不完全清楚，但采取改水防治，已取得明顯效果，說明病因與水質密切相關。近年來對高氟病、地甲病、伽師病等的致病因素、演變機理與防治措施，都進行了深入研究，取得重要進展；而且已將研究范圍擴大到癌癥和心、腦血管系統疾病，特別是在癌癥研究方面有所突破。在研究方法方面，應用回歸分析、聚類分析等數理統計方法，取得較好效果。1991年出版的專著《醫(yī)學環(huán)境地球化學》，系統闡明了醫(yī)學環(huán)境地球化學的基礎理論，詳細分析了有關元素的生物地球化學作用與地方疾病的相互關系，反映了國內外有關醫(yī)學環(huán)境地球化學研究的最新進展。

 

  在江西鄱陽湖地區(qū)，通過地下水環(huán)境背景值的調查，對38項元素或離子的含量、分布，與10種癌癥死亡率之間的相互關系，進行詳細統計分析；把地下水化學成分與癌癥的相關性，劃分為正相關、負相關和混合型三類，每一類又按顯著程度劃分若干亞類，提出了影響系數的新概念。

 

  科學出版社出版了《中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集》。若干地方病比較嚴重的省、自治區(qū)（如內蒙古自治區(qū)、甘肅省、吉林省、云南省等）也分別出版了本地區(qū)相應的地方病環(huán)境圖集，較系統地反映水文地質環(huán)境與地甲病、高氟病、克山病、大骨節(jié)病等幾種主要地方病的相互關系。

 

  隨著礦泉水飲料業(yè)的興起，在水文地球化學領域內，更加關注對礦泉水的研究，出版了《中國礦泉》、《飲用天然礦泉水研究》、《水文地質技術方法》第20輯(1989)，《礦泉水評價與合理開發(fā)利用》等論著，推動了礦泉水研究的發(fā)展。

 

  當前國際上十分關注的全球性氣候變化對水資源和生態(tài)環(huán)境的影響，以及“溫室效應”引起的海平面上升對沿海地區(qū)水環(huán)境和地質環(huán)境的影響，都是當前和今后需要開展研究的新課題。

 

  （四）水資源水文地質學的開創(chuàng)階段-20世紀80年代在地下水資源研究方面，從20世紀80年代以來，由于地下水系統理論、非穩(wěn)定流理論的輸入，以數值解或解析解為代表的現代應用數學以及計算機系統的廣泛應用，使地下水資源的研究發(fā)生了根本性的變化，把重點從傳統研究方法轉到模型研究方面。計算方法上發(fā)生了巨大變革，其研究范疇也由單純研究地下水系統與自然環(huán)境系統之間的相互關系，擴大到研究其與社會經濟系統的相互關系。

 

  地礦部地質環(huán)境管理司1989年出版的《中國典型水源地勘察實例匯編》和1991年出版的《中國2000年城市地下水資源及環(huán)境地質問題預測研究》，全面總結了各類地下水水源地勘察方法與資源評價的重要經驗和城市環(huán)境水文地質研究的重要成果，是我國水源地勘察工作與城市水資源與環(huán)境水文地質研究的初步總結。

 

  對地下水資源的研究，實際上包括從水資源評價到水資源管理與保護的全過程，已逐漸形成一門獨立的分支學科，可稱之為水資源水文地質學。

 

  自20世紀70年代以來，由于應用數學和地下水動力學的相互滲透，以及電算技術的推廣和應用，大大豐富和突破了傳統水文地質學的內容，使水文地質學從定性研究發(fā)展到定量研究的新階段。地下水資源計算的基本理論，從穩(wěn)定流發(fā)展到非穩(wěn)定流，從二維流發(fā)展到三維流，從一般均衡法、比擬法進到解析解、數值解。有限單元或有限差分法、相關分析法以及解析解法等，在地下水資源評價中均得到普遍應用。因而不論在理論上和具體計算技術上，都較以前提高到了一個新的水平。

 

  20世紀80年代出版的《中國干旱半干旱地區(qū)地下水資源評價》，匯集了20世紀70到80年代北方各地區(qū)區(qū)域地下水資源評價的研究成果，基本反映了我國20世紀80年代在這一領域的理論水平。它根據不同地區(qū)與不同條件，采用了各類不同的數學模型。如商丘在人工調蓄條件下，建立多年均衡法與有限元法結合的數學模型；石羊河流域則根據地下水動態(tài)演變規(guī)律，應用不規(guī)格有限差分法建立的數學模型，以及黃土層飽和與非飽和地下水的聯合數學模型等。不少有關地下水資源評價與計算法的論著，先后在國內出版，如《地下水資源評價》、《水文地質統計的隨機模擬》、《地下水流數值模擬》、《地下水運動與資源評價》、《地下水系統規(guī)劃與管理優(yōu)化模型》，以及《地下水非穩(wěn)定流滲流解析法》等，為我國地下水資源評價研究奠定了理論基礎。

 

  20世紀80年代后期地下水資源研究的一個重要標志，是把主要目標逐漸轉向管理模型的研究，即研究如何合理開發(fā)、利用、調控和保護地下水資源，使之趨于對人類生活與生產最有利狀態(tài)。因此它不僅涉及水文地質學的各個領域，而且涉及與地下水開發(fā)活動有關的自然環(huán)境、社會環(huán)境和技術經濟環(huán)境等各方面的問題；通過數學模型和最優(yōu)化技術，建立地下水管理模型，實現管理目標。

 

  《石家莊市地F水資源科學管理研究》是我國較早完成的具有代表性的關于管理模型的研究成果。它按照系統化、模型化、最優(yōu)化的總體構思，以水文地質模型為基礎，把水量模型、水質模型和優(yōu)化模型融合為一體，從而為控制石家莊市地下水降落漏斗的發(fā)展、防治地下水水質惡化，提供了切實可行的綜合治理決策方案。

 

  在北京、西安、沈陽、新鄉(xiāng)、平頂山等許多城市，都開展了管理模型的研究。根據不同目標與不同要求，分別建立了以城市供水為目標的水資源管理模型，包括水質控制改良和環(huán)境生態(tài)改善的管理模型、水質水量聯合管理模型、水量調配和供排結合的管理模型，地表水、地下水聯合調度模型，以及全流域為工農業(yè)和生活用水優(yōu)化分配的規(guī)劃管理模型等。20世紀90年代出版的《地下水管理》、《實用地下水管理模型》以及《地下水資源管理》等專著，都是有關管理模型研究的重要成果。

 

  近一二十年來，地下水動力學結合水資源計算，吸取現代應用數學的基本內容，發(fā)展成數學水文地質學。數學水文地質學主要包括地下水流數值模擬、水文地質統計和隨機模擬、非穩(wěn)定流解析法等方面，也分別向獨立分支學科發(fā)展。

 

  地下水系統理論的引入，對水資源的研究產生了重大影響；地下水模型研究，已成為水資源研究的主要內容。

 

  （五）信息水文地質學的開創(chuàng)階段——20世紀90年代為保證提供建立模型所需要的大量水文地質信息，必須建立相應的信息-檢索系統和數據庫。通過近年來對數據管理系統的研究，河南環(huán)境水文地質總站已先后開發(fā)了“河南省地下水資源數據管理系統”和“地下水均衡試驗觀測數據處理系統”，均已正常運行；山西環(huán)境水文地質總站建立了“山西地下水動態(tài)數據庫(GWD)管理系統”，不僅 可對動態(tài)資料進行輸入、修改、查詢、統計、打印報表、繪制圖形，而且具有多種數據處理功能。在許多城市（如秦皇島、石家莊、新鄉(xiāng)等），也都分別建立了相應的數據庫與數據管理系統。

 

  信息系統的研究已成為水資源研究不可缺少的重要內容之一。主要包括數據管理系統、動態(tài)監(jiān)測信息系統、遙感信息系統、專家決策系統的開發(fā)以及三維地理信息系統在模型研究中的應用等，已逐漸向信息水文地質學的方向發(fā)展。

 

  國土資源部全國地質環(huán)境監(jiān)測總站建立了全國水文地質信息數據庫系統。各省、市、自治區(qū)分別建立省級的數據庫中心，監(jiān)測數據與圖形數據已在網上運行。數據庫系統主要包括地下水動態(tài)監(jiān)測、水文地質鉆孔、地下水資源監(jiān)測、地下水環(huán)境監(jiān)測、地沉地裂監(jiān)測等各種信息數據庫，以及海水入侵監(jiān)測數據庫等，為實現全國地下水資源的宏觀管理，提供了基本條件。

 

  在信息系統研究的基礎上，國內正在開展關于城市水資源環(huán)境管理專家決策系統的研究。專家系統是人工智能研究領域中的重要研究方向之一。通過對信息數據庫、知識庫、推理解釋系統和知識獲取的研究，可以建立通用的城市水資源-環(huán)境管理專家決策系統，從而將水資源-環(huán)境管理這一復雜系統工程微機化、自動化，為城市水資源業(yè)務管理部門提供操作方便的技術工具。不僅可對水資源狀態(tài)進行實時分析、過程模擬和信息輸出，還可對水資源管理實現最佳決策選擇。

 

  在3S技術的應用中，地理信息系統(GIS)已成為研究地下水資源信息系統的最有效的工具，并在地下水研究中具有廣泛的用途。例如建立空間數據庫，建立網格專題層和進行空間疊加、識別模型，進行地下水監(jiān)測網設計和動態(tài)預測，以及編制各種水文地質圖件，等等。

 

  GIS強大的數據管理功能與分析計算功能，為地下水的定量研究提供了有力的支持。地理信息系統的開發(fā)，將使地下水資源管理朝決策支持系統(DSS)、人工智能(AI)及專家系統(ES)方向開拓發(fā)展。河南鄭州市和遼寧大連市，是我國最早開展此類工作的兩個城市，20世紀90年代先后完成城市地下水資源一環(huán)境管理專家決策支持系統的研究，為提高城市水資源管理水平和決策效率，實現決策管理的現代化和科學化，提供了有效方法和正確途徑，在國內發(fā)揮了重要示范作用。

 

  除此以外，從20世紀80年代到90年代，許多正在開拓中的新領域，也取得了不少重要成果。如油田水文地質方面完成“油田古水文地質與水文地球化學”的研究；在地震水文地質方面，完成專著《地震流體地質學概論》；在地下水動態(tài)與觀測網研究方面，完成《地下水動態(tài)及其預測》、《地下水觀測網優(yōu)化設計的理論與方法》等專著；在人工補給研究方面，出版了《黃淮海平原地下水人工補給》；在地熱和溫泉研究方面，出版了《中國溫泉資源》、《中國地熱資源》、《中低溫對流型地熱系統》等專著。以上所列專著大部分都是經過長期研究而完成的具有總結性的研究成果。

 

  在上述發(fā)展過程中，特別是近年來，新技術、新方法（計算機技術、遙感技術、同位素技術、自動監(jiān)測技術、室內模擬技術及有關水質分析技術等）的普遍應用，尤其是地理信息系統的廣泛應用，對推動我國水文地質學及其新的分支學科的產生和發(fā)展，發(fā)揮了重要作用。