水文地质学简要

                                               （测绘英才网新闻部）
　　尽管 19 世纪已开始使用水文地质学一词，但到 20 世纪初科学家 Mead 才给出这个术
语一个广泛的含义：水文地质学是研究地表以下水的发生与运动。20 世纪 50 年代末期到
80 年代早期这将近 30 年的时间里，水文地质学一下子成熟了，成为地球科学羽翼丰满的
一员。1960 年之前，水文地质学主要是地质学家的领域，作为一个自然科学家，对于控
制地下水流动的因素和规律，毫无兴趣或者知之甚少，任凭差分方程式去加以描述。另一

“

” “

方面，工程师在估算井的单位出水量和总出水量时，只顾得计算，处于岩层 透水 和 不

”

 

透水 之间的灰域之中，无所适从。　　久远以前直到 20 世纪 50 年代，两种分叉的、几乎
完全独立的方法，各不相关地沿着平行的路径研究着地下水；一边被科学家好奇心所驱
使；另一边受到工程师务实精神的推动。两个分支的演变在时间上也可以分为两个阶段：
以理论与假说的定量表述，以及数学上的严格推导为其分界（图 1

 

）。 　　17 世纪处在

“

” “

”

自然科学分支 的 猜想 阶段，关于泉的成因以及水循环，出现了首批记录在案的问题

与解答。伟大的思想家们，从公元前 8 世纪的荷马开始，包括亚里士多德、泰勒斯
（Thales）、柏拉图，甚至笛卡儿和开普勒（17 世纪）都曾猜想：泉水来源于海洋中挤榨
出来的水，或者是在洞穴中冷凝而成的；而雨水不足以保持河水流量。然而，在另一个阵
营中，波尔洛（Marcus Vitruvius Pollo）认为，泉来源于入渗的雨水，这一看法受到文奇
（Leonardo da Vinci）和帕利西（Bernard Palissy，16 世纪）的支持。定量水文观测始于 17
世纪，佩罗（Pierre Perrault，1608-1680）在塞纳河盆地测量了 3 年降水量，得出降水量
是河流流量的 6 倍。马利奥特（Mariotte，1620-1684）验证了佩罗的观测结果，而哈雷
（Halley，1656-1742）证明了注入地中海径流的不足部分消耗于蒸发。梅瑟利（ La 
Metherie，1791）开始测量岩石的渗透性，将入渗水区分为地表径流和深部储存，于是，

 

水均衡的初步概念形成了。　　尽管第一个自流井是 1126 年在法国阿图瓦（Artois）成井
的，但是，关于自流现象的第一个有记录的解释出现于 17 世纪，卡西尼（Cassini）和瓦
里斯内利（Vallisnieri）都正确地指出：承压含水层的高水压是产生自流的原因。进一步试
图将概念精确化的结果是，强化了绝对隔水性的观念，然而，对广泛分布的区域性含水
层和隔水层的研究，很可能因而形成了地下水盆地的概念，在这方面，最基础同时也是

“

”

最有影响的著作，则是赫伯特的 地下水运动理论 （M.King Hubbert，1940）。19 世纪后
期 到 20 世 纪 初 ， 开 始 了 并 非 出 于 实 用 目 的 的 地 下 水 化 学 研 究 ， 着 重 于 分 类
（Palmer，Scholler）及化学成分演变的影响因素分析（Chebotarev，Scholler，Back）。 
“

”

工程学科分支 的第一阶段，时间从很早前到 1856 年，主要着力于发展经验性实用方法

技术，构建集取地下水的设施，以及从泉、井、坎儿井，以及其它水源提升输送地下水。第

“

”

二阶段是 定量评价 阶段，以 1856 年达西定律的发表为标志。达西方程触发了根据地下
水位变动预测井的出水量的兴趣；随之而来的是一系列人们熟知的计算公式：裘布依、泰
斯、雅可布、温泽尔（Wenzel）等，讨论的全是地下水位和理想承压含水层的定量预测。 
20 世纪 50 年代晚期到 60 年代早期，也许是由于偶然的巧合，也许是由于下意识地交流

——

渗透，绝对隔水性的观念受到来自两个分支的强烈质疑

工程师们从评价含水层和井

的出水量出发产生疑问，而地质学家在研究盆地地下水流动时发现了问题。雅可布、汉图
斯、诺曼（Neuman）、威瑟斯庞等，引入并发展了越流含水层的概念，并将其扩展到盆地

“

”

“

尺度的含水层系。自然科学分支这边，托特的均质的 统一盆地 被弗里泽和威瑟斯庞 非

”

均质化 了，通过数值模拟，揭示了不同形态、不同规模含水岩系的基本流动型式。两方面
共同的最终结论是，岩体存在水力连续性。基于岩体存在水力连续性的结论，很快人们就
认识到，存在着时空尺度差别很大的流动系统，而每个系统具有自己的作用过程与伴随