北京水文地質(zhì)工作回顧與展望

呂曉儉（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195）

北京水文地質(zhì)工作回顧與展望

呂曉儉
（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195）

北京市水文隊和勘察院是原地礦部為解決首都供水問題而成立的一支專門從事地下水勘查的地質(zhì)隊伍。60多年來，做了大量的水文地質(zhì)工作，為首都的城鄉(xiāng)供水和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。本文簡要介紹了北京地區(qū)水文地質(zhì)工作的發(fā)展過程，總結(jié)了水文地質(zhì)工作的特點，提出了未來的發(fā)展方向。

1　發(fā)展階段的劃分

（1）萌芽階段

系統(tǒng)的水文地質(zhì)工作是新中國成立后開始的。1955年，原地礦部在北京成立了水文地質(zhì)工程地質(zhì)901隊（現(xiàn)為北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊和北京市地質(zhì)工程勘察院），正式啟動了北京地區(qū)的水文地質(zhì)工程地質(zhì)工作。隨著北京城市發(fā)展和城市建設(shè)對地下水的需求不斷增加，極大地刺激了人們對水文地質(zhì)學(xué)的研究，開展了以水文地質(zhì)普查為主的區(qū)域性水文地質(zhì)調(diào)查工作，同時進(jìn)行了城市供水勘查和農(nóng)田供水勘查。由于那時對地下水的認(rèn)識并不是很深，當(dāng)時大多數(shù)人認(rèn)為水是取之不盡、用之不竭的，成果報告多以定性、描述性為主，如北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)綜合勘測（普查）等。至1962年前基本完成了北京市12個區(qū)縣水文地質(zhì)普查工作，為首都經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了區(qū)域水文地質(zhì)資料。

（2）奠基階段

70年代，水文地質(zhì)工作經(jīng)歷了城鎮(zhèn)供水、農(nóng)田供水水文地質(zhì)勘察，還包括工業(yè)性的專門水文地質(zhì)勘察以及地下水人工回灌。在此期間，引進(jìn)了泰斯公式和非穩(wěn)定流理論和方法，在地下水開采方面，大家開始認(rèn)識到地下水資源是有限的，開始注重地下水資源的評價，通過發(fā)現(xiàn)由于地下水開采不當(dāng)，造成了地面沉降、含水層枯竭、地下水污染等地質(zhì)環(huán)境問題。開始認(rèn)識到開采地下水需要在收集、分析地下水?dāng)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理規(guī)劃和科學(xué)管理。該階段的勘察成果主要有第三水廠、第八水廠集中供水水源地勘查以及密懷順平原區(qū)開展1：5萬城市供水勘察等。

（3）成長階段

80年代后，地質(zhì)學(xué)在地下水調(diào)查中的應(yīng)用不斷深化，包括地球化學(xué)，地球物理方法和設(shè)備日趨成熟和完善，水文地質(zhì)學(xué)融合了地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科研究成果，定量分析、預(yù)測方法快速發(fā)展，先后做了很多試驗?zāi)Ｐ?，包括實體模擬方法和氣體分析方法。地下水資源評價從早期的定量計算發(fā)展到系統(tǒng)分析、數(shù)值分析。該階段的工作主要為水源地的供水水文地質(zhì)勘查、地下水資源評價任務(wù)。到90年代初提出了應(yīng)急水源地的概念，例如通州龍旺莊應(yīng)急水源地勘查等，進(jìn)行了地下水超采區(qū)劃分和地下水庫研究等工作。

（4）持續(xù)發(fā)展階段

2000年后，隨著北京城市經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)發(fā)展，人們對地下水的數(shù)量和質(zhì)量的要求越來越高，對生態(tài)環(huán)境的改善和保護(hù)意識也越來越強(qiáng)。這一階段水工環(huán)地質(zhì)工作從過去的以資源為主轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源環(huán)境并重。近年來，地下水的生態(tài)作用更加得到關(guān)注。在地下水監(jiān)測方面建設(shè)完善了平原區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，在地質(zhì)災(zāi)害方面建立了地面沉降監(jiān)測網(wǎng)，在能源方面建立了淺層地溫能監(jiān)測網(wǎng)。在地下水資源評價方面，啟動了首都地區(qū)地下水環(huán)境調(diào)查評價、地下水污染調(diào)查、巖溶水勘查、地下水庫建設(shè)前期勘查等，工作范圍甚至跨越了北京行政界限。這一階段主要以含水層系統(tǒng)、水文系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)為主要單元，面對的問題由局部問題轉(zhuǎn)變?yōu)槿中詥栴}，由當(dāng)前問題轉(zhuǎn)變?yōu)殚L遠(yuǎn)問題和可持續(xù)發(fā)展的問題，生態(tài)學(xué)、微生物學(xué)、土壤學(xué)等學(xué)科也在不斷交叉、滲透，成為水文地質(zhì)研究的重要特點，地理信息技術(shù)、遙感技術(shù)、同位素技術(shù)在水文地質(zhì)工作中的應(yīng)用和發(fā)展更加迅速，而且日趨成熟。

2　水文地質(zhì)工作特點

從水文地質(zhì)工作發(fā)展的整個過程來看，北京地區(qū)的水文地質(zhì)工作主要有4個特點。

（1）經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展對地下水資源和健康生態(tài)環(huán)境的需求，是水文地質(zhì)工作不斷向前推動的主要驅(qū)動力。19世紀(jì)之前，一些學(xué)者純粹出于對自然的好奇，對水文地質(zhì)的一些現(xiàn)象做了零星的研究和探討。真正有意識系統(tǒng)的研究地下水是在人類經(jīng)濟(jì)活動日益持續(xù)擴(kuò)大的刺激下，開始延伸和深化。隨著人類活動范圍的擴(kuò)大，對資源的開發(fā)強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，水文地質(zhì)學(xué)的理論從觀察和解釋水循環(huán)現(xiàn)象開始，先后提出了地下水穩(wěn)定流理論、地下水非穩(wěn)定流理論、地下水系統(tǒng)理論、地下水模型理論、地下水信息系統(tǒng)理論，農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學(xué)、城市水文地質(zhì)學(xué)、污染水文地質(zhì)學(xué)等各種專門水文地質(zhì)學(xué)學(xué)科，實際上是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展推動了水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展。

（2）為經(jīng)濟(jì)社會提供可持續(xù)利用的地下水資源一直是水文地質(zhì)工作的重要內(nèi)容。地下水支撐了北京城市的發(fā)展，如果沒有地下水的支撐，北京城市就發(fā)展不到今天。北京城市供水中地下水供水比例一直維持在總供水量的50%～60%。正是由于地下水不易受到污染，而且含有一些對人體有益的礦物質(zhì)，加上具有巨大的調(diào)蓄能力，所以地下水在城市供水中一直占有較高比重，大家還是非常喜歡喝地下水，這點是可以肯定的。為了滿足人們對地下水資源的需求，對地下水資源進(jìn)行評價，歷來是水文地質(zhì)工作重要內(nèi)容之一。評價初期，地下水資源主要是評價自流井的出水量，后來對水井出水量的定量評價，產(chǎn)生了穩(wěn)定流理論和非穩(wěn)定流理論。隨著地下水開發(fā)利用程度的提高，人們普遍采用均衡法對區(qū)域地下水進(jìn)行定量評價，特別是出現(xiàn)了地下水開采造成的地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題以后，開始采用更精確的數(shù)值模擬方法評價地下水，對地下水科學(xué)開發(fā)提出優(yōu)化方案。

（3）水文地質(zhì)工作是從找水起步，從以資源為主，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐再Y源環(huán)境生態(tài)并重。近些年北京啟動了許多項目，包括水質(zhì)調(diào)查、監(jiān)測，查明了地下水質(zhì)的變化，包括污染的機(jī)理研究，地下水污染治理的對策，隨著人們對生態(tài)環(huán)境要求的提高，水文地質(zhì)工作者也開始調(diào)查地下水對生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)作用，開展對有毒物質(zhì)進(jìn)行隔離的地質(zhì)條件研究工作。

（4）水文地質(zhì)工作不僅是野外調(diào)查，還有堅實的理論支撐。水文地質(zhì)學(xué)的理論與水文地質(zhì)調(diào)查技術(shù)是充分吸收和借鑒了其他學(xué)科的研究成果，在此基礎(chǔ)上，發(fā)展和完善的，也就是說地下水系統(tǒng)的定量研究充分吸取了現(xiàn)代物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、系統(tǒng)論、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等學(xué)科的最新成果，形成了一門全新獨立的、以地下水系統(tǒng)為主要研究對象的邊緣學(xué)科。

3　展望未來

結(jié)合京津冀協(xié)同發(fā)展，從9個方面提出未來水文地質(zhì)工作的發(fā)展方向。

一是圍繞京津冀協(xié)同的國家戰(zhàn)略發(fā)展需求，聯(lián)合開展水文地質(zhì)調(diào)查。按照生態(tài)文明建設(shè)和京津冀協(xié)同發(fā)展的規(guī)劃要求，地下水資源環(huán)境的基礎(chǔ)工作需要進(jìn)一步加強(qiáng)，亟需聯(lián)合開展京津冀地區(qū)1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查和地下水資源精細(xì)化評價，摸清地下水資源供給能力和安全保障條件。

二是完善地下水監(jiān)測系統(tǒng)，提高精細(xì)化管理水平。在整合優(yōu)化現(xiàn)有地下水監(jiān)測設(shè)施的基礎(chǔ)上，建設(shè)覆蓋全市乃至京津冀地區(qū)的地下水監(jiān)測系統(tǒng)，為京津冀水資源統(tǒng)一調(diào)配管理和提高水資源精細(xì)化管理水平提供基礎(chǔ)支撐。

三是強(qiáng)化地下水基礎(chǔ)研究，建立預(yù)測預(yù)警機(jī)制。開展地下水補(bǔ)給循環(huán)規(guī)律、污染運(yùn)移規(guī)律研究，選擇典型地區(qū)實施地下水污染修復(fù)示范工程。 開展超量開采地下水引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)環(huán)境問題的科學(xué)研究，科學(xué)制定以地面沉降為約束條件的地下水分層壓采方案，建立各種地質(zhì)隱患對城市基礎(chǔ)設(shè)施安全和生態(tài)環(huán)境危害作用的預(yù)測預(yù)警機(jī)制。

四是加強(qiáng)地面沉降和地裂縫監(jiān)測，強(qiáng)化防災(zāi)減災(zāi)能力。進(jìn)一步完善區(qū)域地面沉降監(jiān)測網(wǎng)，逐步實現(xiàn)沉降區(qū)的全覆蓋，對規(guī)劃新城、北京新航城、城鐵、高鐵等重大工程和重點項目，建立監(jiān)測系統(tǒng)專網(wǎng)，提高監(jiān)測精度，形成滿足防控管理的監(jiān)測體系。

五是加大地下水涵養(yǎng)力度，建立地下水資源儲備制度。采取有序壓采和人工回補(bǔ)相結(jié)合等多種措施，實現(xiàn)地下水位穩(wěn)步回升。積極推動地表水、地下水聯(lián)合調(diào)蓄，優(yōu)化調(diào)整地下水開采布局，增強(qiáng)地下水資源戰(zhàn)略儲備，建立“水銀行”，保障非常時期的用水需要。

六是建立地下水資源定期評估機(jī)制，每3～5年開展一輪北京市地下水資源環(huán)境調(diào)查評價，適時掌握地下水資源環(huán)境狀況及變化趨勢，建立地下水動態(tài)評價平臺，加強(qiáng)預(yù)警能力建設(shè)。

七是加強(qiáng)地下水?dāng)?shù)值模擬研究。對于復(fù)雜地下水系統(tǒng)，如裂隙巖石中水流問題、巖溶地區(qū)大孔隙流問題、多重介質(zhì)問題等等，均需要研究新的數(shù)值模擬方法。

八是加強(qiáng)生態(tài)水文地質(zhì)工作。借助生態(tài)學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)的研究方法，融合兩個學(xué)科的研究成果，在保持生態(tài)多樣性的基礎(chǔ)上維持地下水水量和水質(zhì)的均衡，預(yù)測地下水水文過程對生態(tài)環(huán)境的影響效應(yīng)，實現(xiàn)地下水資源環(huán)境的保護(hù)與開發(fā)。

九是加強(qiáng)地下水信息化與標(biāo)準(zhǔn)化工作。按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，建立分布式的地下水監(jiān)測信息采集、傳輸、管理、分析和共享一體化工作平臺，形成高標(biāo)準(zhǔn)的地下水信息采集系統(tǒng)，建立完善地下水監(jiān)測信息傳輸系統(tǒng)和地下水資源管理系統(tǒng)。

4　結(jié)語

水文地質(zhì)工作是北京城市地質(zhì)工作的重要組成部分，當(dāng)前北京的水文地質(zhì)工作正處在改革發(fā)展的關(guān)鍵時期，既面臨難得的發(fā)展機(jī)遇，也面對著復(fù)雜的挑戰(zhàn)局面。在北京水文地質(zhì)工作步入常態(tài)化規(guī)劃發(fā)展的關(guān)鍵時期，需要及時調(diào)整發(fā)展思路，描繪出未來發(fā)展的宏偉藍(lán)圖。要樹立領(lǐng)域多元化、服務(wù)信息化、研究全球化的大地質(zhì)觀、大資源觀和大生態(tài)觀的“三觀”理念，為首都的生態(tài)文明建設(shè)提供全方位的支撐服務(wù)。

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.01.001