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中國學科發展戰略·水文地質學 版權信息
- ISBN：9787030694508
- 條形碼：9787030694508 ; 978-7-03-069450-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
中國學科發展戰略·水文地質學 內容簡介
《中國學科發展戰略·水文地質學》在系統梳理國內外水文地質學科發展歷程和明確科學意義的基礎上,分析了水文地質學科的戰略地位和戰略價值;系統總結了地下水流、地下水水質、生態水文地質等水文地質學重要領域的研究現狀和發展趨勢,進一步明晰了上述領域的科學意義與戰略價值、關鍵科學問題和優先發展方向;在凝練和把握重要的學術方向基礎上,結合國家重大需求和我國特有的水文地質條件,從戰略高度提出了推動我國水文地質學科發展的資助機制和政策建議。上述研究成果對于進一步提高我國地下水資源開發利用和保護水平,提升我國水文地質學科的靠前學術影響力將起到學術引領和政策驅動的積極推動作用。 本書適合戰略和管理專家、相關領域的高等院校師生、研究機構的研究人員閱讀,是科技工作者洞悉學科發展規律、把握前沿領域和重點方向的重要指南,也是科技管理部門重要的決策參考,同時也是社會公眾了解水文地質學學科發展現狀及趨勢的非常不錯讀本。
中國學科發展戰略·水文地質學 目錄
目錄
總序 i
前言 v
摘要 ix
Abstract xiii
**章 學科發展任務和戰略價值 1
**節 學科發展與科學意義 1
第二節 水文地質學的戰略作用和戰略價值 3
一、國際組織和國家戰略規劃及研究報告 4
二、文獻計量分析 13
參考文獻 18
第二章 地下水流 19
**節 地球關鍵帶中的地下水流 19
一、科學意義與戰略價值 21
二、關鍵科學問題 23
三、優先發展方向 25
第二節 典型地球關鍵帶中的地下水流過程 26
一、濱海區地球關鍵帶地下水流過程 26
二、平原區地球關鍵帶地下水流過程 29
三、基巖山區地球關鍵帶地下水流過程 32
四、巖溶區地球關鍵帶地下水流過程 34
五、旱區地球關鍵帶地下水流過程 37
六、寒區地球關鍵帶地下水流過程 41
第三節 地下水非達西滲流 44
一、科學意義與戰略價值 45
二、關鍵科學問題 46
三、優先發展方向 54
第四節 地下水多相流 56
一、科學意義與戰略價值 56
二、關鍵科學問題 57
三、優先發展方向 62
第五節 地下水與地質災害 72
一、科學意義與戰略價值 72
二、關鍵科學問題 75
三、優先發展方向 78
參考文獻 80
第三章 地下水水質 92
**節 劣質地下水成因 93
一、科學意義與戰略價值 93
二、關鍵科學問題 93
三、優先發展方向 97
第二節 地下水污染過程 100
一、科學意義與戰略價值 100
二、關鍵科學問題 101
三、優先發展方向 103
第三節 污染場地修復機理 107
一、科學意義與戰略價值 107
二、關鍵科學問題 107
三、優先發展方向 111
第四節 地下水水質研究方法 118
一、地下水水質監測與測試技術 118
二、溶質運移模擬和水文地球化學模擬技術 122
三、溫度示蹤技術 125
四、環境同位素示蹤技術 129
五、地質微生物技術 132
六、地下水人工示蹤技術 135
參考文獻 139
第四章 生態水文地質 151
**節 地下水與濕地保護 152
一、科學意義與戰略價值 152
二、關鍵科學問題 153
三、優先發展方向 157
第二節 地下水與陸地植被 158
一、科學意義與戰略價值 158
二、關鍵科學問題 159
三、優先發展方向 170
第三節 地表水-地下水相互作用及其生態效應 171
一、科學意義與戰略價值 171
二、關鍵科學問題 171
三、優先發展方向 178
第四節 含水層生態系統 179
一、科學意義與戰略價值 179
二、關鍵科學問題 179
三、優先發展方向 185
第五節 巖溶生態水文地質 186
一、科學意義與戰略價值 186
二、關鍵科學問題 188
三、優先發展方向 190
參考文獻 192
第五章 資助機制與政策建議 200
**節 建設水文地質國家科技創新基地 201
第二節 組織實施重大項目和國際合作 202
第三節 加強地下水資源與環境觀測-數據共享系統建設 204
一、國內外地下水監測和數據共享情況 204
二、地下水資源與環境監測-數據共享系統建設建議 208
第四節 加強人才培養和科普教育 210
一、提升水文地質高層次人才培養質量 210
二、重視并加強水文地質科普 212
參考文獻 217
關鍵詞索引 218
總序 i
前言 v
摘要 ix
Abstract xiii
**章 學科發展任務和戰略價值 1
**節 學科發展與科學意義 1
第二節 水文地質學的戰略作用和戰略價值 3
一、國際組織和國家戰略規劃及研究報告 4
二、文獻計量分析 13
參考文獻 18
第二章 地下水流 19
**節 地球關鍵帶中的地下水流 19
一、科學意義與戰略價值 21
二、關鍵科學問題 23
三、優先發展方向 25
第二節 典型地球關鍵帶中的地下水流過程 26
一、濱海區地球關鍵帶地下水流過程 26
二、平原區地球關鍵帶地下水流過程 29
三、基巖山區地球關鍵帶地下水流過程 32
四、巖溶區地球關鍵帶地下水流過程 34
五、旱區地球關鍵帶地下水流過程 37
六、寒區地球關鍵帶地下水流過程 41
第三節 地下水非達西滲流 44
一、科學意義與戰略價值 45
二、關鍵科學問題 46
三、優先發展方向 54
第四節 地下水多相流 56
一、科學意義與戰略價值 56
二、關鍵科學問題 57
三、優先發展方向 62
第五節 地下水與地質災害 72
一、科學意義與戰略價值 72
二、關鍵科學問題 75
三、優先發展方向 78
參考文獻 80
第三章 地下水水質 92
**節 劣質地下水成因 93
一、科學意義與戰略價值 93
二、關鍵科學問題 93
三、優先發展方向 97
第二節 地下水污染過程 100
一、科學意義與戰略價值 100
二、關鍵科學問題 101
三、優先發展方向 103
第三節 污染場地修復機理 107
一、科學意義與戰略價值 107
二、關鍵科學問題 107
三、優先發展方向 111
第四節 地下水水質研究方法 118
一、地下水水質監測與測試技術 118
二、溶質運移模擬和水文地球化學模擬技術 122
三、溫度示蹤技術 125
四、環境同位素示蹤技術 129
五、地質微生物技術 132
六、地下水人工示蹤技術 135
參考文獻 139
第四章 生態水文地質 151
**節 地下水與濕地保護 152
一、科學意義與戰略價值 152
二、關鍵科學問題 153
三、優先發展方向 157
第二節 地下水與陸地植被 158
一、科學意義與戰略價值 158
二、關鍵科學問題 159
三、優先發展方向 170
第三節 地表水-地下水相互作用及其生態效應 171
一、科學意義與戰略價值 171
二、關鍵科學問題 171
三、優先發展方向 178
第四節 含水層生態系統 179
一、科學意義與戰略價值 179
二、關鍵科學問題 179
三、優先發展方向 185
第五節 巖溶生態水文地質 186
一、科學意義與戰略價值 186
二、關鍵科學問題 188
三、優先發展方向 190
參考文獻 192
第五章 資助機制與政策建議 200
**節 建設水文地質國家科技創新基地 201
第二節 組織實施重大項目和國際合作 202
第三節 加強地下水資源與環境觀測-數據共享系統建設 204
一、國內外地下水監測和數據共享情況 204
二、地下水資源與環境監測-數據共享系統建設建議 208
第四節 加強人才培養和科普教育 210
一、提升水文地質高層次人才培養質量 210
二、重視并加強水文地質科普 212
參考文獻 217
關鍵詞索引 218
展開全部
中國學科發展戰略·水文地質學 節選
**章 學科發展任務和戰略價值 **節 學科發展與科學意義 水文地質學是研究地下水的科學。它研究地下水系統結構、組成、功能及其形成演化的物理、化學、生物過程，開展地下水資源調查、評價與管理，揭示在地質作用和人類活動影響下，地下水系統中物質循環和能量輸運規律、地下水依賴型生態系統（groundwater-dependent ecosystem，GDEs）的演化規律，并研究如何運用這些知識和規律興利避害，以確保供水安全和水資源的可持續開發利用。當代水文地質學在解決人類面臨的水資源短缺、環境污染、地質災害、生態環境惡化、氣候變化、危險廢物和溫室氣體處置、頁巖氣等非傳統化石能源開發、地熱能利用等諸多問題中發揮著越來越重要的作用，是國際地學界*為活躍的分支學科之一。19世紀50年代，達西定律的建立標志著水文地質學的發端。20世紀是水文地質學迅猛發展的時期，其中60年代是學科發展的分水嶺。在此之前的50年中，傳統水文地質學的發展基本沿用傳統的羅盤、放大鏡、經緯儀等工具及抽水試驗、井水水位和泉流量測量等手段開展野外調查，計算工作靠人工完成，研究的重點為地下水水量。以美國和蘇聯的水文地質工作者為代表，其在區域水文地質、地下水動力學、專門水文地質等領域取得了眾多成果，代表性成果包括：1922年，蘇聯出版了**部俄文版的《水文地質學》；1923年，門澤爾（O. E. Meinzer）發表《美國地下水賦存規律》（The Occurrence of Ground Water in the United States，美國地質調查局供水報告第489卷）；1935年，泰斯（C. V. Theis）認識到熱流和水流的類似性，推導出抽水引起的水井附近水位的瞬態行為或地下水向井流動的非穩定流解析公式；雅克布推導出直接描述流體流動的微分方程（Jacob，1940），這些成果成為現代水文地質學重要的奠基之作。 20世紀60年代之后，除繼續深化水流問題研究外，水文地質學開始重視以地下水水質為核心的環境問題研究和以地下水生態效應為核心的生態問題研究。尤其是近30多年來，強烈的人類活動使得生態環境問題日益突出，供水安全與水資源保護比以往任何時期都更為緊迫，加上計算機科學、物理學、化學、生物學和大數據科學領域的理論方法與高新技術的突飛猛進，以及地球系統科學的建立和不斷發展，水文地質學理論方法體系得到空前的發展。 我國的水文地質學起步比較晚，直到20世紀30年代才開展了零星的地下水調查。新中國成立后，水文地質學得到較快發展。20世紀50年代到80年代中期，中國區域水文地質、地下水動力學、水文地球化學、專門水文地質等分支學科得以建立并不斷發展，前期主要受蘇聯水文地質學派影響，70年代后主要受美國和日本學術思想和方法學影響。近30多年來，隨著經濟的高速發展和人民生活水平的不斷改善，人類活動導致地下水超采、地下水污染、地面沉降、海水入侵、地下水依賴型生態系統退化、地面塌陷和水質惡化等一系列環境地質問題，地下水資源的可持續性和評價及合理開發成為學科的重要研究內容。 經過100余年的發展，水文地質學已經成為地球科學、水科學和環境科學的核心基礎學科。地下水的形成與演化受地球系統中各種地質作用的制約，同時地下水積極參與地球系統的演化和地球物質循環與能量交換，導致大量的物質破壞、遷移、富集，*終形成礦產和地熱資源。闡明水的地質作用，對深化巖石圈形成演化、層圈相互作用和成巖成礦作用進行機理研究，可為礦產資源和能源資源勘查提供重要的理論支撐。地下水是地球關鍵帶（critical zone）的主要組成部分，是支撐地球生命系統的關鍵因子。地下水是全球變化的受體和信息載體，通過監測、模擬地下水系統的物理、化學和生物特征，可以示蹤不同時空尺度上的地球環境變化。 地下水是地球水循環的一個重要環節，是全球重要的（在許多地區甚至是唯一的）供水水源，是維系人類生存發展和生態系統健康的關鍵要素。地下水系統結構、組成和功能的復雜性，以及不同尺度上的物理、化學和生物過程及其耦合作用，都影響著地下水系統中物質遷移和能量輸運過程。為了精細刻畫、準確預測這些過程，水文地質學在地球科學中*早引入系統論和定量模擬方法。由于重視觀測、監測、野外試驗和實驗測試研究，重視運用數學方法和大數據技術，重視與地球物理學、地球化學、水文氣候學、環境科學等學科的交叉融合，水文地質學在拓展人類知識邊界、認知地球系統、可持續開發利用地球資源，以及保護地球環境方面的基礎學科地位、重要性和影響力與日俱增。 地下水資源（尤其是清潔淡水資源）的可持續供給是人類面臨的重大挑戰，是應用水文地質學的主要研究方向。近30多年來，強烈的人類活動使得水環境日趨惡化，供水安全與水資源保護比以往任何時期都更為緊迫。近年來，地質環境保護問題成為應用水文地質學的重要研究內容，地下水污染防治、地下水與地表水的相互作用及其水資源—環境效應、地質環境修復、二氧化碳（CO2）地質封存、核廢料地質處置、頁巖氣和干熱巖資源開發等重要基礎科學問題重大社會需求，不斷推動著水文地質學科的創新發展。 在水文地質學建立初期，其主要研究課題圍繞與水井周圍含水層的開發及應用開展工作。隨著人類取水規模的不斷擴大，人類活動對自然系統的擾動日趨強烈，出現了全球性地下水資源枯竭和生態環境惡化，已經并將繼續對人類的生活甚至生存構成嚴重的威脅。Dalin等（2017）在Nature發表的《嵌入國際食品貿易中的地下水枯竭》（Groundwater Depletion Embedded in International Food Trade）文章中指出：基于全球對不可再生的地下水抽取和國際糧食貿易數據的綜合估計，水文模型和地球觀測結果顯示，全球范圍內地下水正以驚人的速度枯竭。因此，水文地質學的研究重點也由解決局部問題、水量問題逐漸擴展為水質與水量研究并重、地下水系統與生態系統研究并重，以謀求人與自然和諧共生、實現地球水資源和生態系統的可持續性為根本使命。 第二節 水文地質學的戰略作用和戰略價值 地下水既是重要的自然資源，也是重要的環境因子。隨著人口的大量增加、自然資源的過度開發，自然環境的破壞程度不斷加劇，導致水文地質學面臨的挑戰也在不斷加大。水文地質學的戰略作用和戰略價值日益凸顯。可以從國家和社會需求分析、國際組織及國家戰略報告、文獻計量分析等維度來審視水文地質學的戰略作用和戰略價值。在2018年出版的《中國學科發展戰略 地下水科學》一書中（中國科學院，2018），我們已經較為系統地從維持水資源安全供給、礦泉水資源開發利用、地質環境保護、生態文明建設等視角論述了經濟社會發展的強勁需求對水文地質學科發展的推動作用，分析了水文地質學科在解決我國面臨的資源環境問題中的重要價值。有興趣的讀者可詳閱該書**章。這里，我們重點從國際組織和國家戰略規劃及研究報告、文獻計量分析兩個方面進一步闡述水文地質學科的戰略作用和戰略價值。 一、國際組織和國家戰略規劃及研究報告 （一）國際水文計劃 “國際水文計劃”（International Hydrological Programme，IHP）是在“國際水文十年”（International Hydrologic Decade，IHD）計劃的基礎上形成的。“國際水文十年”計劃由聯合國教育、科學及文化組織（UNESCO）于1965～1974年實施，著重開展世界水均衡、人類活動對水循環的影響等14個領域的國際協作。“國際水文十年”計劃的宗旨是，從人類合理利用水資源的角度出發，加強水文學與水資源研究，促進這些領域內的國際合作。“國際水文計劃”旨在組織成員國執行一系列計劃項目，其中有人類活動對水循環的影響、水資源的合理估算和有效利用等；組織出版刊物、情報交流、學術會議和地區合作等以促進國際水文合作；進行水文科學的教育和培訓。 “國際水文計劃”由 UNESCO主持，至2019年已經完成了7個階段的研究計劃，第八階段尚在進行中，見表1-1。 表1-1 “國際水文計劃”各階段時間及主題 UNESCO的國際基礎結構、水利和環境工程研究所在編制國際水文計劃第七階段（IHP-Ⅶ）和國際水文計劃第八階段（IHP-Ⅷ）戰略計劃草案過程中貢獻良多，且水安全就是該研究所的五大專題之一。IHP-Ⅶ提出將水安全和水質作為優先事項，在國際水文計劃水治理活動框架內與經濟合作與發展組織（Organisation for Economic Cooperation and Development，OECD）展開合作，并發揮 UNESCO的牽頭作用。該階段共有五個主題，分別為：①流域和淺層地下水系統對全球變化影響的適應性研究。該主題下與水文地質相關的領域戰略部署為水壓力系統中水文過程的全球變化和反饋機制研究、氣候變化對水循環和水資源的影響研究、響應全球變化的地下水系統管理研究等。②水資源管理的完善及水資源利用的可持續性的提高。③面向可持續性的生態水文學。其中，在該領域下與水文地質研究有關的領域戰略部署為開展基于地下水生態系統的鑒定、詳查和評估。④淡水與生命支撐系統。⑤可持續開展水資源保護教育。 目前為 IHP-Ⅷ，該階段的戰略計劃名稱為“水安全：應對地方、區域和全球挑戰”。IHP-Ⅷ的主要目標之一就是通過促進信息和經驗轉化來滿足地方和區域對全球變化適應工具的需求，并加強能力建設以應對當今全球水資源可持續供給所面臨的挑戰，從而將科學轉化為行動。IHP-Ⅷ主要包括6個主題，每個主題下包括5個重點領域。此外， IHP-Ⅷ還涉及了13個與之相關的計劃。6個主題分別為（UNESCO，2013）：①與水相關的災害和水文變化。②變化環境中的地下水。該主題下共有5個領域，分別為：加強地下水資源的可持續管理、制定含水層補給管理戰略、適應氣候變化對含水層系統的影響、促進地下水水質保護、促進跨界含水層管理。該主題下的研究主要為水文地質相關的領域。③水資源短缺和水質問題的解決。④水與人居環境的未來發展。⑤生態水文學—面向可持續世界的協調管理。⑥水資源教育—水安全的關鍵。IHP-Ⅷ中有關地下水的研究主題主要包括以下內容：促進地下水資源可持續管理原則的措施、探討合理開發和保護地下水資源的方法、編制新的地下水資源圖、促進跨界含水層管理，以及在緊急情況下加強地下水治理政策和水資源管理。這些挑戰要求采用新的基于科學的方法進行全面研究，認可綜合管理原則和利用無害環境技術保護地下水資源。 （二）聯合國《水行動十年（2018—2028）》及《2017年聯合國世界水資源發展報告》 聯合國（UN）發布《水行動十年（2018—2028）》（Water Action Decade 2018—2028），又稱為“可持續發展水十年”，旨在進一步改善合作伙伴關系和能力發展，以應對雄心勃勃的2030年議程。該十年目標主要聚焦于：水資源的可持續發展和綜合管理，實現社會—經濟—環境目標及相關方案和項目的實施和推廣；促進各層次的合作伙伴關系，實現國際商定的與水有關的目標，包括《2030年可持續發展議程》（Transforming our World：The 2030 Agenda for Sustainable Development）的目標。 其中，與地下水相關的活動主要為（UN-Water，2018）：①采用可持續地下水管理和環境友好型工業發展的新技術。該十年活動將發展、協調和促進新的無害環境技術，使會員國能夠加強可持續水資源管理的能力，包括保障水和衛生服務、提高水資源利用效率、減少與水有關的災害風險、促進可持續工業發展和解決缺水問題等領域。②建立和開發模型工具，對水文和地下水進行可持續發展管理。十年計劃中促進可持續發展的科學研究項目旨在提高關于如何在氣候變化面前為日益增長的人口提供更多水安全的知識，并對加強水文和地下水、城市水資源管理和減少與水有關的災害風險等領域開展研
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