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《水文地质学基础》是高职院校金属矿产地质与勘查技术专业、水文地质与勘查技术专业,金属矿开采技术专业、矿山地质专业的专业基础课。水文地质学是研究地下水的科学,主要研究在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律,并研究如何运用这些规律兴利除害,为人类服务。通过该课程的学习,可以掌握水文地质学的基本概念、理论和方法,为以上4个专业的专业课程学习奠定良好的基础,为学生在实际工作中参与地下水的观测、进行地下涌水的处理等提供理论依据,因此,搞好这门课的教学显得尤为重要。
《水文地质学基础》课程教学存在的问题
据统计,云南省有5所高职院校开设了资源开发与测绘大类专业。笔者所在的学校自2005级开始在金属矿产地质与勘查技术专业、金属矿开采技术专业、矿山地质专业中招收高职全日制脱产和函授大专学生,到2010年已有三届毕业生、三届在校生。先后有10个教学班开设了《水文地质学基础》课程,笔者一直承担该课程的教学工作。结合教学实际,笔者认为,在高职院校《水文地质学基础》课程的教学中普遍存在以下问题。
对《水文地质学基础》课程的性质和地位认识不足在高职教育中,资源与测绘大类的专业少,开设《水文地质学基础》课程的专业更少,学习本门课程的人数少,课程在专业以外的认知度低。在笔者所在的学校,制定高职人才培养方案时,《水文地质学基础》应作为金属矿产地质与勘查技术专业的专业基础课还是专业主干课,曾在相关教师中发生了激烈的争论,最终根据教育部教育司2005年版的《高职高专专业概览》才尘埃落定。
使用的教材多为高等学校教材,与高职教育的要求不相匹配高职教育主要培养具有一定理论知识和较强实践能力,面向生产、建设、管理、服务第一线的高素质技能型专门人才。要求学生具有够用的理论知识,较强的动手能力和工作适应性,强调学生在实际工作中要“素质高,上手快,技能强”。高职教育与高等教育培养高级专门人才的目标是不同的。培养目标的不同决定了教学内容的不同,但是,在高职实际教学中,《水文地质学基础》主要选用的大多是高等院校的教材,学科理论介绍多,实际应用介绍少。
适合课堂教学的电子课件少,教师多沿用传统教学模式,教学方式单一《水文地质学基础》课程专业性强,尽管近年来多媒体电子课件在网络上随处可见,但关于《水文地质学基础》课程的课件少之又少。要做好一件成熟的实用的电子课件,需要大量的资料和图片,但由于专业性较强,这方面的资料往往有一定的保密要求,一般人很难找到相关资料,再加上水文地质工作目前主要是相关专业的工程技术人员在实施,高职教师参与很少,导致现在的课件以罗列教材中的内容为主,质量不高,适用性和吸引力不强。
教师大多沿用传统教学模式,教学方式单一在实际教学中,《水文地质学基础》的任课教师大多采取单一的讲授形式,教学仍然是以课堂为中心、以课本为中心、以教师为中心,整个教学过程都在教室里完成。学生没有机会到实地考察,将理论与生产实际对应,因此,学习的积极性、主动性较差。学生的注意力主要集中在接受教师传授的现成知识上,学习围绕课本和考试,沿袭着“上课记笔记、下课抄笔记、考试背笔记”的传统学习方式。讲授方式单一,课程缺少吸引力,导致本门课程枯燥无味;学习方式单一,学得快,忘得快,导致课程学与不学一个样;再加上有些学生本身对所学专业认识不清,更是降低了课程学习的积极性。
《水文地质学基础》课程的教学体会
笔者从2006年开始讲授《水文地质学基础》课程,到2010年,已经完成了10个教学班的教学工作。经过在教学中不断总结和完善教学方法,归纳起来主要有以下三点体会。
根据专业特点,确定教学目标高职院校金属矿产地质与勘查技术专业、水文地质与勘查技术专业、金属矿开采技术专业、矿山地质专业的学生学习《水文地质学基础》课程的目的,并不是要把他们培养成为水文地质专家或专门从事水文地质科学研究的专业人员,而是让他们掌握水文地质的基本概念和基本理论,能够将水文地质理论和技术应用于其今后的工作领域,成为既熟悉本专业业务,又掌握水文地质基本概念和基本理论的技能型人才。对这些专业的学生进行水文地质教育,应该面向金属矿产地质与勘查、水文地质与勘查、金属矿开采、矿山地质等工程领域的应用,以掌握基本理论、突出实践应用为目的。因此,本门课程的教学目标是讲清《水文地质学基础》的基本概念、基本理论,重点抓好基本概念、基本理论的实践性和实用性教学。
根据教学目标,增加课程的实践性和实用性教学笔者所在学校属于企业办学,隶属国有大型企业集团,在学生实习实训和企业工程技术人员到学院兼职讲课等方面具有得天独厚的优势和条件。结合集团与学校的实际情况,笔者重新编写了高职《水文地质学基础》课程的教学大纲,突出了课程的实践性和实用性。在实际教学中逐步尝试进行课程改革。首先是改变单一的教学方式。在2006、2007级金属矿产地质与勘查技术专业的《水文地质学基础》课程讲授中,尝试性地引入讨论式教学和现场教学。在讲授“岩石中孔隙”时,先讲清基本理论,然后通过布置课外作业的方式,让学生通过互联网或相关书籍查阅砂岩、泥岩、泥质灰岩中孔隙的异同,最后让学生结合《普通地质学》、《岩石学》等课程展开讨论,加深对理论知识的理解。在对2007级金属矿产地质与勘查技术专业的学生进行生产实习动员时,笔者结合实训基地的情况,向学生介绍了即将实习的工作区的水文地质情况,并要求学生在实习过程中收集实习矿区的水文地质资料。这一尝试在学生一年后的毕业论文中收到了很好的效果,笔者参与评阅的12份毕业论文中,有多达11份介绍了实习矿区的水文地质情况,有的还提出了矿山巷道涌水的处理方案。在给2008级金属矿产地质与勘查技术专业的学生讲授“大气降水入渗机制”时,恰逢降雨,笔者便直接将学生带到一个建筑施工工地,通过地表的一个新鲜垂直剖面给学生介绍此部分内容,极大地提高了教学效果和学生学习的热情。其次是积极与实训基地的工程技术人员沟通,建议实训基地的工程技术人员在学生进行认识实习、课程实习、生产实习及毕业实习的过程中注意介绍水文地质的内容,包括地下水量的计算、地下涌水的处理、矿山巷道水的处理等,增加课程对实际工作的参与性,提高学生学习的主动性。教学方式的改变和调整,大大增强了课程的吸引力,得到了学生的一致好评。
制作ppt演示文稿,增加课程讲授的直观性和吸引力从2008年开始,笔者将教学讲义的部分章节做成ppt演示文稿,利用多媒体将枯燥的教学内容通过图片和动画展示出来,大大提高了课程讲授的直观性和吸引力。
《水文地质学基础》课程教学方法改革思路
高职教育作为高等教育的一个类型,肩负着培养面向生产、建设、管理和服务第一线需要的高技能人才的使命,在我国加快推进社会主义现代化建设进程中具有不可替代的作用。随着我国走新型工业化道路、建设社会主义新农村和创新型国家对高技能人才要求的不断提高,高职教育必须向培养大量高素质技能型专门人才转变和发展。高职教育的人才培养模式必须强调实用性和技能性,这就要求在高职课程建设中充分考虑课程的实践性环节。
应进一步明确高职院校《水文地质学基础》课程的实践性教学目标高职院校开设《水文地质学基础》课程的目的是学习水文地质的基本概念、基本理论及其应用。课程建设与改革是提高教学质量的核心,也是教学改革的重点和难点。高职院校要积极与行业企业合作开发课程,根据技术领域和职业岗位(群)的任职要求,参照相关的职业资格标准,改革课程体系和教学内容,要根据现在和将来的实际应用及需要确定教学目标和教学内容。近年来,各种地质灾害频发,不断地提醒人们必须加强对自然科学知识的学习和应用,才能增强人类改造自然的能力。《水文地质学基础》作为一门自然科学类课程,有责任在人类改造自然的进程中对其研究领域的知识进行普及和介绍,让更多的人了解其学科性质和内容,因此,在教学目标中突出实践性和实用性至关重要。
应充分发挥多媒体教学的优势,增加课程的直观性和吸引力《水文地质学基础》课程的应用性和实践性较强,如果沿用传统的教学方法,与学生学习的心理相违背,教学效果肯定不理想。多媒体技术的迅速发展为教学提供了很大的方便,在《水文地质学基础》课程的教学中必须使用现代化的教学手段,将枯燥的理论形象地展示出来,增加课程的直观性和吸引力,提高教学效率和教学质量。在教学过程中,针对水文地质的具体教学内容、(地球上的水及其循环、岩石中的孔隙与水分、地下水的赋存、地下水运动的基本规律、毛细现象与包气带水的运动、地下水的化学成分及其形成作用、地下水的补给与排泄、地下水系统、地下水的动态与均衡、孔隙水、裂隙水、岩溶水、地下水资源、地下水与环境)学习目标及学生特点等具体情况,采用不同的多媒体形式进行教学。例如,在讲流网时,可引入如何判断矿区的潜水含水层和地表水的补给关系的内容,利用动画模拟地下水的流动方向,从而判断它们之间的补给关系。这些直观的演示可以加深学生对流网的认识,并可以充分发挥学生的视觉、听觉、触觉等器官的功能,使学生在轻松愉快的环境中,用有限的时间获得更多的信息和知识。若能结合专业特点以及课程内容设计一些课件,会使教学活动更加丰富多彩。
[中图分类号] G423.07 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2014)18-0172-02
水文地质学是研究地下水的科学,主要研究地下水在与岩石圈、地幔、水圈、大气圈、生物圈和人类活动相互作用下,其水量与水质在时间和空间上的变化,以及对各个圈层产生的影响,从而服务于人与自然协调的可持续发展。[1]以河南理工大学为例,水文地质学是该校地质工程和水文与水资源工程专业的一门主干专业基础课,同时也是勘查技术与工程、地球信息科学与技术、土木工程等专业的重要基础课,是一门比较系统、基础理论性很强的地质学课程。
河南理工大学地球信息科学与技术专业(以下简称“地科”专业)主要学习地球科学与信息技术相关的基础理论知识与技能,培养具有扎实的地学理论基础,掌握地学信息获取与处理、地球物理勘探技术、地学软件开发,能从事国土资源数字化、遥感及地球信息识别、处理与分析的高级专门人才。笔者去年负责地球信息科学与技术专业2009级学生的“水文地质学”这门课的教学工作。“水文地质学”是该专业的专业限选课,2009级两个班共54名学生,其中48名学生选择此课。通过课程的学习,掌握水文地质学的基本概念、基本理论和方法,对于以后该专业学生毕业后从事相关工作提供理论依据。因此,作为任课教师,搞好非地质专业“水文地质学”课程的教学工作,显得尤为重要。
一、非地质专业“水文地质学基础”授课现状分析
以河南理工大学为例,目前,在地科专业、勘查技术与工程等和地质学科相关的非地质专业中,水文地质学作为专业限选课,有逐渐被萎缩和淡化的趋势,主要表现在一是同为地质相关专业,课程性质由必修变为限选,二是野外实践教学环节减少或取消,三是学时数减少。究其原因,主要是制订专业教学大纲时,讨论不充分,另外学校资金投入不够。地质学科实践性较强,野外实践花费较高,对于学院而言,实习经费主要花在地质专业的相关课程的实习上,而非地质专业的一些地质基础课程就处于尴尬的境地。
二、非地质专业“水文地质学基础”教学中存在的问题
一是学时较少。对于非地质专业学生学习水文地质学课程,由于缺少相关基础知识,必须拿出较多的时间学习水文地质基础知识,因而学时数需求较大。比如,中国地质大学的“水文地质学基础”课程50学时,包括实习和实验10个学时,同济大学的“水文地质学实验”13学时,而我校地科专业开设此门课程只有32学时,并无实验和实习课。“水文地质学基础”中基础知识较多、概念繁杂,在有限的学时内学好这门基础课难度较大。二是野外实习与理论学习时间安排有矛盾。地科专业在大一下学期有嵩山地质认识实习,其中一条线路是水文地质实习,而地科专业开设这门课在大四上学期。学生在没有学这门课时就去现场实习,导致老师讲得很多,学生由于没有基础,听得也很茫然。三是教学内容的学时分配上存在问题。在编写教学大纲时,是根据总的教学目标先将学时确定下来,然后根据学时来编写教学大纲,这就造成在教学内容的选择和学时的分配上存在矛盾。
三、教学探索
笔者在“水文地质学基础”课程的教学基础上,针对地科专业,在教学内容和授课方式上进行探讨,仅供借鉴。
(一)授课内容的选择
1.授课内容重点突出
笔者在授课时参考的教材为《水文地质学基础》(王大纯编)和《水文地质学基础》(第六版,张人权等编)。由于学时的关系,教师不可能采取全篇精讲的方式来教课,只能有所侧重的教授并使学生掌握水文地质学的一些概念,如岩石的水理性质、地下水的赋存等,地下水运动的基本规律、地下水补给与排泄进行重点讲解,地球上水的分布及地下水与环境等方面的内容比较简单,通俗易懂,让学生自学即可。
2.补充内容,扩展学生知识面
鉴于地科专业是地质与信息技术相结合的专业,河南理工大学又为煤炭主体专业为主的高校,多数学生毕业后去煤矿企业就业,所以笔者在授课时加入了煤矿水害防治信息化、相关研究生优秀硕士论文、课题科研报告等方面的内容,使学生了解所学知识在实际生产中的应用情况,拓宽学生的知识面,增加学习此门课程的兴趣,培养学生的创新意识。
3.增加实验环节
另外,在授课中安排4~6个学时做水文地质学实验,测定岩石的水理性质,如持水度、给水度、孔隙度、容水度等,理解地下水赋存和运移参数及相互关系;测定渗透系数,理解达西定律的物理意义。在实验中,避免“教师说得多,学生做得少”的局面,让学生先回顾相关概念和知识,然后按照实验步骤来做实验,引导学生发现一般规律,提出问题,而后老师解答问题。通过做实验,锻炼了学生的动手操作能力,并且能使学生更深刻的理解相关知识。
(二)授课方式的多样化
1.“讨论式”教学法的应用
在上每一节课之前,先提出几个和本节课有关的问题,供学生思考。可以集体讨论,如果学生都明白,就稍微一点就过;如果学生想不到,就给予适当的引导,最后讲原理和方法,让学生彻底明白。引导学生将知识和实例结合起来,启发学生的思维,激发学生浓厚的兴趣。如在讲地下水化学成分形成作用时,可以从灰岩地区泉口出现钙化的原因,提出为什么油田储层地下水中H2S、NH4+浓度较高,而SO42-,NO3-含量很低等问题;在讲地下水与环境的内容时,提出水质引起的氟斑牙、水垢、地面沉降等问题。
2.多媒体教学手段的使用
随着信息化的普及,现在高校课程都采取多媒体教学。多媒体传递的信息量大,可以丰富教学内容,图文并茂,可以弥补有限的学时满足不了教学任务的情况。但同时应该注意,利用多媒体教学,授课速度容易加快,为了让学生对所学知识消化吸收,要避免“念屏”现象。[2]多媒体不能完全替代课堂板书,课堂教学中应该板书与多媒体结合使用。比如在讲“流网绘制”这一节时,在多媒体上可以列出绘制流网的具体步骤和流网成图,但是如何画流网必须要现场板书演示,教会学生如何根据边界条件确定等水头线或流线,然后根据流线和等水头线正交规则,得到正交网格即流网图。如果只给出步骤和流网成图,学生对流网的绘制还是一头雾水。
3.角色互换法的使用
角色互换即为学生当老师,老师当学生。将班级分成若干小组,每小组3~5人,在每次课下课时,给某一小组布置任务(可以是即将上课的内容,也可以是针对某种现象进行解释等),下次课上课前抽出10~20分钟让他们对任务进行讲解(小组选出代表讲解,其他人辅助解答),之后老师和其他学生都可以进行点评或讨论。这样可以让学生产生动力多去查阅资料,多思考,真正达到师生互动,避免一贯的老师讲、学生听的被动局面。
4.教学与实践相结合
在课堂上主要是注重概念、原理和方法的讲解,要结合现场实践,注重对学生感性认识和实际操作能力的培养。在本课程的教学过程中,可以利用学校处于以煤炭为主要工业的焦作的优势,带学生深入矿区,了解矿区水资源的概况、区域地质条件和水文地质条件,了解地下水的补径排的关系,感性认识煤炭开采引起的地面沉降、岩溶塌陷等环境地质问题,结合“专门水文地质学”和“地下水动力学”等课程的学习,探讨煤矿突水的防治方法,使理论与实践相结合。
四、结语
水文地质学基础是“地科”专业比较重要的专业基础课,课程内容丰富,概念较多,理论性较强,教学难度较大。非地质专业在水文地质课程教学中,要根据不同专业对地质知识的需求选择授课内容[3],同时教学过程中,教师要注意授课方式的多样化,让学生参与教学中来,达到师生互动,最终使学生的综合素质和创新能力得到提高。
[ 注 释 ]
简要描述课题概况,主要描述课题要完成的目标。(宋体,小四,150字以内)
一、课题研究背景(宋体,四号,加粗)
(一)工程概况(宋体,小四号)
主要描述工程的具体名称,位置建设单位,规模,技术经济参数等。(宋体,小四,300字左右)
(二)课题研究的意义(宋体,小四号)
主要描述课题研究对工程有何用途,及对本人的知识和技能的获得有何意义。(宋体,小四,200字左右)
二、课题研究内容(宋体,四号,加粗)
(一)研究的主要内容(宋体,小四号)
主要描述课题研究哪些内容,或进行哪些项目的设计或计算。(宋体,小四,300字左右)
(二)课题的研究目标(宋体,小四号)
本项目的研究目标是:(描述具体目标)(宋体,小四,100字左右)
(三)预期成果形式(宋体,小四号)
施工组织设计文本、计算书、设计说明、或图纸等,结合课题自选。
三、研究步骤及使用的关键技术(宋体,四号,加粗)
(一)研究步骤
研究步骤如下:
200×年×月-200×年×月,具体任务1
200×年×月-200×年×月,具体任务2
200×年×月-200×年×月,具体任务3
(二)关键技术
描述完成课题使用的关键技术。(宋体,小四,100字左右)
四、课题研究价值(宋体,四号,加粗)
(一)创新点
描述课题的创新点。(宋体,小四,60字左右)
(二)应用价值
描述课题的应用价值。(宋体,小四,100字左右)
五、研究条件(宋体,四号,加粗)
描述课题的具体研究条件,如基础资料情况,已经掌握了课题研究需要的知识或技能,指导老师的情况等。(宋体,小四,200字左右)
六、参考文献(宋体,四号,加粗)
1、《××××》,作者名称,××出版社,***年第*版
2、《××××》,作者名称,××出版社,***年第*版
3、《××××》,作者名称,××出版社,***年第*版
4、《××××》,作者名称,××出版社,***年第*版
5、《××××》,作者名称,杂志名称,***年第*期
大学论文开题报告格式范例:
题目:煤矿防治水管理及预防措施
一、本课题的研究目的和意义
1、选题目的:
煤矿水害是威胁煤矿安全生产的五大灾害之一,其危害程度仅次于瓦斯,矿井水害问题历来是制约煤炭资源开发和影响煤炭企业安全的重要因素,一旦发生水害,不但会给生产单位造成巨大的经济损失,也给职工生命安全造成极大的威胁。随着泉上煤矿矿井开采范围的延伸、生产能力的提高及开采深度的增加,其开采地质条件及水文地质条件将变得更为复杂,涌水量进一步增大,水害问题也更为突出,故需要对其地质条件、水文地质条件、防治水措施等重新进行分析研究。同时,通过对理论知识与实际的结合运用提高自己分析问题和解决问题的能力,为以后的学习和工作奠定基础;
2、选题意义:
本论文着眼于矿井持续快速发展与安全生产的现状要求,运用水文地质学、、矿井地质学、构造地质学、岩石学等课程的理论和方法,从充水水源、充水通道,矿井涌水量及其变化、水化学特征等方面对煤层底板灰岩承压水突水危险性进行分析研究。其研究成果,不仅可查明煤层底板水患影响程度,并对矿井制定切实可行的防治水措施,确保安全生产、提升矿井经济与社会效益均具有一定的参考价值。
二、本课题的主要研究内容(提纲)
(1)研究矿井主要地层、地质构造及其构造演化规律,查明影响矿井生产的各种水害地质因素。
(2)只有建立和形成规范的防治水技术管理秩序,才能有效地开展一系列防治水工作。
三、文献综述(国内外研究情况及其发展)
矿井突水严重威胁着矿井生产及工人安全,为此国内外专家对影响矿井突水因素和突水机理作了深入研究。这些研究总的来说,可归纳为两类,
一:以水压为主要因素,主要考虑承压含水层地下水力对隔水层的作用,如斯烈萨列夫理论、突水系数等;
二:以矿压为主要因素,试图通过研究顶底板隔水层和采动作用下的变形、破坏等特征来认识突水规律。
近年来,对于矿井突水通道,专家、学者从损伤力学、断裂力学、矿山压力学、岩体力学及构造地质学等方面做了大量工作,研究结果表明危害最大和难以准确把握的是断裂构造突水通道;对于突水机理,从“下三带”理论、矿压、大中型断层、小断层等方面做了大量工作,得出突水以承压水通过断裂构造进入矿井为主;对于突水预测,专家建立了遗传神经网络模型、GIS模型、尖点突变模型等煤矿突水预测模型但由于不同地区、不同矿区构造、水文地质条件的复杂性和多变性,迄今为止还没有一种放之四海而皆准的研究方法能对矿井突水进行有效的预测和防治。
四、拟解决的关键问题
本课题主要在充分整理研究泉上煤矿区域资料的基础上,采用地质与水文地质调查、水质分析等当今水文地质研究中行之有效的技术手段,对泉上煤矿的水文地质条件及其影响分析进行综合分析和评价,并根据分析的成果和结论提出相应的防治水措施。
五、研究思路和方法
结合历史水文资料,对水文变化、防治水措施存在的不足进行全面总结、根据历史水文资料和实际情况进行对比,进一步优化泉上煤矿防治水措施方案通过专业技术刊物及相关网站查阅相关资料和书籍依据国家现行的有关规范,包括:《煤、泥炭地质规范》、《煤矿安全规程》、《煤矿井地质工作手册》、《矿区水文地质工程地质勘探规范》等,确立相应的标准
六、本课题的进度安排
1、第1~4周现场实习调查阶段(泉上煤矿实习)
2、第5周确定毕业论文题目及提纲
3、第6周进行相关资料查阅与检索
4、第7~8周完成毕业论文开题报告
5、第9~12周完成毕业论文初稿撰写
6、第13~14周交付指导教师审查,修改完善毕业论文
七、参考文献
1、柴登榜等。矿井地质工作手册[M].北京:煤炭工业出版社,1986.
2、郭颖、李智陵等。构造地质学简明教程。中国地质大学出版社,1995.8
3、孙超主编。构造地质学[M].北京:地质出版社,1993.
4、徐星宽。矿井突水机理、水害成因与防治[J],山东科技大学学报,2003.22
5、章至洁等。水文地质学基础[M]:中国矿业大学出版社1995.9
前言
水和空气是人类赖以生存的两种最重的物质。据世界气象组织和联合国教科文组织2000年报告[1],全球水消耗量由20世纪初的5000×108m3/a,到20世纪末已增长至50000×108m3/a,即增长约10倍,按地区分布,欧洲和亚洲用水量增长最快,北美洲和非洲居中,南美洲和大洋洲增长最慢。据法国水文地质学家J.马尔盖和印度等最新资料,全球在80年代中后期地下水开采量为5500×108m3/a,其中开采量大于100×108m3/a的美国、印度、中国、巴基斯坦、欧共体、独联体、伊郎、墨西哥、日本、土耳其等十个国家和地区的开采量之和占全球总开采量的85%,地下水年开采量在(10-100)×108m3/a的近30个国家,其总开采量占全球地下水开采量约10%。上述数据说明,全球地下水开发极度不平衡。这与各国自然条件、人口密度、社会经济发展水平、开发利用地下水历史经验等因素有关。
当今世界面临的“人口、资源、环境”三大问题,都直接或间接地与地下水有关。据美国地质调查局统计资料,全美有52.5%的人口依赖地下水作为饮用水[1]。我国的情况大致与此相当,仅以地表水相对丰富的江苏省为例:目前开采地下水的机井约有12000眼,民井10000眼,地下水开采总量达到15×108m3/a,可以说对地下水资源进行准确评价与科学管理是人类对地下水资源进行有效开发利用的前提和基础。
1.1原苏联区域性地下水天然资源和开采资源的评价
1960年苏联水文地质学家B.H.库德林教授在《地下水天然资源区域评价原则》一书中,系统地提出了应用水文-水文地质综合方法分解河流水文河流水文图和评价》一书中,系统地提出提出了应用水文-水文综合方法分解河流水文图和据此评价地下径流的原理和实例,1965年B.H.库德林教授主编了《苏联地下水天然资源图》(比例尺1/500万)和《苏联领土的地下径流》专著[2],对于有水文网发育的广大领土,采用的主要方法是河流水文图成因分解法,对于地下水主要靠降水入渗补给而又主要消耗于蒸发的地区,利用地下水动态资料评价地下水资源,积极交替带的地下径流用多年平均模数(L/km2・a)在等值线在图上表示。
俄罗斯水文地质学家H.C.泽克茨尔应用类似的方法编制了全欧洲地下径流模数图(1989年),综合地反映了地形、岩性、降水等因素对各地的地下径流形成的控制作用,他还主持完成了国际水文计划项目“地下水在水文循环和大陆水均衡中的作用”,有美国、加拿大、印度等专家参加,该项目成果报告于1990年出版,并附有世界地下径流图(1/100万)。
60年代中期,为配合制订“苏联水资源利用总体规划”,由当时任全苏水文地质工程地质研究所所长的普洛特尼柯夫教授主持编制了“苏联地下水开采资源图(1/500万)”,计算范围仅包括平原、盆地、丘陵区,采用的主要方法是按平均布井方案,用解析法预测在一定允许降深下的可开采量,当时给定的条件是允许动用一部分储存量,但在开采期50年之末,地下水位下降至距地表不超100m,且疏干含水层不得超过其厚度之一半,图上反映了各地区地下水开采资源模数。
1.2美国的区域含水层系统分析计划
美国联邦地质调查局(USGS)于70年代后斯开始执行区域含水层系统分析计划(RASAP)是一项很有特色的庞大计划,1976年和1977年美国西部连续遇到特大干旱,水资源问题引起全国公众的关注,经国会批准许立项拨款,USGS开始执行此项为期17年的计划(1978--1994),以研究大面积分布的层状含水层系统的地下水资源为主要内容,对在全美领土上圈定的28个区域含水层系统进行评价,共分两大类型,各个区域含水层系统是一个项目,作为“区域含水层系统计划分析”计划的一个组成部分,于1991年提交了第一份大区域水资源图集。
此时,各种数值计算法也日趋成熟,为实现地下水系统的管理提供了良好的基础。RASAP计划采用分布参数系统的有限差分法评价地下水资源,一般采用正方形规则网格,有些面积大的区域的网格边长可达10km或15km,以综合整理和分析研究现有资料为主,有的项目也补打少量控制性探孔,取得深部水文地质资料和必要的计算参数[3,4,5,6,7]。
美国是私有制社会,在地下水的开发制度、法律、规章等方面的与其它国家相比,美国具有丰富的水资源,在其200多年的发展历史中,一直占有全国供水充足的良机[8]。
发展演变都围绕着如何解决用水争端,在用户中公平地分配地下水,节约或延长可利用的供水水源等问题。虽然他们早已将地下水看作整个水资源的一部分,但直到50年代初仍认为地下水是一种“局部”资源,水源地仍以泉、单井或小井群供水为主,因此,有关研究多注重含水层、单井或井群涌水量的评价[9,10,11,12]。
1.3欧共体地下水资源综合研究的基本作法
欧共体各国联合在区域地下水开采资源评价方面作了有益的尝试,1982年出版了由联邦德国水文地质学家佛利德主编《欧共体地下水资源》综合报告,此项成果是为提供给供水管理和计划当局使用,也供国家和地方政府决策者使用,范围包括了当时的欧共体九个成员国。项目共分四个专题,每个专题建立了数据库。第四专题的思路和作法有借鉴之处。该专题讨论全区“潜在可扩大开采的资源量(potential additional resource)”,反映当时水文地质学家试图在总结水文地质条件和地下水开采 现状的基础上,定量评价全区各地的潜在可扩大开采的地下水资源量,以便更好地为供水规划和管理服务。
该专题中首先对“含水层系统的资源量”给出了如下的定主义:“对于一个含水层系统,资源量等于多年平均补给量减去为满足各种经济的、技术的、生态的限制条件所需的水量”。这个定义表示,只考虑利用地下水含水层的调节能力并不破坏环境的条件下可抽出的地下水量,是受一定技术和经济条件限制的,但未考虑消耗储存量,并以非承压含水层为主的计算和评价对象。
其次对“潜在可扩大开采的资源量”作了说明,资源量减去现状开采量等于“可扩大开采的资源量”。此项研究认为,地下水补给量应满足多年的水均衡方程式:
I+QS=P-ETR
式中:I―降水入渗补量;QS―地表径流量;P―降水量;ETR―蒸发蒸腾量。
计算“潜在可扩大开采的资源量”后,得出了全区地下水潜力的总体概念,共可划分五种类型的地区:(1)可扩大开采的资源为正值,有扩大开采地下水潜力的地区(2)引值为零,可维持现状开采的地区(3)此值为负数,地下水已超采的地区(4)具有局部有供水意义的地下水资源的地区(5)无地下水资源地区。此次计算的结果表明:地下水水超采区占丹麦国土的16%,占英国国土的4%。
1.4我国地下水资源评价的现状及展望
自20世纪70年代以来,由于应用数学和地下水动力学的相互渗透,以及电算技术的推广和应用,大大丰富和突破了传统水文地质学的内容,使水文地质从定性研究发展到定量研究的新阶段。地下水资源计算的基本理论,从稳定流发展到非稳定流,从二维流发展到三维流,从一般均衡法、比拟法进到解析解、数值解。举凡有限单元或有限差分法、相关分析法以及解析法等,在地下水资源评价中得到普遍应用,因而不论在理论上和具体计算技术上,都较以前提高到一个新的水平。
80年代后期是地下水资源研究的一个重要标志,是把主要目标逐渐转向管理模型的研究,即研究如何合理开发、利用、调控和保护地下水资源,使之处于对人类生活与生产最有利状态。因此它不仅涉及水文地质学和各个领域,而且涉及与地下水开发活动有关的自然环境、社会环境和技术经济环境等各方面的问题,通过数学模型和最优化技术,建立地下水管理模型,实现管理目标。
目前,地下水资源的研究范畴日益扩大,从地下水资源的定义、分类,到地下水系统的研究,发展到地下水系统与自然环境系统和社会经济系统相互关系的研究,从概念模型、数学模型,发展到管理模型的研究,从信息系统发展到专家决策系统的研究,从水资源管理发展到水资源保护的研究等等,所以地下水资源的研究,实际上包括从水资源评价到水资源管理与保护的全过程,逐渐形成了一门独立的分支学科,可以称之为“水资源水文地质学”。展望21世纪,在地下水资源理论研究方面,将以渗流理论为基础,以水资源水文地质学为重点,以模型研究为中心,加快开发三维地理信息系统在模型研究中的应用。
参考文献
[1] WMO/UNESCO.Report on water resources assement. UK Oxford:Words and Publication.1991.
[2] Bindeman,N.N.Yazvin,L.S.The main problems of regional evaluation of exploitation groundwater resources,International symposium on development of groundwater resources,prodeeding Vol.4:427-437,1973.
[3] G.卡斯塔尼,周秀芬译.法国水资源评价方法、数据及地下水分布.水文地质工程地质译丛,第3期,1981.
[4] Freeze,R.A.and Cherry,J.A. Groundwater.Prentive―Hall Inc.,1979.
[5] Mandel,S.and Shiften,Z.L.Groundwater Resources Investigation and Development.Academic Press,1981.
[6] Hamil,L. and Bell,F.G.Groundwater Resources Development,1986.
[7] Bredehoeft,J.D.,et al.Groundwater Models.The Vnesco Press,1982.
[8] 柴畸达雄著,王秉忱等译.地下水盆地管理(理论与实践).地质出版社,1982.
[9] 陈梦雄等.我国区域地下水资源评价的若干问题及有关意见.全国地下水资源评价经验交流会论文选.地质出版社,1983.
[10] 王大纯,张人权,史毅虹.水文地质学基础.地质出版社,1980。