水資源是寶貴的自然資源，又是重要的生態(tài)支撐條件與環(huán)境要素，對社會、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有不可替代的作用。可飲用的清潔水是人類生命支持系統(tǒng)的基本因素之一①，地下水是人類主要的飲用水源，我國山區(qū)地下水分布面積約5． 75 × 106 km2，占全國水資源評價區(qū)總面積的60． 60%，其地下淡水資源天然補(bǔ)給量占全國地下淡水資源天然補(bǔ)給量的74． 21%，可開采資源量1 970 × 108 m3·a － 1，占全國地下淡水可開采資源總量的55． 81%〔1〕，開采基巖山區(qū)地下水是解決我國水資源問題的有效途徑之一。

 

  中國科學(xué)院水資源領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組指出，我國“旱澇災(zāi)害的頻率、強(qiáng)度和空間分布將會發(fā)生較為明顯的變化，危害將會增強(qiáng)，突發(fā)性水災(zāi)害事件的幾率將會提高”，2009—2011 年的連續(xù)干旱已體現(xiàn)了這一特點(diǎn)。

 

  自2003—2011 年的野外調(diào)查及研究，特別是近3 a 來應(yīng)急抗旱工作，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的水文地質(zhì)圖在山區(qū)使用時存在許多缺陷，主要是: ① 傳統(tǒng)水文地質(zhì)圖一般基于巖性均質(zhì)論和層控論，側(cè)重于反映含水巖系的富水性，而對山區(qū)地下含水體的埋藏條件( 構(gòu)造控水) 重視不夠，地下水的賦存、運(yùn)移規(guī)律未能充分揭示; ② 在山區(qū)應(yīng)急找水時，現(xiàn)有的水文地質(zhì)圖圖面反映內(nèi)容有限，不能快速指示富水區(qū)段; ③ 圖面成果偏重于地下水資源量的評價，忽視了地下水水質(zhì)的評價，水質(zhì)型缺水在水文地質(zhì)圖上沒有體現(xiàn);④ 基巖地下水非均一性分布，已普遍得到水文地質(zhì)學(xué)家的認(rèn)可，但在目前的水文地質(zhì)圖件上未能得到體現(xiàn)，在一定程度上阻滯了山區(qū)水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展。

 

  鑒于以上急需解決的問題，結(jié)合目前水文地質(zhì)

 

  界對基巖山區(qū)地下水研究的程度及精度，編制既反映山區(qū)地下水分布非均一性特征，突出構(gòu)造控水作用，又對山區(qū)地下水勘查具有指導(dǎo)作用的山區(qū)水文地質(zhì)圖是眾多問題的交集和紐帶，因此，開展山區(qū)水文地質(zhì)圖編制研究尤為重要。

 

  1 研究現(xiàn)狀

 

  水文地質(zhì)圖是水文地質(zhì)學(xué)科的基礎(chǔ)性圖件，是水文地質(zhì)調(diào)查成果的集中體現(xiàn)，它反映了一個地區(qū)地下水情況及其與自然地理和地質(zhì)因素的相互關(guān)系。

 

  1． 1 國外研究現(xiàn)狀

 

  蘇聯(lián)是開展水文地質(zhì)研究最早的國家，自20 世紀(jì)20 年代以來，許多蘇聯(lián)學(xué)者都曾撰文探討水文地質(zhì)圖的編圖原則〔3〕，奧弗琴尼柯夫還按不同比例尺，把水文地質(zhì)圖劃分為詳細(xì)的、地區(qū)的、區(qū)域的、概略的4 大類〔4〕。蘇聯(lián)水文地質(zhì)工程地質(zhì)科學(xué)研究所也曾專門召開會議討論水文地質(zhì)圖的編圖原則問題，并制定了中等比例尺的水文地質(zhì)圖編圖原則〔5〕， 1960 年還正式出版了兩幅水文地質(zhì)圖樣圖( 1∶ 200 000) 。

 

  國際水文地質(zhì)界針對水文地質(zhì)圖圖例與編圖方法，曾先后在羅馬( 1956) 、多倫多( 1957) 和赫爾辛基( 1960) 國際水文科學(xué)協(xié)會上展開廣泛討論，并成立了水文地質(zhì)圖委員會( 1956) ，專門研究水文地質(zhì)圖圖例符號標(biāo)準(zhǔn)化問題， 1962 年在巴黎國際水文地質(zhì)會議上，對有關(guān)圖例符號做了肯定，出版了第一個圖例草案，1966 年在赫爾辛基國際水文科學(xué)協(xié)會上，舉辦了圖件展〔6 － 7〕。1970 年IAH、IAHS 和聯(lián)合國教科文組織共同制定出版了《水文地質(zhì)圖國際圖例》，并于1983 年萬隆亞太地區(qū)水文地質(zhì)圖會議上提交了《水文地質(zhì)圖國際圖例( 修正草案) 》〔6〕， 1989年又在德國漢諾威市舉行了國際水文地質(zhì)圖學(xué)術(shù)會議，指出在編制綜合水文地質(zhì)圖的同時，編制地下水資源圖與各種環(huán)境水文地質(zhì)圖是目前水文地質(zhì)編圖的發(fā)展總方向〔8〕。之后，水文地質(zhì)圖的編制在世界各地掀起了高潮，UNESCO-IHP( BGR) 編制的“世界地下水資源圖”引起了國際地學(xué)界的強(qiáng)烈反響〔9〕。

 

  可見，水文地質(zhì)圖的國際發(fā)展趨勢由傳統(tǒng)的以滿足專家需求為主的專業(yè)性圖件向滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求的實用性圖件發(fā)展，且圖件的內(nèi)容由地表地質(zhì)規(guī)律向深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)展，制圖方法由單一學(xué)科知識向多學(xué)科交叉融合發(fā)展，制圖工藝由手工制圖到手工與計算機(jī)結(jié)合制圖向計算機(jī)制圖發(fā)展。簡言之，是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求的主要矛盾決定了水文地質(zhì)圖向?qū)嵱眯园l(fā)展，帶動圖件內(nèi)容、編圖方法和制圖工藝等的發(fā)展。

 

  1． 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

 

  國內(nèi)水文地質(zhì)圖編制的研究，可追溯至20 世紀(jì)50 年代的區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查，在實踐工作的基礎(chǔ)上，廣大學(xué)者和水文地質(zhì)調(diào)查的一線工作者編制了大量的水文地質(zhì)圖，1959 年，原地質(zhì)部水文地質(zhì)工程地質(zhì)局制定并通過了《綜合水文地質(zhì)圖編圖方法( 1∶ 200 000，1∶ 1 000 000) 》，對前幾年的水文地質(zhì)工作做了一個很好的總結(jié)。

 

  編圖原則是水文地質(zhì)圖的指導(dǎo)思維，決定了水文地質(zhì)圖的形式、內(nèi)容和用途。1964 年陳夢熊〔3〕首次探討了區(qū)域水文地質(zhì)圖的編圖原則，在區(qū)分了專門水文地質(zhì)圖和綜合水文地質(zhì)圖編圖方法的基礎(chǔ)上，指出了綜合水文地質(zhì)圖編制過程中存在的主要問題，并對爭議較大含水巖系的劃分、水文地質(zhì)分區(qū)等問題做了詳盡的論述。此后，眾多學(xué)者對水文地質(zhì)圖編制原則展開了廣泛討論，提出了許多指導(dǎo)理論〔10 － 15〕。目前，編圖原則的不適宜之處在于水文地質(zhì)圖的實用性和針對性不強(qiáng)。山區(qū)作為我國地下水資源的主要賦存區(qū)和缺水區(qū)，沒有專門指導(dǎo)地下水開采的山區(qū)水文地質(zhì)圖。

 

  編圖內(nèi)容是水文地質(zhì)圖的主體，是水文地質(zhì)圖實用性的承載者。1979 年，地質(zhì)出版社出版的《綜合水文地質(zhì)圖編圖方法與圖例》，主要針對1∶ 200 000 和1∶ 500 000 的綜合水文地質(zhì)圖規(guī)定了其需要表現(xiàn)的主體，并對5 種基本類型的地下水做了詳盡的富水性分級和水質(zhì)分類，該編圖方法與圖例集成了我國水文地質(zhì)工作者近30 a 的心血，是我國水文地質(zhì)圖編圖史上的一座里程碑〔16 － 18〕。但還存在一些問題，如圖件內(nèi)容都以水資源評價為目的編制，且表達(dá)形式多采用概化的層狀含水層，有的成果雖對基巖地下水類型做了劃分，但由于忽略了對山區(qū)地下水開采的指導(dǎo)作用，故未能在圖面上表示，致使山區(qū)地下水的埋藏條件和分布規(guī)律反映不足。

 

  編圖方法是圖件實現(xiàn)編圖目的的具體途徑，最能反映編圖者的技能。胡海濤等〔19〕運(yùn)用地下水網(wǎng)絡(luò)模式，分析了構(gòu)造體系對基巖山區(qū)地下水的控制作用，研究了基巖地下水的分布非均一性，分析了不同模式各自的富水部位，在水文地質(zhì)圖上作了嘗試性表達(dá)。其他學(xué)者則從學(xué)科交叉帶來了諸多新方法，特別是對圖面簡化和含水巖系表達(dá)等做了深入探討〔13 － 15， 17 － 23〕。但研究方法多是基于層狀含水層或似層狀含水層，針對適宜山區(qū)使用的水文地質(zhì)圖，缺少構(gòu)造控水的表達(dá)方法研究，致使其使用效益和經(jīng)濟(jì)效益不高。

 

  綜合以上分析可見，水文地質(zhì)圖的研究歷程是，編圖原則→編圖內(nèi)容→編制方法→再到編圖原則→編制方法+ 編制內(nèi)容→綜合研究，由注重基礎(chǔ)性理論研究逐步走向?qū)嵱眯匝芯?，緊密結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活的需求。而其編圖指導(dǎo)思想的變革與發(fā)展，是系統(tǒng)論在各學(xué)科融合發(fā)展的體現(xiàn)。但是，傳統(tǒng)水文地質(zhì)圖的重點(diǎn)在于地下水水資源評價，忽略了對山區(qū)找水的指導(dǎo)性作用，山區(qū)水文地質(zhì)圖的編制研究和實踐發(fā)展緩慢。

 

  2 研究內(nèi)容

 

  主要以山區(qū)水文地質(zhì)條件為編圖基礎(chǔ)，指導(dǎo)山區(qū)地下水開發(fā)的山區(qū)水文地質(zhì)圖，是近年水文地質(zhì)學(xué)科發(fā)展的盲點(diǎn)。本文緊緊圍繞“水在哪里，水量大小，水質(zhì)好壞，埋藏條件”的主題，以北方基巖山區(qū)地下水為研究主體，選擇太行山區(qū)為山區(qū)水文地質(zhì)圖編制研究示范區(qū)開展研究。

 

  2． 1 編圖原則

 

  山區(qū)水文地質(zhì)編圖以地下水分布的非均一性為基本原則。具體編圖原則的制定，既要結(jié)合以往傳統(tǒng)水文地質(zhì)編圖對系統(tǒng)論的重視，傳承基礎(chǔ)，也要貼近實際需要，注重新理論、新認(rèn)識，引進(jìn)、吸收、消化新興交叉學(xué)科的發(fā)散思維和相近學(xué)科快速發(fā)展帶來的新成果，切實反映山區(qū)地下水的分布特征，最終形成一個明確、易懂、操作性強(qiáng)的編圖原則。

 

  2． 2 編圖內(nèi)容

 

  借鑒傳統(tǒng)水文地質(zhì)圖件編制內(nèi)容，針對基巖地下水的影響、控制因素( 如地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等) ，選擇能突出反映地下水賦存、運(yùn)移規(guī)律的元素作為圖示對象。主要包括4 個方面的內(nèi)容:

 

  ( 1) 基礎(chǔ)地理信息，包括交通道路、自然地理、河流水庫、等高線等。

 

  ( 2) 基本水文地質(zhì)信息，如地下水類型、井泉點(diǎn)、含水層富水性、水質(zhì)等。

 

  ( 3) 體現(xiàn)基巖地下水分布非均一性特征的因素，如斷層、裂隙、巖溶等。

 

  ( 4) 綜合性因素，如地下水系統(tǒng)、蓄水構(gòu)造等。

 

  2． 3 編圖方法

 

  如何編制不同比例尺的山區(qū)水文地質(zhì)圖，使圖面信息既不繁瑣混亂、主次分明，又簡潔美觀、富有層次、內(nèi)涵豐富是編圖方法的主旨。為此，注重對山區(qū)水文地質(zhì)編圖方法的研究，提倡編圖方法的靈活運(yùn)用及創(chuàng)新改進(jìn)，注重計算機(jī)在編圖方法改進(jìn)和創(chuàng)新中的作用。側(cè)重如何合理確定哪些是主要特征，哪些是次要特征以外，還要想方設(shè)法把各個主要特征與含水巖系的劃分密切結(jié)合起來。并注重圖例的組合和改進(jìn)，如構(gòu)造破碎帶和影響帶的圖示，既要反映地下含水體的特征，更要反映在構(gòu)造不同部位地下水分布的不同規(guī)律。

 

  2． 4 其他

 

  將定性的構(gòu)造、巖性、地形、地貌、氣象認(rèn)識進(jìn)行定量化研究。開展水文地質(zhì)調(diào)查屬性數(shù)據(jù)庫的建設(shè)研究，使矢量化后的山區(qū)水文地質(zhì)圖信息量最大化，檢索便捷化。

 

  3 技術(shù)路線

 

  ( 1) 積極收集關(guān)于山區(qū)水文地質(zhì)圖編制的文獻(xiàn)資料和學(xué)科動態(tài)，對山區(qū)水文地質(zhì)圖的缺陷，廣泛征求一線技術(shù)人員和國內(nèi)知名專家的意見，在與團(tuán)隊認(rèn)識相結(jié)合的基礎(chǔ)上，進(jìn)行意見稿的文字整理和圖件標(biāo)注，深入挖掘?qū)ι絽^(qū)水文地質(zhì)圖編制研究的理論意義和深遠(yuǎn)影響。

 

  ( 2) 山區(qū)水文地質(zhì)圖的編制方案和制圖總設(shè)計書，是課題研究深度的保障。基于多年山區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查實踐和山區(qū)水文地質(zhì)圖編制經(jīng)驗，以地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、水文地球化學(xué)、地圖制圖學(xué)和地理信息系統(tǒng)等多學(xué)科知識為指導(dǎo)，結(jié)合系統(tǒng)論、信息論、圖論及經(jīng)濟(jì)學(xué)、人口地理學(xué)等社會學(xué)和美學(xué)知識，綜合制定編制方案及制圖總設(shè)計書。

 

  ( 3) 水文地質(zhì)單元選擇的典型性是山區(qū)水文地質(zhì)圖代表性的體現(xiàn)。擬選的水文地質(zhì)單元，要具有獨(dú)立的地下含水系統(tǒng)，水文地質(zhì)邊界條件清晰，水文地質(zhì)特征典型，地層巖性全面，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地下水露頭成因可查，水井點(diǎn)分布合理，易于探尋地下水水化學(xué)規(guī)律?？傊幩x研究區(qū)能體現(xiàn)北方基巖山區(qū)地下水的典型特征。

 

  ( 4) 重點(diǎn)區(qū)水文地質(zhì)補(bǔ)充調(diào)查是在以往水文地質(zhì)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上開展的，是此次山區(qū)水文地質(zhì)編圖最重要的手段，其成果精度直接影響山區(qū)水文地質(zhì)圖的使用效益。對研究區(qū)重點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)造富水性判別、含水巖系富水性分級、水位統(tǒng)測( 豐水期和枯水期兩次) 、水樣采集及野外試驗，突出研究層狀含水層與帶狀含水層、脈狀含水層及團(tuán)窩狀含水層的不同調(diào)查方法和不同表達(dá)方法。針對精度要求高的水文地質(zhì)問題，必要時可采用物探方法。

 

  4 結(jié)論

 

  ( 1) 傳統(tǒng)水文地質(zhì)圖的重點(diǎn)在于地下水水資源評價，沒有針對山區(qū)地下水分布非均一性特征做特別表達(dá)方式的研究，忽略了山區(qū)找水的需要，致使山區(qū)水文地質(zhì)編圖研究發(fā)展緩慢。

 

  ( 2) 經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求的主要矛盾決定了水文地質(zhì)圖向?qū)嵱眯园l(fā)展，從而帶動圖件內(nèi)容、編圖方法和制圖工藝等的發(fā)展。

 

  ( 3) 開展山區(qū)水文地質(zhì)圖編制理論、方法的研究，能推動山區(qū)水文地質(zhì)圖編制理論的研究進(jìn)展，提升對山區(qū)水文地質(zhì)學(xué)一些基本概念的思考，改善和加強(qiáng)水文地質(zhì)制圖最基本理論和方法的薄弱環(huán)節(jié)〔12〕。

 

  ( 4) 充分利用計算機(jī)在成圖和信息挖掘方面的優(yōu)勢，使地下含水體更具有水文地質(zhì)意義是今后研究的重點(diǎn)。