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)濟可持續(xù)發(fā)展具有不可替代的作用?？娠嬘玫那鍧嵥侨祟惿С窒到y(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給量占全國地下淡水資源天然補給量的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。

 

  中國科學院水資源領域戰(zhàn)略研究組指出，我國“旱澇災害的頻率、強度和空間分布將會發(fā)生較為明顯的變化，危害將會增強，突發(fā)性水災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。

 

  自2003—2011 年的野外調查及研究，特別是近3 a 來應急抗旱工作，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的水文地質圖在山區(qū)使用時存在許多缺陷，主要是: ① 傳統(tǒng)水文地質圖一般基于巖性均質論和層控論，側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( 構造控水) 重視不夠，地下水的賦存、運移規(guī)律未能充分揭示; ② 在山區(qū)應急找水時，現(xiàn)有的水文地質圖圖面反映內容有限，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，忽視了地下水水質的評價，水質型缺水在水文地質圖上沒有體現(xiàn);④ 基巖地下水非均一性分布，已普遍得到水文地質學家的認可，但在目前的水文地質圖件上未能得到體現(xiàn)，在一定程度上阻滯了山區(qū)水文地質學的發(fā)展。

 

  鑒于以上急需解決的問題，結合目前水文地質

 

  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，突出構造控水作用，又對山區(qū)地下水勘查具有指導作用的山區(qū)水文地質圖是眾多問題的交集和紐帶，因此，開展山區(qū)水文地質圖編制研究尤為重要。

 

  1 研究現(xiàn)狀

 

  水文地質圖是水文地質學科的基礎性圖件，是水文地質調查成果的集中體現(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因素的相互關系。

 

  1． 1 國外研究現(xiàn)狀

 

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

 

  國際水文地質界針對水文地質圖圖例與編圖方法，曾先后在羅馬( 1956) 、多倫多( 1957) 和赫爾辛基( 1960) 國際水文科學協(xié)會上展開廣泛討論，并成立了水文地質圖委員會( 1956) ，專門研究水文地質圖圖例符號標準化問題， 1962 年在巴黎國際水文地質會議上，對有關圖例符號做了肯定，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《水文地質圖國際圖例》，并于1983 年萬隆亞太地區(qū)水文地質圖會議上提交了《水文地質圖國際圖例( 修正草案) 》〔6〕， 1989年又在德國漢諾威市舉行了國際水文地質圖學術會議，指出在編制綜合水文地質圖的同時，編制地下水資源圖與各種環(huán)境水文地質圖是目前水文地質編圖的發(fā)展總方向〔8〕。之后，水文地質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”引起了國際地學界的強烈反響〔9〕。

 

  可見，水文地質圖的國際發(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)濟社會發(fā)展需求的實用性圖件發(fā)展，且圖件的內容由地表地質規(guī)律向深部地質結構發(fā)展，制圖方法由單一學科知識向多學科交叉融合發(fā)展，制圖工藝由手工制圖到手工與計算機結合制圖向計算機制圖發(fā)展。簡言之，是經(jīng)濟社會發(fā)展需求的主要矛盾決定了水文地質圖向實用性發(fā)展，帶動圖件內容、編圖方法和制圖工藝等的發(fā)展。

 

  1． 2 國內研究現(xiàn)狀

 

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

 

  編圖原則是水文地質圖的指導思維，決定了水文地質圖的形式、內容和用途。1964 年陳夢熊〔3〕首次探討了區(qū)域水文地質圖的編圖原則，在區(qū)分了專門水文地質圖和綜合水文地質圖編圖方法的基礎上，指出了綜合水文地質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、水文地質分區(qū)等問題做了詳盡的論述。此后，眾多學者對水文地質圖編制原則展開了廣泛討論，提出了許多指導理論〔10 － 15〕。目前，編圖原則的不適宜之處在于水文地質圖的實用性和針對性不強。山區(qū)作為我國地下水資源的主要賦存區(qū)和缺水區(qū)，沒有專門指導地下水開采的山區(qū)水文地質圖。

 

  編圖內容是水文地質圖的主體，是水文地質圖實用性的承載者。1979 年，地質出版社出版的《綜合水文地質圖編圖方法與圖例》，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分類，該編圖方法與圖例集成了我國水文地質工作者近30 a 的心血，是我國水文地質圖編圖史上的一座里程碑〔16 － 18〕。但還存在一些問題，如圖件內容都以水資源評價為目的編制，且表達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〕運用地下水網(wǎng)絡模式，分析了構造體系對基巖山區(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，在水文地質圖上作了嘗試性表達。其他學者則從學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)使用的水文地質圖，缺少構造控水的表達方法研究，致使其使用效益和經(jīng)濟效益不高。

 

  綜合以上分析可見，水文地質圖的研究歷程是，編圖原則→編圖內容→編制方法→再到編圖原則→編制方法+ 編制內容→綜合研究，由注重基礎性理論研究逐步走向實用性研究，緊密結合社會經(jīng)濟建設和人民生活的需求。而其編圖指導思想的變革與發(fā)展，是系統(tǒng)論在各學科融合發(fā)展的體現(xiàn)。但是，傳統(tǒng)水文地質圖的重點在于地下水水資源評價，忽略了對山區(qū)找水的指導性作用，山區(qū)水文地質圖的編制研究和實踐發(fā)展緩慢。

 

  2 研究內容

 

  主要以山區(qū)水文地質條件為編圖基礎，指導山區(qū)地下水開發(fā)的山區(qū)水文地質圖，是近年水文地質學科發(fā)展的盲點。本文緊緊圍繞“水在哪里，水量大小，水質好壞，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，既要結合以往傳統(tǒng)水文地質編圖對系統(tǒng)論的重視，傳承基礎，也要貼近實際需要，注重新理論、新認識，引進、吸收、消化新興交叉學科的發(fā)散思維和相近學科快速發(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、操作性強的編圖原則。

 

  2． 2 編圖內容

 

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

 

  ( 1) 基礎地理信息，包括交通道路、自然地理、河流水庫、等高線等。

 

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

 

  ( 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、內涵豐富是編圖方法的主旨。為此，注重對山區(qū)水文地質編圖方法的研究，提倡編圖方法的靈活運用及創(chuàng)新改進，注重計算機在編圖方法改進和創(chuàng)新中的作用。側重如何合理確定哪些是主要特征，哪些是次要特征以外，還要想方設法把各個主要特征與含水巖系的劃分密切結合起來。并注重圖例的組合和改進，如構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

 

  將定性的構造、巖性、地形、地貌、氣象認識進行定量化研究。開展水文地質調查屬性數(shù)據(jù)庫的建設研究，使矢量化后的山區(qū)水文地質圖信息量最大化，檢索便捷化。

 

  3 技術路線

 

  ( 1) 積極收集關于山區(qū)水文地質圖編制的文獻資料和學科動態(tài)，對山區(qū)水文地質圖的缺陷，廣泛征求一線技術人員和國內知名專家的意見，在與團隊認識相結合的基礎上，進行意見稿的文字整理和圖件標注，深入挖掘對山區(qū)水文地質圖編制研究的理論意義和深遠影響。

 

  ( 2) 山區(qū)水文地質圖的編制方案和制圖總設計書，是課題研究深度的保障?；诙嗄晟絽^(qū)水文地質調查實踐和山區(qū)水文地質圖編制經(jīng)驗，以地質學、水文地質學、構造地質學、水文地球化學、地圖制圖學和地理信息系統(tǒng)等多學科知識為指導，結合系統(tǒng)論、信息論、圖論及經(jīng)濟學、人口地理學等社會學和美學知識，綜合制定編制方案及制圖總設計書。

 

  ( 3) 水文地質單元選擇的典型性是山區(qū)水文地質圖代表性的體現(xiàn)。擬選的水文地質單元，要具有獨立的地下含水系統(tǒng)，水文地質邊界條件清晰，水文地質特征典型，地層巖性全面，地質構造復雜，地下水露頭成因可查，水井點分布合理，易于探尋地下水水化學規(guī)律。總之力爭所選研究區(qū)能體現(xiàn)北方基巖山區(qū)地下水的典型特征。

 

  ( 4) 重點區(qū)水文地質補充調查是在以往水文地質調查成果的基礎上開展的，是此次山區(qū)水文地質編圖最重要的手段，其成果精度直接影響山區(qū)水文地質圖的使用效益。對研究區(qū)重點進行構造富水性判別、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、脈狀含水層及團窩狀含水層的不同調查方法和不同表達方法。針對精度要求高的水文地質問題，必要時可采用物探方法。

 

  4 結論

 

  ( 1) 傳統(tǒng)水文地質圖的重點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)水文地質編圖研究發(fā)展緩慢。

 

  ( 2) 經(jīng)濟社會發(fā)展需求的主要矛盾決定了水文地質圖向實用性發(fā)展，從而帶動圖件內容、編圖方法和制圖工藝等的發(fā)展。

 

  ( 3) 開展山區(qū)水文地質圖編制理論、方法的研究，能推動山區(qū)水文地質圖編制理論的研究進展，提升對山區(qū)水文地質學一些基本概念的思考，改善和加強水文地質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意義是今后研究的重點。