【前沿】未来十年水工环学科发展战略之重点发展方向和优先发展领域

前言

本文节选自《未来10年中国学科发展战略》丛书中的地球科学，该系列丛书含总论和19个学科领域专题报告，是国家自然科学基金委员会和中国科学院学部历史两年多联合开展研究的重要成果，凝聚着600多位院士、专家的智慧和心血，对广大科技工作者洞悉学科发展规律，了解前沿领域和重点研究方向及开展科技创新等有重要的参考价值，对促进我国学科均衡、协调、可持续发展必发挥积极作用。小编在地质学重点发展方向、优先发展领域及交叉研究领域中选取了关于水工环学科的内容供大家阅读，如想详细了解请阅读原著。

一、重点发展方向

01 水文地质学（地下水科学）

水文地质学是研究地下水的科学，研究与岩石圈、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，以及如何运用这些规律去合理地利用地下水，防止和治理污染，保护好有限的地下水资源，兴利除害，为人类谋福祉。

优先研究领域主要包括：

地下水环境的演化和发展趋势；

地下水循环和地下水资源的可持续利用；

人类活动与地下水环境；

介质非均质性及其对地下水流动和溶质运移的影响。

02 环境地质学

环境地质学是地质学一个相对较为年轻的分支学科，其研究对象与人类的生存环境密切相关，研究内容既包含局部和地区性的地质环境问题，也包含区域性和全球性环境问题。环境地质学应以地质环境演化、大区域和全球性气候及生态环境领域为研究方向，其发展布局需要重点考虑以下几个方面的问题：

立足于我国的地域优势，冲击全球性环境变化的理论问题；

促进环境要素定量化的理论和方法研究；

加强地质记录和数值模拟研究的结合；

进一步发展现代化的观测手段和技术平台；

新生代构造变动与东亚和全球环境；

高纬、低纬相互作用对亚洲季风和干旱环境的影响；

地质历史上的增温期与碳循环等。

03 工程地质学

工程地质学是地质学与土木工程的一个交叉学科，它是运用地质学的原理与方法，结合土木工程知识，分析和解决人类工程活动与地质环境相互作用过程中所产生的一系列地质问题。以地球系统科学的观点研究中国特殊工程地质环境条件的形成机理及其工程适宜性，推动系统工程地质学学科体系的建立和逐步完善，开展复杂环境下边坡变形破坏过程及大型滑坡发生机制研究、地质灾害预测预报研究与应用、人类工程活动与地质环境互馈机理及大型工程建设综合环境效应研究、地质灾害危险性区划、风险评价和管理、基于变形控制的地质灾害防治设计理论与方法研究及地质灾害监测预警的高精度、自动化和实时化研究等。

其重点发展方向包括：

中国西部特殊工程地质环境条件（高地应力、强风化、深卸荷等）的形成机理及发育分布规律；

大规模人类活动(大规模开挖、大型人工水体、高坝、超长隊道）与地球表层动力系统的互馈作用机制及灾害控制；

超大城市发展（超高建筑群、城市地下多层空间开发、快速交通运输系统）的地质环境效应、地面沉降及其控制；

强地震触发地质灾害发生机理及预测评价；

极端气候下的重大地质灾害机理及预测评价；

基于地质过程和变形理论的岩土体稳定性评价及灾害控制理论；

重大隐蔽型地质灾害及其前兆的识别、监测预警和应急处置；

地质灾害的风险评价与风险管理等。

二、地质学优先发展领域

地下水循环和地下水资源的可持续利用

阐明不同地域浅部和深部地下水循环的主要过程与演化特征（水动力场的演化和水文地球化学环境的演化)；揭示人类活动对地下水循环过程的影响及其带来的各神后果，评估地下水资源的数量、质量，特别要监测2万~3万年的难以更新的深部地下水系统开采后所引起的水动力场演化和地下水地球化学环境演变，为确定合适的开采方式和开采量提供依据，在掌握地下水自身更新、再生规律和采补平衡的基础上，提座不同类型地区地下水资源可持续利用的方案。要解决缺水问题，首先要阐明水循环规律及人类活动对水循环过程的影响。

在此基础上，才能准确估计区域水资源可利用量，并科学地分配好水资源，实现水资源的可持续利用。

为此建议优先研究下列关键问题：

人类活动干扰下流域地下水循环模式；

不同地域单元地下水循环过程及其演化趋势；

典型生态环境区的地下水动力学和水文地球化学4不同类型区域地下水资源评价与可持续利用。

三、地质学交叉研究领域

地下水过量开采和污染所引起的环境问题

过量开采会引起诸多环境地质问题，如地下水位大幅度持续下降、地面沉降、地裂缝、地面塌陷、海（咸）水人侵等。此外，地下水位下降还会加剧湖泊干涸、湿地萎缩、河道断流的趋势和泉水干涸，入海水量也会相应减少，导致河口生态恶化。

因此，地面沉降与地裂缝形成机制、地下水污染形成机制及其控制等科学问题必须引起我们的注意，并加以优先研究：

对于过量开采引起的环境地质问题，在诸多环境地质问题中，建议先研究危害最严重的地面沉降和地裂缝；

研究地面沉降的形成机制，地面沉降所引起的土体变形及其与水位升降模式的关系，区域地面沉降模型的研制和地面沉降的防治等；

地下水污染形成机制与地下水中各类污染物的运移行为及其模拟和趋势分析，水污染治理与水环境修复技术。

编辑：天地一沙鸥

文章：《未来10年中国学科发展战略——地球科学》

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