北美洲水文地质学的未来.doc

水文地质学的研究包括很多方面：学科本身、实践应用、发展的推动力以及与社会发展的关系等。因此，要思考水文地质学发展的未来，就必须展望上述几个方面随着时间的发展变化。水文地质学研究的对象是受水影响的地质过程。从事这项工作的动机可能仅仅是科学家们的好奇心，或者是渴望解决关系到社会利益的水文地质问题，或者是两者皆有。在目前的社会发展中，水文地质研究的资金是由政府赞助的，很少一部分是由工业支助的。地下水的重大意义正逐渐被社会各界所意识到，因为按照科技社会发展的需要，淡水资源的供给实在是太少了。 水文地质调查技术正在飞跃发展。我们现在已经能够在时间和空间上以非常高的分辨率，实时观察到地球的演变历史。人类正热切地期望着，这些数据能够帮助我们预测和控制水文地质系统的行为，以便于更好地服务于社会。现实中的这种期待是多么的迫切！ 水文地质学是一门以物理学为基础的学科。物理学追求的是精确的测量，详细的描述，和对物理世界中行为的可靠预测。因此，现代科技应该追求对物理世界的控制，以便于更好地受益于社会。虽然如此，由于地表以下难以深入，空间和时间尺度上的非均质性，以及使水文地质过程定量化的数学工具固有的局限性，都使得对这门学科的精确预测和对这些系统行为的控制能力产生了置疑。而且，由于物质的活动性，使得它们能够适应不断变化的环境，从而使人类预测和控制水文地质系统的希望变得愈加渺茫。 水文地质学是一门历史性强的科学。它所关注的是过去所发生的事情为什么会导致地球目前的样子。就此而言，水文地质学正享受着巨大的成功。已有的经验说明，尽管已取得了应有的发展，但是要预测水文地质系统的未来仍旧是非常困难的，甚至是不可能的。因为我们的预测模型存在着固有的局限性，而且驱动地球变化的力量本身就是不可预测的。 一方面，目前进行数据收集所用到的分辨率水平有限，另一方面，预测能力和控制水平存在着自身的局限性，这使得问题变得愈加复杂。水文地质学的未来毫无疑问要取决于应有的经济支持。目前，总的经济投入中，只有一小部分被指定用来进行自发的科学调查，主要资金还是按照预期的收益来分配的。这样以来，就产生了许多重要的问题。例如，社会应该继续强调收集越来越多的数据，还是应该根据已经建立的数据基础将资源转移到对水文地质系统进行更加完善的管理上呢？从水文地质系统中收集资料的动机又是什么？是应该及时发现人类不良行为所产生的后果，还是应该继续有效控制水文地质系统以便于更好的为人类服务呢？资助机构陷入了进退维谷的境地：人类应该相信先进的技术将会继续克服自然的限制，加强预测和控制水文地质系统的能力呢，还是应该相信这些系统是不能够被精确预测和控制的呢？每一种假设都将需要一个不同类型的研究输出结果。前一种假定将会造成水文地质系统不断地被开发；而后者则会导致与之相适应的管理，并在一定范围内限制了对水文地质系统的开发利用。所以说，前一种假定需要新的发现和创造；而后者则需要对现有的水文地质系统进行及时的监测，并随时发现其中潜在的不良影响。 50多年前，Hubbert就对许多不可再生资源的增长和下降趋势进行了研究，例如矿物、煤和碳氢化合物等。他坚信，在不可预见的未来，地球上将没有足够的自然资源能维持社会高速的经济增长。他认为，人类目前已经具备足够的科学实践能力去追求一种更为实际的长远的发展目标，或者是以一种更为缓慢的经济增长速度维持社会的长期发展（Hubbert，1973）。将Hubbert的分析延伸到水文地质系统是很有价值的，这有助于了解水文地质系统是如何随时间而退化的。这项任务将更加复杂，因为水文地质系统部分是可更新的；这里所说的退化，不仅仅指的是水体本身，土壤和其它供养植物和动物生存的生态系统的组成也都容易退化。 地球科学呈现出的一种趋势就是，越来越意识到水文学、地球化学和营养循环之间的联系；这种循环维持着生命的延续，同时也受到生命的影响。正是出于这种考虑，水文地质学的未来才可能被合理地预测。也正是因为在上个世纪50年代发现了水文地质学和地球化学、地质构造学以及石油地质之间的联系，水文地质学才会在今天发现和生物地球化学、生态水文学、生物气候学以及其它新兴研究领域之间的联系。 在岩石圈中，水是最主要的能量和物质传输的载体，水文地质学有优势也有能力通过区域地下水流动系统框架揭示相关的规律。随着研究重点向生命循环系统的转移，水文地质学、生物地球化学和生态水文学等研究领域之间的差异已经显得并不重要。 有关对水文地质系统起决定性作用的物理和化学作用过程方面的认识已经相当成熟，这其中包括流体的流动和形变、能量的传输以及化学反应等。人们相信，在目前的研究区域内，有关概念上的一些数学知识已经远远超出了人类对现有研究区域进行实际测量的需求。同时，水文地质模型研究方面的经验说明，建立模型的基础--质量和能量守恒方程、运移方程和热力