文档介绍：美国水文地质学百年回眸:100篇最有影响的文章
[美]William Back,
李烨译;冯翠娥、魏国强校译
21世纪伊始之际,为了激励水文地质学在新的世纪能有新的发展,美国水文地质学者William (包括书籍),对美国水文地质学的发展历程进行了回顾。我们编译了全文,供我国水文地质工作者参考。
这些文章分成三类:(1)采用数学表达式(热流)来解释地下水,用瞬变流状态来确定含水层的特征(下文称作“井的非平衡水力学”);(2)通过数学表达式来表示流体的分布,适合于通过不同的分析方法建立流动模拟模型(下文称作“地下水流动和模拟”概念);(3)物理化学方面的理论,如质量(浓度)作用定律、能斯特方程、吉布斯自由能和同位素等,都可以用来识别地下水的矿物作用和地球化学作用(下文称作“水文地球化学”的概念)。
所选择的文章具有以下特点:(1)许多文章是对一种现象的识别或对概念的定义;(2)应用相应的概念来解决水文地质问题。对于年轻的科学家来说,重要的是学会如何把自己的研究融入到全球科学研究领域中。
尽管本文只列出了美国和加拿大的一些出版物,但是显然可以从中意识到其它国家水文地质学家对北美科学家的重要影响。另外,其它学科领域的科学家也对水文地质学家具有一定的影响,,,。我们严格地选择了那些称为水文地质学家或先驱者们所写的文章,或那些特别强调研究地下水的文章。也就是说,,因为尽管Terzaghi的文章为水文地质学家提供了研究地面沉降的基础,但他研究的重点并非针对地下水;相反,,因为他在1937年发表了关于地下水流动的文章。同样地,我们在地球化学研究领域也作出了类似的选择。
另外,并没有将最近一些不断发表文章的作者包括在内,主要是认为,将最近的文章作为“最具影响力”的文章有失客观。其中,仅有的一篇文章是来自北美的一位科学家的文章,这位科学家1996年已经从自己的研究岗位退出了,当年我们是在美国马里兰州的巴尔的摩(Baltimore)市举行的美国地球物理联合会(Back和Herman,1996)上推荐该篇文章的。我们选择的文章主要来自两本书:《Freeze and Back》(1983)和《Back and Freeze》(1983)。
一、水文地质学的发展
(一)目前的状况
美国和世界上其它国家的水文地质学家们已经为科学的发展作出了巨大的贡献,他们为人们通过获取更安全更充足的水资源来提高自己生活水准的追求提供了充足的科学知识。水文地质学是一门比较年轻的学科,是基于地下水在地质单元内运移时所发生的物理和化学变化而发展起来的。在过去的100年里,水文地质学领域产生了许多基本概念和原理。在将地下水作为供水水源进行开采、开发、调查和管理工作中,水文地质学家起着至关重要的作用。他们同时提供了解决工程问题所需的知识,如斜坡失稳,洞穴、隧道和矿坑的脱水,地面沉降等。水文地质学家对在地质领域工作的科学家也产生着一定的影响,如成矿作用、变质作用、成岩作用、地貌学和地热学领域。地下水与地质作用之间的关系,是许多关注地下水的学者最早研究的问题。事实上,我们所列出的100篇最有影响力的水文地质学文章中,最早(Chamberlin,1885)和最近(Heath,1984)的研究成果都是关于地下水的地质作用问题的研究。
地质作用对地下水的出现和运动起控制作用,在确定水文地质学基本原理时需要考虑这一因素。如果不把构造学、地层学、岩相学、矿物学、地貌学等学科进行综合考虑的话,观测到的地下水现象将仅仅是各自孤立事件的综合体而已,无法全面地了解地下水。对地下水基本概念进行总结的出版物主要是考虑地下水的地质特征。例如,美国第一位最有影响的出版物作者是
Chamberlin(1885),尽管其报告主要是对自流井进行研究,但是同时也说明如果不了解当地的地质情况,就无法了解地下水的出现和运动。美国对地下水原理进行总结的第二位作者是Meinzer(1923),他编著了一本包括地下水在内的地质教科书。约在40年后,Maxey(1964),Davis和DeWeist(1966)在他们的地质学出版物中对地下水的原理进行了总结。在美国,Bredehoeft等(1982)对不同地区地下水流动研究情况进行了回顾,这些作者都强调了地质作用对水文地质系统和水文地球化学的作用。关于最新的将地下水与地质控制和过程进行综合分析的文章是由美国地质学会(GSA)和《Hydrogeology Journal》出版的。水文地