地下水科学(即水文地质学，这两个学科名称在本书（文）中完全通用)是20世纪中叶以来国际上地球科学发展最为迅猛的分支学科之一，成为流体地球科学的主干和基础学科。
水资源的可持续供给是当今人类社会面临的重大挑战。地下水是自然界中水循环的一个重要环节，是全球的重要供水水源。我国是一个水资源十分紧缺的国家。近30年来，强烈的人类活动使得我国原本有限的供水水源变得愈加稀缺，地表水和地下水的水质日趋恶化，地下水开发利用不当导致的地下水水位下降、流量衰减、水质恶化，以及地面沉降、地面塌陷等地质环境问题频繁发生。加快发展地下水科学，显然迫在眉睫。
。经过60余年的发展，我国地下水科学的教育、科研和生产体系已基本形成。在国家和社会需求的驱动下，科技创新取得一系列重要进展。20世纪50年代至今，大规模的经济建设和人民生活都迫切需要地下水资源的可持续供给，矿产资源开发则迫切需要防治矿坑突水。因此，地下水资源(尤其是清洁淡水资源)的勘查、评价始终是该学科发展的主要方向。20世纪70年代后期以来，与强烈的人类活动有关的地质环境保护问题成为学科的又一重要研究内容。近年来，供水水质安全、污染场地修复、流域生态环境保护、二氧化碳地质封存、核废料地质处置和地热资源的开发利用等方面的研究取得了较好的成果，极大地推动了学科的创新发展。
2005~2007年，国家自然科学基金委员会地球科学部、中国地质调查局曾经组织开展“中国地下水科学的机遇与挑战”战略研究。但由于近10年来，学科发展迅猛，亟须进一步凝练重大科学问题，对学科近年来的研究进展进行深入、系统的评述与趋势分析。因此，中国科学院地球科学部立项开展“地下水资源”学科发展战略研究，以期发挥学部对我国科学技术前沿和未来创新发展的引领作用，并推动我国水文地质学科的发展。本项目在2015年年底由林学钰向中国科学院学部提出申请，2016年2月25日向中国科学院学部常委会议汇报后获批立项实施。这是中国科学院学部首次部署地下水科学领域的学科发展战略研究项目。
在项目研究过程中，邀请到袁道先、汪集旸、薛禹群、夏军、武强等7位院士、专家提供咨询，、中国科学院、、国家自然科学基金委员会、美国科罗拉多大学的70余位专家与项目组成员一起参与学科发展战略报告的撰写。
本学科战略报告分为7章，报告编制工作采用分章负责人制，同时注重加强各章之间内容的衔接，力求体例的协调一致。各章撰写负责人如下:第一章、第七章，林学钰、王焰新；第二章，王文科、王广才；第三章，文冬光、郭华明；第四章，王焰新；第五章，吴吉春；第六章，曲建升、姚玉鹏。王焰新和林学钰负责全书统稿。苏小四参与统稿和图件清绘、文字校对工作。
目 录
总序 i
前言 vii
第一章 学科战略地位分析 1
第一节 学科特点 1
第二节 国家和社会需求分析 7
一、维持水资源安全供给是地下水科学的首要任务 8
二、水质利用和地质环境保护的需求强劲 11
三、生态文明建设全过程需要地下水科学支撑 15
四、地下水科学在地球系统科学发展中具有重要地位和作用 16
第三节 学科战略目标与发展重点 19
一、深刻认知地球水循环特征，揭示地下水资源形成分布规律 19
二、探讨复杂地下水系统中的物质与能量输运机理 20
三、提升精细观测、模拟地下水系统性状和行为的能力 23
本章参考文献 24
第二章 地下水资源与地质生态环境 27
第一节 地下水资源构成与可持续性 27
一、地下水资源及其特点 27
二、地下水资源分类与构成 29
三、气候变化和人类活动对地下水资源构成的影响 32
四、地下水资源的可持续利用 59
五、关键科学问题 65
第二节 地下水与地质环境 67
一、区域地下水位下降与上升 68
二、地面沉降 69
三、岩溶塌陷 73
四、海水入侵 77
五、土壤盐渍化 80
第三节 地下水与表生生态环境 84
一、研究现状 86
二、关键科学问题 92
第四节 特殊类型地下水 93
一、地下热水 93
二、矿泉水 96
三、卤水资源 98
第五节 中国区域水文地质 101
一、青藏高原 101
二、干旱内陆盆地 102
三、黄土高原 103
四、大型平原 103
五、沿海地区 104
六、岩溶地区 104
七、基岩山区 105
八、红层地区 106
九、展望 106
本章参考文献 108
第三章 地下水水质安全 131
第一节 地下水水质与人体健康 131
一、特殊地下水的水质特征与人体健康 132
二、地下水灌溉与食品安全 135
三、未来的研究重点 140
第二节 原生劣质地下水 140
一、概述 140
二、我国原生劣质水分布特征 141
三、高砷地下水 144
四、未来的研究趋势 151
第三节 地下水污染与防控 152
一、地下水污染研究现状 152
二、地下水污染研究中存在的问题 160
三、地下水污染研究的发展趋势 165
第四节 地下水水源地保护 172
一、概述 172
二、地下水水源地的区域规划 174
三、地下水饮用水源地保护区区划 176
四、地下水饮用水源地水质安全保障 180
五、地下水饮用水源地风险管理 184
本章参考文献 193
第四章 前沿与重大科学问题 204
第一节 水循环与地下水资源形成分布规律 204
一、区域水循环、多水转化、地表水地下水相互作用 204
二、补给、径流与排泄过程 208
三、古水文地质与古气候记录 209
四、全球变化与地下水的相互作用 212
五、人类活动影响下地下水环境的演化 215
第二节 复杂地下水系统中的物质与能量迁移微观机理 215
一、孔隙度和渗透率的发育和演化 215
二、孔隙尺度的过程及其耦合与影响 224
第三节 地下水系统的地质微生物学研究 236
一、研究现状 236
二、科学问题与学科发展趋势 247
第四节 地下水非线性系统动态耦合模拟 249
一、自下而上的方法 249
二、复杂系统理论及其在地下系统中的应用 261
第五节 地下水与粮食、能源安全 272
本章参考文献 275
第五章 新技术与新方法 299
第一节 地下水监测 299
一、监测技术方法与设备 299
二、监测网络设计 305
三、监测井新技术 306
第二节 水文地球物理 310
一、水文地球物理方法及其观测尺度 311
二、水文地球物理反演 321
三、未来发展趋势 325
第三节 水文地质试验 327
一、井孔水文地质试验 327
二、原位观测试验 330
三、室内模拟试验 336
第四节 水文地质遥感信息技术 338
一、遥感技术在水文地质领域的应用 339
二、GIS技术在水文地质领域的应用 341
三、GNNS技术在水文地质领域的应用 344
四、未来发展趋势 345
第五节 地下水模拟 346
一、概述 346
二、地下水数学模拟 347
三、未来发展趋势 355
第六节 同位素水文地质技术 357
一、同位素测试技术的快速发展 357
二、地下水补给的示踪技术 361
三、地下水同位素测年技术 362
四、水岩相互作用示踪的非传统同位素技术 367
五、地下水污染的同位素示踪技术 370
六、地下水古气候信息的提取 373
七、未来发展趋势 375
第七节 地下水资源评价与管理 379
一、地下水资源评价 379
二、地下水资源管理 381
三、未来发展趋势 389
本章参考文献 390
第六章 学科资助战略 419
第一节 发达国家地下水科学研究的资助战略 419
一、国际地下水科学发展战略与研究计划 419
二、国际地下水科学研究发展态势文献计量分析 424
第二节 我国地下水科学研究的资助战略 436
一、研究资助情况分析：布局、研究方向 436
二、研究论文产出规模及其影响力 445
三、研究论文反映出的主要问题与对策建议 448
本章参考文献 449
本书是在向中国科学院提交的学科战略研究报告的基础上修改、完善而成的。全书以分析地下水科学的发展趋势、介绍地下水资源与环境研究的前沿领域为宗旨。主要内容为:针对当前国际地下水科学研究的前沿领域和新技术、新方法，阐述其发展现状与趋势；系统分析发达国家和我国地下水科学领域的资助战略；围绕我国在地下水资源与地质生态环境和地下水水质安全两大领域的发展现状，对存在的瓶颈、需突破的关键点等做出尽可能详尽的分析。为促进我国地下水科学的进步，项目组成员还从宏观上研讨了学科发展所需的资助机制、平台建设和人才培养改革。
本书目的不是提供一个百科全书式的地下水科学战略研究概论，而是遵循有所为有所不为的原则，力图体现科技战略研究的前沿性、国家和社会需求的紧迫性，从而助力学科的创新发展；力图通过简明扼要和通俗易懂的语言让深奥的科学道理被公众所理解，从而促进社会各界对地下水科学研究的支持；力图较全面地列出国内外代表性文献，从而方便从事地下水科学领域研究、教学和生产一线的科技人员、研究生查询和参阅。
在项目研究过程中，得到了由陈颙院士、傅伯杰院士先后担任主任的两届中国科学院地学部常委们的关心和指导，得到众多同行的大力支持和无私帮助。书稿初稿完成后，承蒙香港大学焦赳赳教授、中国地质环境监测院李文鹏教授、中国科学院地理科学与资源研究所宋献方研究员、南方科技大学郑春苗教授、河海大学周志芳教授、中国地质大学(北京)周训教授等专家对书稿进行了审查并提出了宝贵的修改建议，在此一并致谢!
林学钰
2017年10月8日
本文为《中国学科发展战略·地下水科学》（中国科学院编.—北京:科学出版社，2018.3）一书“前言”，略有删减。标题为编者所加。
(中国学科发展战略)
ISBN978-7-03-054945-7
责任编辑:牛 玲
“中国学科发展战略”丛书由以院士为主体、众多专家参与的学科发展战略研究组经过深入调查和广泛研讨共同完成，旨在系统分析有关学科的发展态势和规律，提炼关键学科理论和技术问题，提出学科创新发展的新思想和新方法，并为学科的均衡发展提供政策和措施建议，对广大科技工作者和相关领域管理决策者具有重要的参考价值，同时也是社会公众了解我国学科发展现状及趋势的重要读本。
（本文编辑：刘四旦）
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