1、研究现状及存在的主要问题
一、国外研究现状
石漠化的发展及其对人类的危害是全球性的问题。20世纪60年代以来，随着人口的剧增和生态的破坏，全球岩溶区石漠化在不断加剧。如地中海岩溶地区、加拿大东南部布鲁斯半岛、日本秩父地区、澳大利亚塔斯马尼亚地区等均面临着严重的石漠化问题。各国对石漠化问题都给予了高度的重视，并进行了治理。在开发石漠化区岩溶含水层水资源、退耕还林、利用速生树种和种苗营养液进行石漠化区生态重建方面，取得了很多有效经验。但国外石漠化地区人口密度小，水、土、人之间矛盾没有我国突出，治理相对比较容易，技术成果报道较少。
二、国内研究现状
近十多年来，国家实施了“八七”扶贫攻坚计划、长江中上游防护林工程、水土保持工程，以及世界粮食计划、世界银行贷款和澳大利亚、新西兰的援助项目，在植树造林、封山育林、退耕还林、坡改梯、砌墙保土、土壤改良、开发岩溶水、种植适生经济作物等方面做了大量工作，取得了较多的石漠化环境整治的成功经验，从不同的角度总结了解决单一目标的工程治理措施，以及综合性的石漠化治理模式。
(一)石漠化治理的主要工程措施
1.生态修复措施
包括植树造林、退耕还林、封山育林、人工种草、草地改良为主体的生态修复工程，并与经济林木建设、中药材种植等相结合，扩大植被覆盖面积。
2.农田基本建设措施
以提高耕地质量、提高土地产出率、减少自然和人为活动对耕地的破坏和水土流失，增加农民经济收入，进而达到遏止毁林开荒为目的。该类措施以6°～25°坡耕地治理为重点，通过“坡改梯”(坡地改梯田、梯土)、“旱改水”(旱地改水浇地、平缓旱地改水稻田、望天田改保灌田)、“碎改整”(小块改大块、零乱改规整)、新开田土、冷烂锈田改造、洼地排涝等农田改造等，有效地防止或减少水土流失。
3.水利水保建设措施
水资源是动物和植物赖以生存的必要条件，是自然环境的重要组成部分，是可持续发展的基础。措施将“开源”与“截流”并重，通过对灌区改造、病险水库治理、地表“三小”(小山塘、小水窖、小水池)工程建设，致力于解决石漠化区人畜饮水和农田灌溉，改善人类生存条件，提高土地产出率，推动农业结构调整，促进石漠化区经济的发展，对有效实施退耕还林、封山育林、遏止毁林开荒起到保障作用。
4.农业产业结构调整措施
根据地域资源环境条件，进行产业结构调整，合理利用资源，布局适合于当地资源和环境优势的产业，推动地区经济的发展。如贵州省根据当地地形、气候，在一些高寒地区实施退耕还草、发展草地畜牧业，北盘江两岸发展花椒种植;广西在石漠化区实施“砍头树”种植、发展养殖业等。
5.农村能源改造措施
以解决煤炭资源缺少地区农民生活及生产燃料为目的，通过发展家庭养殖业、沼气工程、节柴改灶、农村小水电建设、太阳能利用等措施，实现遏制人为对森林的砍伐破坏。
6.生态移民措施
主要方式为异地搬迁。通过小城镇建设、发展乡镇和民营企业，有效地将石漠化区(生态恶劣区)的人口和人类工程活动向资源环境条件较优势的区域集中，转移农村劳动力，增加农村人口就业率，一方面使贫困区人口尽快脱贫，另一方面减轻石漠化区资源环境的压力和人为活动对环境的破坏，使人类对资源的需要和自然资源的承载力达到平衡，逐步恢复生态环境。
7.其他
主要为政策保障措施、科技支撑体系等。包括对石漠化治理的政策支持，治理方式的科技研究、示范工程、石漠化监测、科技培训、宣传教育、组织保障等。
(二)石漠化综合治理的主要模式
石漠化的治理是一项系统工程，一般要根据当地具体的资源环境和社会经济环境条件，因地制宜，采取多手段、多功能、多层次组合模式进行综合治理。目前，国内岩溶山区采用的综合治理模式主要有如下几类。
1.小流域综合治理模式
受地形、地貌、水文网和地质结构等条件控制，岩溶石山地区由许多具有独立功能的小流域单元组成。小流域综合治理模式的内容为:根据小流域内上、中、下游具体的社会和环境条件确定生态经济功能，合理地配置生态防护体系，通过一系列组装配套的科学技术，以水土保持为核心、以水资源开发为基础、以产业结构调整为手段，实现流域全面规划，综合防护体系和复合农业生产体系建设布局，形成符合山区特点的农、林、牧复合农业生产体系。
2.生态环境综合治理模式
针对岩溶山区缺水、少土、水土流失严重和人地矛盾突出的特点，以蓄水、治土、造林为核心，对脆弱生态环境进行治理。利用坡面雨水径流和表层带岩溶水与三小工程(小山塘、小水窖、小水池)相结合，形成微型水利系统，达到实现防止水土流失和解决干旱期间农田灌溉用水的目的;对坡耕地实施“坡改梯”工程，并与具有经济价值的草、果(树)种植相结合，把防治土壤强烈流失和沟谷侵蚀的拦沙谷坊相配合;开展生态林建设，将生态林建设与经济林木种植相结合，既增强流域内水土涵养，又实现增加经济的收入。通过上述手段，改善流域内的生态环境条件。
3.生态农业建设模式
针对岩溶山区山地多、坝地少的特点，结合地域资源和环境结构，实施农、林、牧一体化的产业结构模式。综合考虑本地区区域农业资源优势，以保护和扩大森林覆盖率为核心，以水土保持、发展经济和环境保护为目标，合理调整地区经济结构和农作(植)物结构，维系生态平衡，走生态农业的道路。同时，发展特色农业、名特优产品种植，把种植业、养殖业和产品深加工业联成整体，提高农产品的经济附加值，促进生态经济的有序发展和动态平衡，形成完整、协调的农业生态循环体系，既提高资源的利用，又实现了生态环境的保护。
4.草地畜牧业模式
西南岩溶山区雨热同季，气候温和湿润，利于牧草的生长，为发展畜牧业提供了优越的条件。在一些人口密度较小、草地面积较大的地区，利用该优势发展牧农结合型的生态农业，以草养畜、以畜养农，并进一步发展农牧产品深加工业。以草代林代粮，进行草农牧林结合，短期可保持水土，远期则可开发林木资源，既有近期效益，又有长期效益。
5.生态移民模式
中度以上的石漠化区面积大，水资源和土地资源缺乏，土地生产力和人口承载力低下，对该类地区，可通过生态移民的方式将居民迁移到环境条件较好、资源承载能力较高的地区，一方面可减轻人类为生存对原本就脆弱的生态环境的破坏，使生态环境系统得到恢复和重建，另一方面通过异地开发，改善石漠化区贫困人口的生存环境，促进脱贫，从而实现石漠化区社会经济和资源环境协调的可持续发展。
6.庭院生态经济模式
以沼气建设利用为纽带，以完善和稳定“经果林—畜禽养殖—沼气”为基础，充分利用农户庭院前后及耕地资源，以改善农民生活基础设施条件为目的，以种植经济林木、中药材和养殖优质畜禽为主要内容，对石漠化山区山、水、林、田、路、网进行综合规划建设。通过优化岩溶石漠化区经济系统中的种植结构、养殖结构、能源结构与技术结构，增加农民收入，优化农村环境。庭院生态经济模式的高效运行可改变农村庭院生活环境条件和不文明现象，逐步形成以种植为基础、以养殖业为主干、以沼气为纽带、种养和加工相互配套、农林牧副业协调发展的农村生态经济体系，与石漠化防治融为一体，推进石漠化的综合治理。
(三)石漠化理论研究方面的典型工作
1)袁道先院士在《岩溶生态系统和石漠化治理》中，结合西南岩溶石山地区的实际情况，采用大量的科学数据、图表，对岩溶环境生态系统进行了具体的分析和论证。
2)1999～2002年，中国地质调查局完成了我国西南岩溶山区地下水及生态地质环境调查，采用遥感解译、地面核实调查等手段，基本查清了我国西南岩溶石山地区石漠化的现状、空间分布、发展趋势，编制了《西南岩溶山区地下水及生态地质环境调查报告》。
3)贵州省地矿局王明章研究员等在“贵州省岩溶山区地下水及生态地质环境调查”成果资料的基础上，编制并出版了《贵州省岩溶石山生态地质环境研究》，对贵州省石漠化的现状、分布、成因、发展演化，进行了研究和阐述，并从地质学的角度初步提出了石漠化治理的途径设想。
4)贵州省地矿局区域地质调查院况顺达博士等以国家高技术研究发展计划(863计划)项目为平台，采用遥感技术完成了石漠化演变监测技术方法的研究，提交了《中国西南地区石漠化遥感调查关键技术研究及预警预报成果报告》。
5)贵州省师范大学熊康宁教授等以遥感技术为主要手段，对贵州省石漠化现状进行了调查，编制出版了《贵州省岩溶石漠化类型遥感调查研究》，阐述了遥感调查的方法、贵州省石漠化的基本特征和现状。
6)中国科学院地球化学研究所牵头，贵州大学、贵州师范大学、贵州科学院、贵州省地矿局、河海大学、同济大学等单位共同承担了国家重点基础研究(973计划项目)，从地球化学的角度开展包括石漠化问题在内的岩溶山区物质运移循环研究。
(四)石漠化治理方面的典型工作
1)林业部门从20世纪80年代以来，结合国家长防、珠防工程，开展了以“退耕还林、植树造林、封山育林”为主的生态恢复工程。
2)发改委、水利和农业部门以解决缺水问题为核心，采取了以小流域为单元，实行山、水、林、田、路、网统筹规划综合治理工程;以坡耕地的综合整治为突破口，对25°以下石漠化程度较轻、土层较厚的缓坡耕地实施坡改梯工程;在人口密度相对较小的区域，大力实施生态自然修复工程;加大沼气建设，解决能源紧缺问题;以增加群众收入、促进农民脱贫致富为重点，因地制宜发展中药材、花椒、砂仁等具有市场优势经济林果，并以此培育和形成生态产业。贵州省内典型工程有关岭县石板桥小流域治理工程、花江板贵小流域治理工程、思南碗水坝小流域治理工程等。
3)2003年以来，中国地质调查局开展了西南岩溶石山地区典型岩溶流域地质环境综合整治示范项目，分别在贵州省、云南省、广西壮族自治区、湖南省等省(区)以岩溶流域为单元，开展了以地下水开发为龙头的石漠化地质环境综合整治示范工程。典型工程如代表峰丛洼地类型的贵州省巨木地下河流域，代表垄岗槽谷类型的贵州省道真上坝地下河流域、云南省泸西小江流域、湖南省洛塔等石漠化治理工程。从地学的角度开展以石漠化综合治理为目的地质环境整治示范工作。通过多年的工作，初步取得了一定的经验和成果，丰富了石漠化综合治理的理论。上述示范工程的实施，将对改善当地人民的生存和生产条件、脱贫致富提供基础条件，并对推动岩溶山区石漠化综合整治将起到积极的作用。而且这一项目成为本研究的基础。
4)在国家林业局的支持下，贵州省科技厅星火科技计划在省内岩溶石漠化地区实施30万亩金银花种植的石漠化生态环境治理工程，推行“林—草—畜”生态研制模式发展畜牧业，带动农民致富，同时保护和改善生态环境，取得了良好的社会和经济效益，并完成了《岩溶石漠化地区种植金银花的生态与经济效益报告》。
5)中国地质科学院岩溶地质研究所在广西果化、湖南洛塔等地进行了以地下水开发为主的地质环境整治示范工程。
6)中韩两国共同投入在贵州省修文县开展了以植树造林、小水窖和沼气工程为主的石漠化治理工程，取得了良好的效果。
7)2008年以来，国家在西南岩溶山区选择了100个重点县(其中贵州省55个)，开展了石漠化综合治理试点，目前试点工作正在正常推进。
三、存在的主要问题
石漠化的研究和治理取得了丰硕的成果，但是，总体上看，仍然存在如下方面的问题。
(一)石漠化继续发展，生态环境形势仍然严峻
当前，国内外有关人员从不同的侧面对岩溶石漠化治理开展了大量的研究，并实施了较多的试验和示范性工程，在岩溶山地区石漠化成因和防治的理论方面都取得了重大的进展，为岩溶山区石漠化的整治提供了较多成功的经验。但是，应该看到，治理效果仍不是非常理想。根据相关资料，20世纪以来，尽管我国有效治理了岩溶石漠化面积5000平方千米，但由于地质环境条件的复杂性和不合理的人为工程活动，岩溶石漠化加剧的面积增加了2.5万平方千米。石漠化的加剧和改善面积比为5∶1。岩溶石漠化的形势仍然严峻。
(二)石漠化治理的理论和实践措施尚需进一步充实和完善
“石漠化的形成和发展是脆弱的岩溶环境条件与不合理的人为活动共同作用的结果”;“脆弱的岩溶地质环境是石漠化发生的基础、不合理的人为工程活动是石漠化发生的驱动力”;“对石漠化治理不但要对已经发生的石漠化环境进行修复，更重要的是要通过科学的手段防止新的石漠化继续发生和发展”已经为大众认识。因此，合理的石漠化的治理途径不但要对不合理的工程活动进行遏制，而且应通过科学的手段对脆弱的地质环境实施改善，才能达到预期的效果。但是在目前的实践中，通常采取的各种治理模式都主要集中在针对遏制不合理的人为工程活动方面，而对如何改善石漠化区脆弱的地质环境方面却重视不够。
近年来，不同部门从不同行业的角度实施了较多的石漠化整治工程，取得了一定的成果和较丰富的经验，总结了不同的综合治理模式。概括起来，这些治理模式基本上都是扩大植被覆盖面积、土地整理、地表水资源的开发、农业产业结构调整、生态移民、庭院经济等措施的集成。虽然这些模式既有通过自然和人工干预促使植被恢复、对已经恶化的石漠化生态环境进行修复的工程，也有通过科学的手段改善石漠化区民众的生活和生产环境、发展经济、从源头上防止石漠化继续发生和发展的措施，但是，综合分析可以看出，这些治理模式都有一个共同的特点，都将主要的目标集中在对地表生物圈层的人为干预和控制，而不同程度地忽视了支撑生物圈层的地质环境条件对石漠化发展的巨大作用，表现为一是缺乏对石漠化形成的内在基本环境———石漠化区地质环境的综合整治;二是在治理措施的选择和工程布局上通常未能充分考虑治理区的地质环境背景(水文地质条件、地球化学背景等)对治理措施的适宜性;三是未能很好地考虑开发利用当地丰富的地质资源并充分利用于石漠化的整治中。其结果治理工程仍然主要在脆弱的地质环境的基础上进行。尽管多年来国家对水土保持、石漠化防治等生态环境治理工作投入了大量的资金，这些治理工作确实也起到了较好的作用，但是，综合分析近年来西南岩溶山区石漠化发展的趋势，石漠化程度和面积仍然在以较快的速率持续发展，究其原因可以认为:造成该问题的原因除石漠化治理的投入力度尚不足以外，还在于当前的治理模式和工程过多是立足于石漠化形成的外因控制上，而对地质环境的治理力度薄弱。
地质环境是一切生态环境形成的基础，地质环境条件的好坏，决定了生态环境的优劣，“基础不牢、地动山摇”，可以认为:忽视对地质环境进行有效的整治，基于脆弱的地质环境的基础上进行的石漠化防治工作唯以取得理想的预期效果。因此，现有的石漠化综合治理模式有待于进一步的补充和完善。
(三)水源缺乏、土地缺少和土质贫瘠的问题亟待解决
石漠化区生态环境脆弱的基本特征就是“地表缺水、少土、土质贫瘠”，是造成石漠化形成和发展的最根本的原因，也是目前采用的石漠化治理工程中难以解决关键所在。
岩溶山区强烈岩溶发育造成地表水流严重漏失，地表出现严重的干旱缺水现象，造成岩溶山区人畜饮水和工农业生产供水困难，成为社会经济发展的“瓶颈”。
“少土”是岩溶石漠化区生态环境脆弱的另类典型特征。碳酸盐岩成土条件本来就极差，加之地形条件以山地为主，土地主要分散分布在山间盆地、谷地和洼地中，可供耕种的土地面积少，土地资源有限。随着农村人口的增加，人均耕地占有量呈继续逐渐减少的趋势。特别是岩溶山区人口增长速度快，低承载力的土地与高密度的人口必然产生粮食增长与人口增长失衡问题。以贵州省为例，2005年全省人均耕地面积1.7亩，其中常用耕地人均仅0.68亩。退耕还林后虽可有效地防止水土流失的进一步发展，但人口过多的现实却相应增大了石漠化区土地资源的压力。虽然加大小城镇建设和生态移民是缓解农村人口与耕地不足矛盾的有效措施，但是，也应看到未来相当长的时期内农民对土地仍将有较强的依赖性，并且生态移民也需要相应的土地和水资源作支撑。因此，可耕种土地的缺少成为制约生态移民工程实施的“瓶颈”之一。
碳酸盐岩溶区的耕地一方面是土层薄、分布不连续、保水性和耐旱性差，另一方面土壤中营养元素缺乏，严重的水土流失引起土壤中营养元素的大幅度减少，使得耕地土质贫瘠、土地产出率低、农作物品质低下，成为限制地域经济发展的重要原因之一。
岩溶山区水源匮乏、土地缺少和土质贫瘠与地质环境密切相关，是石漠化治理中的难点所在，也是必须解决的最基本的问题。
2、国内外研究现状与趋势
（一）美国百年地下水开发利用史的启示
美国是开展地下水可持续利用性研究比较早的国家。早在1883年美国学者Chamber⁃lin即出版了《自流井》，首次论述了自流井的成井条件和开发理论。1897年Iowa州地质调查局Norton在《Iowa自流井》报告中首次使用“含水层”理念。Todd于1900年提出，过多的自流井将导致自流水量衰减。1923年Meinzer出版了《美国地下水形成与理论探讨》和《地下水文学概要》，系统地总结了水文地质学的研究工作和理论进展，同时首次对全国地下水资源进行了定性评估，阐述了美国地下水发生、补给、排泄、径流、数量、质量、开发利用等各个方面（陈美贞，2006；陈仁升等，2003）。1935年Theis提出非稳定流理论，使许多实际问题得到较好解决。
在地下水开发方面，人们开始意识到地下水资源是有限的。20世纪30年代Tolman及同事发现了地下水开采所引发的海水入侵和地面沉降现象。20世纪60年代中期，以州为单位先后进行了各州地下水资源调查和均衡法地下水资源评价。1963年McGuinness总结了各州及地区地下水资源评价研究成果。
1977年美国发生了特大干旱，1978年美国地质调查局（USGS）启动了“区域水系统分析项目（RASA）”，历时近20年，调查和研究了全国28个以流域为单元的水系统，采用三维有限差分地下水流数值模型，模拟地下水开发前后地下水动态变化，并于1990～2000年期间编制出版了各个水系统的地下水图集（比例尺为1：250万～1：10万）。
目前，美国的地下水开采量占总用水量的 20.7%。其中，98.3% 的家庭用水、57.4%的牲畜用水和41.5%的灌溉用水都依赖于开采地下水源供给，而且对生态环境的改善和保护意识也越来越强烈。为此，美国正在开展新一轮“地下水资源计划”（GWRP），研究重点已从过去的以州为单位转向整个水系统、水文系统和生态环境系统，从过去偏重地下水的资源供给功能转向地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能综合调查评价研究，强调地下水可持续利用性研究。
近百年来美国地下水开发利用史表明，经济社会发展对地下水开发利用理念及其生态-地质环境功能研究具有重大推动作用。在19世纪以前，地下水仅是经济社会发展中一种补充性资源，在水资源中地表水的开发利用研究占主导地位。进入20世纪60年代，地下水成为经济社会发展愈来愈依赖的基础资源，特别是在持续干旱年份，地下水的开发利用得到空前的重视，同时含水层疏干、依赖地下水维持的生态系统急剧退化、地面沉降和海咸水入侵等环境问题日趋显现。据USGS统计，在美国公共供水中，地下水的比重从1950年的26%增到2000年的37%。80年代，地下水保护问题受到重视，美国联邦政府制定了提高污水排放标准和提高用水效率的多项保护法规，到2000年亩均灌水量比1950年减少了30%。在《2000～2010年美国地质调查局地质部科学战略》和《1998～2008年水资源部发展战略》中，突出了地下水的可用性和可持续性研究，包括城市化和市郊化对地下水影响调查、海岸带土地利用和人口增长对地下水影响调查和地下水-地表水相互作用研究。
（二）国内地下水评价研究动态
从20世纪50年代以来，地质矿产部和有关部门在全国范围内开展了大量的地下水及其环境地质问题调查评价工作，包括区域水文地质、供水水文地质、环境水文地质、地下水资源评价与新技术和新方法应用。经过50多年来的水文地质工作，基本查明了我国地下水资源的区域分布规律，并且把西北和华北的地下水勘察研究作为一项主要战略任务做了大量工作，实现了各种信息的采集、处理、存储、传输和交换，并开始把地下水作为水圈、岩石圈的组成部分和重要环境因子，开展地球表层四大圈层相互关系及大陆水循环与全球变化研究，把地下水融入“全球一体化”的大环境中思考，利用大剖面、同位素等研究地下水循环方式，极大地改变着地下水评价的传统思维与方式，尤其是近几年信息技术的发展，加快了对地下水评价的速度。
50多年的地下水评价工作，具有如下特点：①体现国家意志、服从国家目标，成为地下水评价的宗旨；②发挥水文地质工作优势，体现地下水区域性、基础性评价服务于国家建设；③取得的丰富资料和经验，奠定了地下水评价方法研究的基础。自20世纪70年代以来，由于应用数学和地下水动力学的相互渗透，以及电算技术的推广和应用，丰富并突破了传统水文地质学的内容，使地下水评价从定性研究发展到定量研究的新阶段。地下水资源评价的基本理论，从稳定流发展到非稳定流，从二维流发展到三维流，从一般均衡法和比拟法，发展到解析法和有限单元或有限差分数值法及相关分析法。地下水质量评价从单项评价发展到综合评价，从一般数理统计方法发展到聚类、神经网络和灰色系统评价方法。
20世纪80年代后期，地下水资源评价工作开始把主要目标转向管理模型的研究，涉及与地下水开发活动有关的自然环境、社会环境和技术经济环境等各方面问题。
但是，面对21世纪可持续发展的要求，地下水评价工作存在不同程度的不适应新问题。始于20世纪80年代的第一轮全国地下水资源评价，是基于以消耗资源、牺牲环境作为代价的发展过程，在评价指导思想、评价理念和评价方法诸方面，都存在历史的局限性，急需按新的要求进行完善和发展。例如由于受当时认识能力和技术水平的局限，对地下水系统的资源、环境和生态属性功能的基本认识和评价方式中，有关可持续发展思想和水循环理念体现不足，静态思维比较突出。
1.地下水资源分类与概念演变
20世纪50～60年代，我国在地下水资源评价方面普遍采用前苏联的“四大储存量”的概念，即动储存量、静储存量、调节储存量和开采储存量。在欧美一些国家也都使用过这些概念（曲焕林等，1991）。经过水文地质工作者的多年实践，普遍感到应用“四大储存量”的概念评价地下水资源存在许多缺陷（陈雨荪，1982；刘光亚，1982；王强忠等，1982），现在已基本停止使用。
在20世纪70年代提出了“三种水量”的概念，即补给量、储存量、允许开采量，并于1989年纳入国家标准（GBJ27-88）。但是随着实践和理论的发展，其局限性和理论缺陷逐渐暴露出来（徐恒力等，2001）。方案中沿袭以含水层（或水源地）为评价单元的思维模式，没有体现地下水资源整体性和系统性；补给量和储存量的时空概念含糊，容易造成水量重复计算；允许开采量仅仅是一种笼统的提法，在实践中难以操作等。
20世纪80年代“资源”的概念逐渐为人们所接受，欧美、日本等国家和地区先后采用了地下水资源的概念，陆续出现了“潜在可更新资源”（Potential Renewable Resource）、“实际可更新资源”（Actual Renewable Resource）、“可用更新资源”（Available Renewable Resource）、“安全开采量”（Safe Yield）、“可持续开采量”（Sustainable Yield）和“实际可持续开采量”（Practical Sustained Yield）等。
我国学者王大纯教授（1995）等人，从地下水资源自然属性出发，将地下水资源划分为“补给资源”和“储存资源”两类。“补给资源”被定义为“含水系统可以恢复再生的水量”。将含水系统的多年平均补给量作为补给资源量，单位为m3/a。“储存资源”被定义为“含水系统在地质历史时期积累保存下来的水量”。将含水系统多年平均低水位以下的重力水体积作为储存资源量，单位为m3。
陈梦熊院士等1983年提出的、后经过不断调整和补充（2002）的地下水资源分类，也具有广泛代表性。在该分类中，将地下水资源分为“天然资源”和“可采资源”。“天然资源”被定义为“在一个完整的水文地质单元（地下水系统）内，地下水在天然条件下通过各种途径，直接或间接地接受大气降水或地表水入渗补给而形成的具有一定水化学特征、可资利用并按水文周期呈现规律变化的多年平均补给量”，一般可用区域内各项补给量的总和或排泄量的总和来表征。“可采资源”被定义为“在经济技术条件合理、开采过程中不发生水质恶化或其他不良地质现象（如地面沉降、地面塌陷等），并对生态平衡不致造成不利影响的情况下，有保证的可供开采的地下水资源”。
2.地下水资源评价方法研究现状
达西（Darcy）定律和水量均衡是地下水资源数量评价的理论基础，由此产生了两种评价方法，即“地下水系统水量均衡法”和“地下水系统水动力学法”。
“地下水系统水量均衡法”是直接利用质量均衡原理，通过建立地下水系统的补给量、排泄量和储变量之间水量关系，确定地下水资源数量。“地下水系统水量均衡法”既可用于区域地下水资源的水量计算，又可用于局域地下水资源的水量计算；既可估算地下水系统的补给和排泄的总量，又可计算地下水系统的各单项量，是地下水资源评价中最常用的一种基本方法，也是一种比较可靠的方法。
“地下水系统水动力学法”是根据达西定律和水量均衡原理，建立描述地下水运动规律的微分方程，通过求解微分方程，实现对地下水系统水量状态评价。
按照微分方程的解法，划分为“解析法”和“数值法”。解析法是根据地下水井流理论进行地下水量评价，主要适用于均衡区范围较小、水文地质条件简单的均质含水系统。在20世纪50年代之前，解析法在地下水资源评价中发挥了重要作用，迄今仍然是地下水资源评价中确定水文地质参数的主要方法。但是当把解析法应用于大范围水系统时，由于实际的水文地质条件远较解析法所假设的条件要复杂得多，其局限性就暴露了出来（薛禹群等，1986）。
为了解决随地下水开采规模进一步扩大所出现的问题，在20世纪50～60年代，兴起物理模拟（电模拟和砂槽模拟等）技术，但是仍不能很好地解决复杂水文地质条件下区域地下水资源评价所面临的问题。计算机技术和数值计算在地下水资源评价中的应用推广，使一些复杂地下水流模拟成为可能，而且开始考虑含水介质的非均质性和各向异性，对复杂的越流系统和具有不规则形状的各类边界条件，以及多相流和双重介质等问题也开展了深入的研究，在概念模型中更多地保留了实体系统的自然特性。由于数值法既可用于大区域地下水资源评价，又可用于局部的水源地评价；既可处理复杂的水文地质问题，又具有较高的计算精度，因此，逐渐成为地下水资源评价的重要方法，并因其更易实现系统分析的目标而被广泛应用于地下水资源评价和管理工作中。
在地下水资源评价中，常用的方法还有水文分析法、相关分析法、水文地质比拟法等。“水文分析法”是仿照陆地水文学的测流分析，计算地下水补给量的一种方法，主要应用于地下水补给量全部转化为地下水泄流的地区，如岩溶管道流区、全排型岩溶大泉的岩溶水系统或基岩山区裂隙水系统等其他方法难以应用的地区，主要有地下径流模数法和基流分割法。“水文地质比拟法”，常用于实际资料缺乏的地区，主要根据水文地质条件的相似性，用区域内局部地段或相似条件的其他地区的实际资料比拟到全区或研究区进行地下水资源评价，多数用于可采资源的估计。该方法是研究区缺乏资料情况下不得已的选择，其评价结果的精确性较差。“相关分析法”是一种统计学方法，主要用于区域水文地质勘探试验资料不足，但是地下水动态资料较多的地区，应用这种方法进行外推时其可靠性很难保证。“开采试验法”，在地下水的非补给期（枯水期），按接近取水工程设计的开采条件，进行较长时间的抽水实验，然后根据抽水量、水位降深动态或开采条件下的水量均衡方程求解出水源地枯季补给量，并以此作为水源地的允许开采量。该方法主要用于水源地允许开采量的评价，在区域地下水资源评价中主要用该方法求取参数。
纵观国内外地下水评价成果，最常用的方法是“地下水系统水量均衡法”和“数值法”。美国1977年开展的“区域水系统分析计划”（简称RASAP，1978～1995年期间）联合运用数值法和均衡法对全国25个主要地下水系统水资源进行了评价（USGS，1998）。在2000年开始的新一轮地下水资源评价（Ground-water Resources Program）中，仍然以数值法为主（USGS，2001）。欧盟各国联合开展的区域地下水资源评价中，水量均衡法是主要方法（Fried，1982；Rees and Cole，1997）。此外，亚洲、非洲一些国家也大多采用水量均衡法和数值法进行区域地下水资源评价（Leslie B.Smith and Kadri Külm，2002；Shahin，1989；Lloyd，1990；Ulf Thorweihe and Manfred Heinl，2002）。我国在20世纪80年代开展的第一轮全国地下水资源评价中，均衡法和数值法也是主要评价方法。
随着数学地质的发展，最近在国内外地下水评价中出现了一些新的理论方法，如随机理论和神经网络（Kitanidis，1985；Bates，1992；Gelhar，1993；Brannan，1993；杨金忠等，2000），但是这些方法还处于理论探索之中，目前还难以广泛实际应用。
3.地下水质量评价研究现状
我国在早期的地下水质量评价中一般借用外国学者设计的评价模式，如内梅罗（Nemerow N.L.）指数法等。但是在应用过程中，逐渐发现这些评价模式在理论上和实践上的不足，于是我国地下水质量评价工作者，根据自己实践的经验和实际情况，提出了许多适合不同用途的水质量评价方法。如20世纪60年代开始用“环境质量综合指数”定量地表示环境质量状况，发展至今已提出许多种计算综合指数的数学模式，这些模式对环境质量的划分一度起了积极的作用。
早期全国性地下水质量评价，尚无“国家地下水水质标准”，主要依据国家建委和卫生部批准试行的“生活饮用水卫生标准”（TJ20-76），并参考世界卫生组织（WHO）1958年公布的“饮用水水质标准”，个别评价参数考虑地方“饮用水水质标准”。评价方法主要采用指数法、多项参数法和模糊数学法等。在现今的全国地下水质量评价中，虽然在评价项目选定、分类和污染等级划分等方面有所变动，但是其思路和技术方法均沿袭了这一格局。
20世纪80年代以来，随着计算机技术的高速发展和广泛应用，模糊数学、灰色聚类和神经网络等方法在地下水质量评价中广泛应用，且随着方法的改进，人们也越来越重视评价结果的合理性。但是由于影响地下水质量的因素较多，以至各评价方法都存在一些局限性。例如综合污染指标法的“硬性分级划分”，灰色和模糊系统需要设计若干不同的效用函数（灰色系统的白化函数、模糊数学的隶属函数等），以及人为地给定各评价指标的权重（或权函数）等，这些效用函数和指标权重的给定难免不带主观性，造成评价方法难以通用，增加了应用的困难和人为臆断因素对结论的影响。在地下水质量评价方法中，普遍存在“参数权重”问题，例如指数法把各个水质参数等同，模型法在参数选取和参数权重设定中存在较大的主观性。目前，迅速发展的人工神经网络评价方法，拓宽了地下水质量评价方法的视野。
4.地下水脆弱性评价研究现状
自1968年Margat首次提出“地下水脆弱性”这一术语后，虽然经过几十年的发展，但是至今国内外对“地下水脆弱性”概念仍然没有统一的定义，许多学者根据自己所考虑的因素从不同的角度给“地下水脆弱性”以不同的定义。
以1987年为限，“地下水脆弱性”概念的发展过程可划分两个阶段。在1987年以前，有关地下水脆弱性的概念多是从水文地质本身的内部要素这一角度来定义的。1970年Margat与Albiet提出的地下水脆弱性是指在自然条件下污染源从地表渗透与扩散到地下水面的可能性。Olmer与Rezac则认为地下水脆弱性是地下水可能遭受危害的程度，这种危害程度由自然条件决定，而与现有污染源无关。Vrana提出地下水脆弱性是影响污染物进入含水层的地表与地下条件的复杂性。1983年Villumsen等定义地下水脆弱性是指应用中或废弃于地表的化学物质对地下水的危害性。1987年“土壤与地下水脆弱性国际会议”揭开了“地下水脆弱性”研究新阶段的序幕。多数学者主张在定义地下水脆弱性时应考虑含水层本身的易污染性和人类活动与污染源的影响。有的学者提出地下水脆弱性是地下水质量对现在或将来有害于其使用价值的敏感性。
地下水系统脆弱性已经被广泛认同的是指这个系统对来自外部（天然与人类活动）从时间和空间上影响它的状态及性质的处理能力。1991年美国审计署应用“水文地质脆弱性”来表达含水层在自然条件下的易污染性，而用“总脆弱性”来表达含水层在人类活动影响下的易污染性。美国国家科学研究委员会于1993年提出地下水脆弱性是污染物到达最上层含水层之上某特定位置的倾向性与可能性，并将地下水脆弱性分为两类：一类是本质脆弱性，即不考虑人类活动和污染源而只考虑水文地质内部因素的脆弱性；另一类是特殊脆弱性，即地下水对某一特定污染源或污染群体或人类活动的脆弱性。欧洲、北美和澳大利亚等地区，在地下水污染防治工作中，已经以污染治理为重点转变为以防止污染为重点，开展了地下水环境脆弱性评价，并编制了评价图册。
至今国内尚没有明确的“地下水脆弱性”的定义，定义多引用外文资料，多是从水文地质本身内部要素角度出发，针对局部城市或水源地，包括“环境生态脆弱区地下水开发模式及系列编图”工作，研究地下水本质脆弱性，常以“地下水的易污染性”、“污染潜力”、“防污性能”等来代替“地下水脆弱性”这一术语。
5.存在问题
新中国成立以来，地下水评价工作为保障国家经济社会发展的需求提供了重要支撑。但是，从地下水可持续利用角度考虑，地下水评价工作尚存在如下问题：
1）以往的工作，偏重地下水赋存条件的研究，对地下含水层结构和地下水补、径、排条件研究程度有待深入。作为地下水赋存空间的地下水系统结构和地下水动态，是地下水资源评价的基础。
2）地下水与环境保护密切相关，是环境保护的重要制约因素。以往对地下水质量、环境和生态属性功能评价重视不够。
3）地下水资源可持续利用程度及趋势预测研究缺乏深度，不能适应国民经济对地下水前瞻性要求。
4）由于大量的水利工程修建，改变了地表水、地下水循环条件，出现了不少新的水环境问题，特别是地下水补给条件的改变，使得有些地区地下水补给减少，生态环境不断恶化。因此，在新的地下水评价中急需考虑这些变化的影响。
（三）地下水功能评价与区划研究现状
1998年许志荣在《水文地质工程地质》（第五期）上发表了“地下水功能区划分初探”，提出了开展地下水功能区划的必要性。1999年史瑞青等在《工程勘察》（第一期）上介绍了“灰色聚类分析在地下水区划中应用”的技巧。2001年费为进等在《地下水》（第四期）上发表了“快速灰色分级聚类法在地下水功能区划中应用”，提出灰色分级聚类法是地下水功能区划的一种简明方法。这一时期的地下水功能研究都是从地下水资源合理利用角度出发，基于传统地下水资源评价理念。
2002年中国地质调查局水环部从生态、地质环境保护角度，作为约束条件，提出开展“地下水功能评价专题研究”，由中国地质科学院水文地质环境地质研究所张光辉研究员主持开展有关地下水功能理念、评价理论与方法探索性研究，于2003年提出了地下水功能评价基本框架和评价指标体系。2004年6月该项目组完成了“地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能评价的科学体系”构建和论证，包括基本理念、评价理论、评价指标体系和评价关键技术等，编制了“地下水功能评价与区划技术”，编入中国地质调查局《全国地下水资源及其环境问题调查评价技术要求系列》（二、三）中，并先后在兰州、武汉、石家庄、北京、沈阳和呼和浩特主办“地下水功能评价与区划”技术骨干培训班，在我国西北、华北和东北地区全面推广应用。2004年唐克旺等在《水资源保护》（第五期）上发表了“地下水功能区划分浅谈”，介绍了水利部门进行地下水功能区划的基本思路。2005年水利部下发了《关于开展全国地下水功能区划定工作的通知》。2006年张光辉等在《水文地质工程地质》（第四期）上发表了“区域地下水功能及可持续利用性评价理论与方法”一文，全面阐述了地下水功能评价理论和方法；黄鹏飞等在《中国环境管理》（2006年第二期）上发表了“层次分析法在民勤绿洲地下水功能评价中应用”，介绍了地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能状况。2007年罗育池等在《中国农村水利水电》（第九期）上发表了“基于MapGIS的河南省浅层地下水功能评价与区划”；吕红等在《水文》（2007年第三期）上发表了“山东省地下水功能区划初探”，指出地下水功能区划是政府行使管理职能的重要基础；闫成云等在《水文地质工程地质》（2007年第三、四期）上发表了“疏勒河流域中下游盆地地下水功能评价与区划”，引用大量实例阐述了地下水功能评价与区划的实际效用。2007年范伟完成了“吉林省平原区地下水功能评价”硕士学位论文。张光辉等在《地质通报》（2008年第六期）上论证了地下水功能评价与地下水可持续开采量的关系。
（四）地下水开发利用研究现状与趋势
地下水开发利用研究总的趋势是学科内涵不断拓展、生态-地质环境保护优先、安全保障能力建设为重点、与经济社会和谐可持续发展是根本。
1）资源和环境、生态并重，已成为地下水开发利用研究的主题。地下水可持续利用既要保障社会稳定的水供给，又不能牺牲生态-地质环境效益，同时不影响未来长远的水资源利用。恢复由于人类影响而退化的地下水功能、地下水疏干区定量跟踪和调控、增强地下水含水层获得补给途径和机制、地表水与地下水联合调蓄和协调开发、地下水利用和分配的社会-经济规律及管理模式等是当前重要的研究课题。
2）地球表层系统的水文地质过程研究，已成为现代地下水科学演化的重要专题。土壤、包气带、浅层地下水、湿地与湖泊、绿洲、河流和农业用地等，与地下水可持续利用性研究密切相关。包气带是介于潜水面和地表之间的多孔介质，化学风化、有机质分解、氮素固定等其他化学物质循环过程均发生在包气带，也是地下水补给、污染物向地下水运移的必经之路。包气带中所发生的物理、化学和生物过程与水文地质学、土壤学、生态学和环境学关联性愈来愈紧密（甘肃地调院，2007）。
3）建立高效的地下水动态监测、状况调查和突发应急机制，经济社会发展的需求愈来愈迫切。1996年国际水文计划工作组将“可持续水资源利用”定义为“支承从现在到未来社会及其福利要求，而不破坏他们赖以生存的水文循环及生态系统完整性的水的管理和使用”。要求在水资源规划、开发和管理中，寻求经济发展、环境保护和人类社会福利之间的最佳联系与协调，强调未来变化、社会福利、水文循环、生态系统保护的完整性，使“未来遗憾可能性达到最小”。2000年在美国召开的“水资源综合管理研讨会”上，达成一个共识：流域统一管理是防止土地退化、保护淡水资源与生物多样性、实现水资源可持续利用的必然抉择。
4）可持续性（Sustainability）是当今地下水开发利用中最为人们关注的核心。它指地下水时空上能够连续下去。Serageldin and Steer将“可持续性”概化为“可持续性弱”、“可持续性适度”、“可持续性强”和“可持续性过强”。“可持续性弱”不关心局部、只关心整体；“可持续性适度”主要以维持系统的整体性为目的，但也适当关照其组分；“可持续性强”要求保持系统组分的良好状态，同时也关照到系统整体，各组分不可互相替换，而且根据某些理解，即使是在组分内部，可替换性也是受到限制的；“可持续性过强”就是保持系统的所有要素完好无损且无任何损耗。
3、岩溶塌陷研究的发展趋势
从国内外岩溶塌陷研究现状来看，未来岩溶塌陷研究的发展趋势可能并应该侧重在如下几个方面。
1.2.3.1 岩溶塌陷风险评价方法研究
1989年由美国国家科学院的全国研究理事会（NRC）及联邦所属科学和减灾机构召集，由17位成员组成的国家委员会分工协作，制定了减灾十年计划。我国当前岩溶塌陷评价只限于根据其主要影响因素和由模型试验获得的临界条件进行潜在塌陷危险性分区，这对有关部门进行塌陷防治决策而言是远远不够的，因为对塌陷危险区的处理与否以及处理方案的确定往往还取决于它所产生的社会经济影响。因此，在岩溶塌陷评价中，需开展环境地质学、土木工程学、地理学、城市规划与社会经济学等多领域、多学科的协作，对潜在塌陷的危险性、生态系统的敏感性、经济与社会结构的脆弱性进行综合分析，才能达到对岩溶塌陷进行风险评价的目的。这对有关部门进行塌陷防治决策将具有重要意义。“3S”技术（地理信息系统、遥感技术和全球定位系统）将成为这一工作的支撑技术（雷明堂等，1998）。因此，下一阶段岩溶塌陷研究的重要内容之一，是研制开发基于“3 S”技术的岩溶塌陷风险评价与防治决策系统（罗元华等，1998）。
1.2.3.2 岩溶塌陷时空预测预报方法研究
由于岩溶致塌评价只局限于根据其主要影响因素和由模型试验获得的临界条件进行潜在塌陷危险性分区，岩溶塌陷在时间上的突发性和空间上的隐蔽性，使得研究较为困难。从实例中发现，一些可引起岩溶水压力发生突发性变化的因素，如振动、气压效应等，有时也可成为直接致塌因素，甚至在常规认为安全的地区也发生了塌陷，而且一旦发生塌陷，还会有很长的后续效应（陈国亮，1994；雷明堂等，1998），这都成为困扰救灾工作的一大难题。对于通过振动、水位恢复等的力学效应研究，提出相应的土层安全厚度方面的研究做得较少，这方面的研究可解决岩溶塌陷与地质条件在空间分布上的内在联系。因此，如何进行岩溶塌陷灾害的时空预测预报已成为岩溶塌陷防治研究中具有国际性的、最突出的前沿课题。
模型试验结果表明，对于人为抽（排）水活动诱（触）发的岩溶塌陷而言，基岩面以下岩溶水压力的变化，特别是有气体或外界压力影响下的突发性变化，与岩溶塌陷的发育有显著的关系。这就使我们可以运用这一关系，达到对岩溶塌陷进行时空预测预报的目的（陈国亮，1994；雷明堂等，1998）。因此，下一阶段塌陷研究的另一项重要工作，应是建立一套以致塌工程地质背景条件为基础、以岩溶水压力监测为主、地质雷达监测为辅的现场监测思路和方法手段，特别应对上面提到的安全厚度方面进行研究，加强对微观塌陷机制的认识，寻找出通过地质模型和开采条件对塌陷进行预测的方法，这对预测方法的推广有着实际的意义。同时应对雷达等技术进行降低成本的研究以使之变得可行。
1.2.3.3 中国岩溶塌陷数据库及信息管理系统
在“国际减灾十年（1990～2000）”呼吁中，联合国秘书长强调“促进自然灾害风险评价和治理能力的一个先决条件是要逐国地获取可靠的资料”。近年来，我国有关部门已在岩溶塌陷普查、勘探、研究与治理等方面投入了大量的人力、物力，积累了丰富的塌陷资料。因此，以计算机数据库和地理信息系统（GIS）技术为基础，建立全国岩溶塌陷信息管理系统，通过出版相应的电子地图和在国际互联网（internet）上发布的形式，达到数据资料共享的目的。在已作的研究中，目前仍存在一些资料不准确及实用意义不大等问题，所以应加强获取资料的规范性及精确性（雷明堂等，1998）。
1.2.3.4 岩溶塌陷试验与测试
开展室内及室外模型试验，目的是为研究人员提供必要数据，以确认不同条件下岩溶塌陷发育的机理、与各主要影响因素的关系，以及塌陷发育的临界条件。因此，下一阶段工作应是进一步完善已有模型试验的功能，使之能更全面反映岩溶塌陷发育的实际条件。这一工作的支撑技术是卫星高灵敏度传感器（空隙水压力传感器、土压力传感器和位移传感器）及相应的数据自动采集分析系统。另一方面，岩溶塌陷的孕育过程是一个复杂的非线性动力过程，因此，在岩溶塌陷研究中，应开展岩溶塌陷非线性动力学仿真研究，以进一步深入研究岩溶塌陷发育的内在规律，为岩溶塌陷防治提供理论依据。在对铁路沿线岩溶塌陷发育的内在规律及微观测试方面，目前工作做得相对较少，但这方面的工作对预测铁路沿线岩溶塌陷将具有现实的意义。
1.2.3.5 岩溶塌陷发育规律研究
应进一步加强国内、国际交流，从地球这一大系统出发，充分利用计算机等现代分析技术，分析全国乃至全球范围内岩溶塌陷与人类活动、环境变迁（全球变化）以及与其他自然灾害的伴生关系。
1.2.3.6 岩溶塌陷的探测方法研究
进一步完善和加强目前已形成的地质雷达、浅层地震和电磁波、声波透视（CT）以及高密度多级电法探测系统等技术方法，形成能对岩溶塌陷进行有效探测、识别的探测技术，特别是对岩溶地下空洞形态的探测。
1.2.3.7 岩溶塌陷防灾减灾体系研究
应从减灾系统工程的角度，建立一整套包括勘察、评价、监测、预报、防灾、抢险、治理、立法和保险等内容的防灾减灾体系。
1.2.3.8 岩溶塌陷的数值模拟研究
目前，在国内外用三维数值模拟方法，对岩溶致塌进行研究的实例显得少之又少，一般只停留在二维研究的水平。虽然国外研究数值模拟的手段较强，如FLAC3D及3D-sigma，Ansys等以其强大的三维模拟功能，被广泛地应用于许多领域，但用于岩溶致塌方面研究的实例并不多见。近年来，这些软件的推广，使得本研究从理论分析到试验、数值模拟验证的研究思路成为可能。这方面研究的进行，无疑将使岩溶塌陷的研究向深度和广度推进，从而为岩溶塌陷的客观评价与预测提供依据。国内在该领域的研究，由于其地域优势，在研究数量上远多于国外，但在深度上显得不够。
在三维数值模拟方面，岩溶塌陷的研究实例十分少见。德国的Heinz Konietzky、Johannes Will 及 Jens Heinrich 在他们的“Coupled Three-Dimensional Analysis of the Slab Foundation for the Magnetic Levitation Transportation System(TRANSRAPID)in Germany”研究中用Ansys成功地对德国的非岩溶地区高速磁浮列车产生的振动进行了三维数值模拟，并考虑了水位因素。国内合肥工业大学的葛小光，利用有限元软件对开矿沉降引起的河堤渗漏稳定性作了二维分析。铁道部第二勘察设计院所编著的《岩溶工程地质》一书曾用有限元的方法对铁路路基下遇到洞穴时的静力稳定问题进行了二维数值模拟与评价。
应用于岩溶塌陷的三维数值模拟研究，在国内外都较为少见，原因主要有两个：①岩溶地质条件复杂，由于岩溶地质体分布的局限性，使得国外数值模拟应用于岩溶塌陷的机会不像国内那样多，因而其重要性自然下降；②受计算机技术发展因素制约，数值模拟的必备条件——软件及其开发是数值模拟的关键，由于岩溶塌陷的复杂性，对软件的要求较高，较好的软件价位高居不下也是国内该方面工作发展较慢的原因。
随着计算机技术的普及，国外类似FLAC3D，Ansys，3D-sigma软件的应用，使得岩溶塌陷的数值模拟成为可能。由于这些软件在三维模拟方面的便捷性，使其在对于岩溶塌陷的预测方面具有很大的潜力。如三维软件的机动性使得对岩溶水的不均匀性的模拟成为可能，特别是FLAC3D在材料赋值方面的方便性，可实现对岩溶块体中任意部位的渗透系数的定义，使得岩溶不均匀性的可视化研究得以实现，这是其他手段无法实现的。另外，可通过数值试验的手段对塌陷进行试验研究。因此，数值模拟技术在岩溶塌陷的预测预报及可视化研究方面，将有很大的发展前景。
数值模拟在工程运用中，常常被人们所忽视，是因为许多运用中，忽略了数值模拟运用的条件。在许多不适合数值模拟的情况下，强行地采用数值模拟方法进行计算，结果当然是不合理。在理论上，任何工程条件都是可以用数值去模拟的，但由于数学和计算机容量的原因，现在数值模拟的几何模块，都是有限的，且也没有必要考虑任何一种情形下的几何模块。通常使用的有三角形、矩形、圆形、柱形、扇形，等等。因而，数值模拟在工程运用中，应考虑地质条件。介质的均匀性是数值模拟运用的前提，介质越均匀，运用效果越好，这也是Ansys被成功地运用于结构计算中的原因。在地质条件中，情况要复杂得多。对于砾岩碎屑堆积、崩石堆积体，因其内部的不均匀性，显然不适合采用数值模拟的方法；对于构造太复杂的地方，特别是节理很发育的岩石，数值模拟也难于进行。
对于粘土介质层，其内部相对均匀得多，虽然层与层之间有较大的变化，但可以采用几个几何模型加起来和单独定义的办法加以解决，关键是单个几何模型内部要求一定的均匀性。
4、国内外研究现状及动态
从全球来看，在中低纬度的岩溶区，如：东亚和地中海地区，尤其是我国的西南岩溶石山地区，坚硬致密的碳酸盐岩层极少或无冰川沉积覆盖，成土缓慢，土壤缺乏，而岩溶双层结构空间发育，新生代地壳上升强烈，水源漏失严重，加上干湿分明的季风气候，导致生态环境脆弱，普遍干旱缺水，石漠化严重[18]。在俄罗斯西伯利亚平原的岩溶区，广泛覆盖于碳酸盐岩层之上的冰川及河流冲积层，有利于土壤的形成，而下伏碳酸盐岩中的岩溶空隙有利于排除沼泽地区过多的积水，偏碱性的碳酸盐岩也有利于中和酸性环境。因此，高纬度的岩溶区都成了主要的农业基地。而在东南亚、美国东南部和中美洲广泛分布的第三系碳酸盐岩层，具有高达16%～44%的孔隙度，含水量很高，干旱缺水和石漠化较弱[19]。所以，受生态地质环境条件影响和供水需求的带动，欧洲国家和我国都比较重视对岩溶及岩溶水勘查开发技术的研究。而且，我国岩溶不但分布面积广，并且由于一系列地域优势条件所决定，许多岩溶类型在全球有范例性，客观上使得我国的岩溶研究能够依托地域优势，为全球岩溶学科发展作出更大的贡献[20]。联合国教科文组织国际地质对比计划(IGCP)中有关岩溶的3个项目：IGCP299-地质、气候、水文与岩溶形成(1990～1994)；IGCP379-岩溶作用与碳循环(1995～1999)；IGCP448-全球岩溶生态系统对比(2000～2004)，均由我国提出并组织领导，一直由我国科学家袁道先院士担任项目工作组主席。2004年2月，联合国教科文组织IGCP执行局第32届理事会还通过了世界岩溶研究中心(IRCK)设在中国的提案，充分体现了我国岩溶研究水平在国际学术界的权威地位。
在岩溶水的勘查研究程度方面，目前发达国家对岩溶区都作了系统的水文地质调查，工作的内容和程序与国内基本相似。但对每个岩溶泉或暗河流域投入的勘探、试验工作和所达到的控制程度普遍高于国内。他们对于每一个可能的落水洞与泉、暗河出口或钻孔之间都作了示踪试验，对各个岩溶水径流通道间的联系和展布方向、流速、流域边界掌握很确切。对主要的岩溶暗河、大泉、供水水源地都建立了长期自动监测系统和预报及管理模型，实现了定量化的预测预报。而且近些年来，国外地下水模拟软件不论是在数量还是质量上都有了巨大的发展和提高，前后处理的可视化功能日益强大[21]，公益性、基础性的地下水数据库建设也很完善和普及[22]。
在地下水勘查技术研究与应用方面，地球物理探测技术是主要的技术手段，在半个多世纪的发展历程中，大致经历了三个主要阶段。20世纪50～60年代地球物理方法就已被应用于地下水勘查领域，方法以直流电测深、激发极化法、电测井为主，勘探的目标主要为第四系松散岩类孔隙水，方法成熟简单，目前许多地质勘查单位仍以其为主要勘探手段。70～80年代期间，找水工作开始面向勘查难度较大的基岩裂隙水、岩溶水，相应的物探技术方法也有了新的发展，如音频大地电场法、甚低频法、放射性法、综合测井等方法的应用，取得了明显的效果，并形成有特色的系列找水技术。从90年代至今，由于地下水勘查的内容和范围不断扩大，研究的问题更加深入，更具有针对性，所采用的技术方法通常都以综合物探手段为主，包括常规手段以及先进的电磁法、高分辨率地震技术等。
目前，国外地下水地球物理探测技术发展迅速，电法已经从直流电阻率法发展到仪器轻便、分辨率高的电磁法，包括频率测深、音频大地电磁测深、瞬变电磁测深、可控源大地电磁测深等高灵敏度方法。美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大等国地球物理技术研究实力和仪器开发能力基础雄厚，工艺先进，先后研制了多系列的电磁法仪器，如美国Zong公司研制开发的GDP电磁法勘查系列，加拿大Geonics公司研制开发的EM瞬变电磁系列，加拿大Phoenix公司研制开发的V5、V6电磁法勘查系列，澳大利亚Geoinstru Ments公司研制开发的Sirotem电磁勘查系列以及俄罗斯研制的建场测深法系列等。德国、法国、日本等国在非洲、南亚地区有专门从事地下水勘探的地球物理公司，应用的方法主要为电磁剖面法、甚低频法、频率域电磁测深法，瞬变电磁法等[23]。另外，白俄罗斯和法国生产的核磁共振直接找水技术更是地下水地球物理探测技术的一大进步，其实质也属电磁法勘探范畴。它不仅能直接反映地下含水层的特征，而且还能提供如孔隙度、渗透率、导水性等水文地质参数，是最具发展潜力的一种地下水探测新技术。
我国在地下水地球物理探测方面，也经历了从直流电法到电磁法的发展过程，目前拥有相当数量的上述大型电磁法勘查设备，但均为引进设备，自行研制能力较差，但在应用研究方面成果突出。先后开展了多项专项技术研究，如中国地质调查局组织实施的音频大地电场仪及找水研究、综合物探技术寻找基岩裂隙水应用研究、西北沙漠和黄土地区EH-4电导率成像系统勘查地下水技术研究、西北严重缺水地区地下水勘查战略研究等都是以电磁法为主流的应用研究。另外，在应用方面以电磁法为主开展了地质条件复杂、找水难度大、环境恶劣的一些生态地质环境条件下的地下水勘查工作，例如：罗布泊及塔里木盆地的松散岩类孔隙水、西部山地基岩裂隙水、西南岩溶石山地区岩溶水的勘查等，积累了较丰富的实践经验。不难看出，上述国内外地球物理探测技术的发展现状表明：信息量大、分辨率高、勘探深度大的电磁法探测技术已成为地下水地球物理探测技术的主要手段，在地下水资源勘查中发挥着重要的作用[24]。众所周知，物探结果仅是地层物性层空间分布特性的反映，解释结果是多解性的。如何将具有多解性的物探结果进行合理的地质解译，提高解释精度，这是水文地质和物探工作者必须深入研究的课题之一。实践证明，研究水文地质条件、掌握岩溶发育规律及地层岩性与物性之间的关系，从而建立合理的地质—地球物理模型与解释标准，是解决地质问题的核心。另外，任何一种物探方法都有其独特的优点，但也存在一定的缺陷，国内外的地球物理学家都共同认识到，在岩溶水勘查工作中，不能仅仅依靠某一种物探方法来解决问题，应该充分考虑实际水文地质条件，研究选择适宜不同地质环境条件和探测对象的方法组合和实施方案，多方法探测和综合解释，才能提高解释精度，取得更为理想的效果。由于我国岩溶面积广阔，岩溶类型多样，条件复杂。所以国内的水文地质和物探工作者，利用传统技术方法与引进的部分新技术设备结合，加强水文地质条件和岩溶发育规律研究，结合自身的经验，在找水的准确性上，也有很大的进步，积累了许多成功的经验，在应用研究的深度和广度方面居于世界前列。
在岩溶水的开发技术方面，国内外引、提、堵、蓄的技术原理都基本上相同。欧洲岩溶水的开发方式，过去曾经以钻井取水为主，实行就地分散供水。20世纪后期，随着调查研究的深入，水文地质学家认为，一个岩溶泉流系统的各部分存在着密切的水力联系，水流的大部分最终都将汇集到泉口集中排泄，加之泉域面积较小，地形高差不大，在经济允许的情况下，按泉域统一规划和集中开发与调配更有利于岩溶水资源的管理和保护。因此，随着经济的发展，目前开发方式已经逐渐演变为以泉为水源，建设水厂，集中布设管网供水为主，仅在部分边远的地区还保留着一些分散供水井。在岩溶防渗成库技术上，在欧洲的法国和前南斯拉夫等国的岩溶分布区，自20世纪70年代或更早的时期，就建设了多个岩溶暗河开发工程和利用岩溶谷地建库建设水电站，解决岩溶区缺水困难和能源短缺问题，取得了岩溶水资源开发和水能开发带动农业、工业和城市发展的成功经验，如法国的拉苏斯城市供水水源地、特里波罗农业区的夏特里赫暗河开发工程、前南斯拉夫的特例比西尼察、涅列特瓦岩溶流域的水能开发等[25][26]。在钻井技术上，国外的技术设备远比国内的先进，能够满足干旱岩溶石山地区无冲洗液钻进的要求，钻进速度和自动化程度都高得多。
我国政府十分重视西部地区地下找水工作，20世纪70～80年代，组织完成了大部分地区1：20万的水文地质普查，80～90年代，又组织开展了部分城市和重要经济区1：10万至1：2.5万的水文地质普查。之后，在20世纪末开展的“西北地区地下水资源特别计划”、“西北地区地下水勘查战略研究”、“西南贫困岩溶石山地区扶贫找水计划”等一系列工作的基础上，中国地质调查局2001年组织实施了“西部严重缺水地区人畜饮用水地下水紧急勘查工程”，2002年实施了“西部严重缺水地区地下水勘查示范工程”。其目的是通过对不同缺水类型地区水文地质条件的野外调查及分析，找出解决农村生活和生产用水困难的找水方向与途径，并通过适量的勘探工作加以验证，取得不同缺水类型区的找水经验，指导当地解决干旱缺水问题。探采结合示范井的实施，不仅获得了找水与取水的先进技术方法及经验，还直接解决部分严重缺水地区的人畜饮用水困难。“九五”期间直到2002年西部找水工作施工探采结合井约400眼，施工小口径浅井约3000眼，直接解决约120×104人饮用水困难。在岩溶水开发工程技术上，国内如蒙自五里冲这样的工程，也创造了超高防渗帷幕、超高超薄防渗墙、加密高压灌浆技术处理特殊复杂的溶塌堆积体等国际领先技术。还有许多颇具特色的岩溶石山区分散中小型岩溶泉和暗河引、提、堵、蓄工程技术。
现代地下水勘查已成为一项巨大而复杂的工作，其涉及的内容广泛，包括地质学、水文地质学、工程地质、环境地质、地球物理学、数学、计算机等。从单一方法向地质测绘、地面物探和综合测井、“3S”技术等综合方法密切配合方向发展。在不同岩溶水源地类型的勘查中，不断提高岩溶水文地质调查研究程度，加深岩溶水赋存规律的研究，开展地球物理探测技术的优化组合示范研究及应用，使地下水勘查工作达到快速高效之目的，已成为国内主要的研究方向之一。在开发技术上，根据岩溶石山地区的需水特点，大型与中小型工程技术的研究与实践并举，特别是西部大开发及扶贫找水的推动，促使中小型工程的技术研究与应用得到了空前广泛地开展，取得了巨大的进步。目前，急需系统地研究总结和推广。国外的岩溶水探测技术主要朝着进一步提高精度、简便易行的方向发展，开发新的方法和设备，改进已有的设备，开发功能更全面和强大的解译软件。同时不断研究与改进岩溶水开发、水处理的工程技术设备，提高对复杂的岩溶地质环境的实用性和效率。另外，随着岩溶水开发程度的提高，一些地区由于不合理的开发导致发生了岩溶塌陷、泉水疏干、地下水污染等不良环境地质问题，引起了社会对岩溶水资源的合理利用和保护上的关注。因此，对岩溶水的脆弱性、环境监测预报与保护技术的研究，也已成为水文地质及环境地质研究工作的一个主要方向。
5、研究内容及方法
本书是作者主持的云南省科研项目：岩溶水有效开发技术方案研究(项目编号：2003PY04)，依托国土资源大调查项目：云南典型地区岩溶地下水调查与地质环境整治示范(项目编号：200310400024)完成的研究成果。完成了典型岩溶流域1：5万水文地质及环境地质测绘1100km2，水文地质及工程地质钻探3791.94m，各类物探4169点，取岩土水样试验分析626件，岩溶水动态监测18个点，岩溶水示踪试验2组等大量的调查和勘探试验工作。这些工作和成果，为本书的研究提供了翔实的资料，使之能够顺利完成，达到了预期的目的，并检验了研究成果的正确性。同时，本书的研究也为岩溶水的勘查和开发示范提供了理论和技术指导，使开发工程的技术方案设计得到了技术创新，工程取得了显著的经济、社会和环境效益，达到了示范目的。
此外，1999～2002年，作者参与主持完成的国土资源大调查项目：西南岩溶石山地区地下水资源勘查与生态环境地质调查，也为进行岩溶水有效开发技术研究提供了水文地质与水资源的系统基础资料。在各个参加工作的省市区的示范工作中，也成功地建成了一批暗河及大泉引、提、堵、蓄、富水块段钻井开采工程。这些调查成果和工程实践，为本书的研究打下了坚实的基础，积累了丰富的经验。
本书的研究目的是通过科学技术研究，在岩溶水资源及地质环境特征研究，以及岩溶水开发技术实验研究的基础上，系统地总结适宜于不同的岩溶水源地类型以及不同需求的岩溶水有效勘查和开发技术方案，为岩溶水的有效开发利用提供理论和技术支持，使岩溶水开发的成功率和效益大幅度提高。
为了达到上述目的，本书从以下三个方面开展研究，所采取的研究思路、内容和方法如下：
第一个方面，以现代岩溶学理论为指导，深入研究国家国土资源大调查西南岩溶地区岩溶水资源调查的最新资料。系统地认识岩溶地质环境及水文地质条件以及岩溶水的赋存及运动特征，准确把握岩溶水富集规律，建立确切的找水标志，提高寻找和圈定岩溶水源地的准确性。根据岩溶含水层的埋藏分布、岩溶水出露状态，以及岩溶含水层的导水和赋水空间形态、结构及水动力特征，划分岩溶水源地类型，分析总结各类岩溶水源地岩溶水的开发技术条件，评价其脆弱性，最终掌握各类岩溶水源地对不同的勘查开发技术的适宜性。
第二个方面，引进目前国内外先进的核磁共振、高密度电法、地质雷达等地球物理探测技术，研究这些技术的特点和适用条件，结合常规电法技术和水文地质调查分析方法，选择典型的岩溶流域，结合国家在云南安排的岩溶水开发示范工程建设，针对不同类型岩溶水源地的勘查技术条件，分别选择不同的方法开展野外技术方法试验研究，并对探测和综合分析解释成果进行钻探检验，验证其可靠程度及准确性，优选出适合不同类型岩溶水源地的有效探测技术方法，集成岩溶水有效探测技术方案。
第三个方面，通过调查省内外岩溶水开发工程，考察发达国家岩溶水开发情况，收集国外相关信息，研究其成功的技术和经验，以及其中失败的原因与缺陷。根据各类岩溶水源地的开发技术条件，引出新的技术方案，并选择典型岩溶水源地进行开发实验，根据实验结果加以改进和完善，得出各类岩溶水源地岩溶水有效开发技术方案。
从岩溶水开发的全过程来分析，成败的最关键环节是找水勘查，只有找准岩溶赋水空间或径流通道，才可能正确有效地实施岩溶水开发工程，这个问题的解决除了提高水文地质研究程度外，关键是要减少物探方法存在的多解性。本书研究了适合不同岩溶水源地的物探方法，通过不同方法探测结果的相互补充、验证，根据经济合理性和探测的有效性比选，选择其中适宜的方法形成综合探测方案，并建立代表不同含水层的地球物理特性、反映各类岩溶赋水空间的解译参数和标准，从而达到提高探测的可靠性和精度的目标。
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