人类由逐水而居到凿井取用地下水是人类文明史的一大转折。和地表水相比，地下水具有分布广泛、水质良好、变化稳定、便于利用、不容易受污染等优点，因此它是理想的供水水源。地下水本身既是人类生存不可或缺的重要资源，同时也是一种地质营力、信息载体、生态环境因子和灾害因子。因此开展地下水的形成、赋存、运动规律的研究，以及合理开发、利 用的工程技术、布局设计和实施等水文地质研究是一门关系到人类生活、社会需求和发展的重要学科。笔者着重论述了“地下水科学与工程”学科形成的历史是和人类社会的诞生、繁衍和发展紧密相关的。随着科学进步和国民经济的发展，该学科已从原来的基础学科逐渐向应用基础学科和应用学科相结合的方向发展。因此，今后在加强水文地质基础研究的同时， 还应该十分重视满足国民经济需求和面向市场应用的研究。最后，从世界面临严重缺水和水污染的现实、科学发展的必然和国际学术组织和学者对地下水学科的重视，以及当前人才市场对该学科人才需求等方面指出，21世纪“地下水科学与工程”学科的发展具有很大的空间和十分广阔的前景。

为研究渗透系数的随机分布特征，以滨海平原水库也是南水北调调节及事故备用水库的北塘水库库底地层为研究对象，通过野外取样、室内达西渗透实验和颗粒分析实验等手段，获取了库底地层渗透系数的两组数据及其空间分布，借助于SPSS软件的P—P图以及单样本K-S检验，对渗透系数的空间随机分布进行了分析。结果表明，与正态分布相比较，北塘水库库底地层渗透系数更接近对数正态分布，这为库区渗漏量计算的可靠性分析、库底沉积物渗透系数的空间变异特征分析等奠定了基础。

回顾Darcy定律建立150周年来，地下水渗流力学的发展进程。关于经典理论，根据渗流问题的基本方程与计算方法，从地下水资源评价、地下水流系统中的传质与传热、非饱和土渗流、计算渗流力学4个方面，概述其应用研究的发展历程；从参数的尺度效应、非饱和土渗流、非连续介质渗流、带自由面渗流4个方面，概述其发展的研究现状。结合经典理论的缺陷，讨论了现代渗流理论的发展动向；在回顾Biot耦合渗流理论的发展进程的基础上，探讨存在于耦合渗流理论中的可能缺陷，提出结合Biot波动理论的可能解决方向。

河流和地下水之间存在着密切的水力联系和频繁的转化关系。近几十年来，受自然因素和人类活动的影响，河流与地下水之间的转化关系趋于复杂化，引起水循环的变化，诱发了一系列生态环境负效益，使水资源及生态问题突显，其中河流与地下水关系及其演化是河流与地下水相互作用中重要问题之一，是属于河流维持机理与地下水可再生能力的基础研究内容。笔者在对河流与地下水转化关系类型划分的基础上，依据室内和野外试验资料，结合地质、水文地质条件，分析了各类型的渗流特征和影响河流与地下水关系演化的因素；从国内外研究现状出发，分析了当前该领域存在的不足和急待解决的有关科学问题，为定量模拟和评价河流与地下水的演化关系提供了科学依据。

地下水数值模拟过程中，人工开采量大都被当作确定项处理。但实际情况是开采量往往缺乏准确的统计数据，尤其是农业灌溉开采量，在计算中具有更大的不确定性。传统的处理方法是将这些人工开采量概化为抽水量确定的开采井，显然不能反映实际情况。采用概率论及数理统计的方法，分析了概化后开采量的不确定性，得出开采量服从正态分布。以此为基础，运用蒙特卡罗方法，对开采量不确定条件下数值模拟的结果进行可靠性分析。结果表明：传统处理方法不能反映开采量不确定条件下数值模拟结果可靠性的变化情况，而采用随机模拟的方法，可以计算出不同的给定允许降深条件下，模拟结果的可靠性。

进行了北京市朝阳区水资源经济优化模型的实例研究。提出了地表水、地下水、自来水、中水4种水源类型。考虑生活用水（城镇生活用水、农村生活用水）、工业用水（电子及通讯制造业用水,一般工业用水,石油化工用水,电力、蒸汽、热水的生产和供应业用水）、农业用水（种植业、渔业、林业、畜牧业）和生态环境用水等4大用水部门、十几个小用水部门，建立了多目标水资源规划模型，并运用单纯形法求解模型，计算了2010年、2020年的水资源量最佳分配。

下辽河平原是辽宁省老工业基地的核心地区，水资源问题已经成为制约该区经济发展和生态环境改善的重要因素。地下水资源在整个供水系统中一直占有65%左右的比例，但由于地下水开采所导致的环境水文地质问题也很严重，因此开展研究区内的地下水生态水位及其调控的研究具有重要的意义。首先在研究区内降水入渗与蒸发规律的基础上，结合野外试验资料，采用情景分析的方法，设置了两种情景下地下水生态水位标准，并在第二种情景里又分为考虑地下水调蓄功能与不考虑地下水调蓄功能两种方案；然后通过对地下水实际埋深与生态水位埋深的比较，结合相应的水文地质参数，计算出各种方案下满足地下水生态水位要求的地下水调控量；最后论述了研究区内地下水资源可持续开发利用的对策措施。研究成果对于区内地下水资源的科学开采与有效保护具有一定的参考意义。

鄂尔多斯白垩系地下水盆地天然水体的环境同位素组成表明，区内各种地表水体（河流和湖淖）在δ18O和δD图上主要分布在雨水线右侧，其关系线的斜率明显小于雨水线的蒸发线，集中反映蒸发作用对地表水体的影响。盆地内地下水大致集中沿雨水线分布，反映了白垩系盆地内地下水为大气降水成因。盆地南北两区地下水的环境同位素具有明显差异性特点，集中体现了盆地南北两区水循环条件的差异。盆地北区各含水岩组间地下水垂向水力联系比较密切，垂向运动特点比较明显，现代水积极循环带的深度为200 m；南区地下水分层性明显，以水平径流为主，现代水积极循环带的深度为160 m。区内浅层地下水以富氚和高¹⁴C含量为特征，反映为现代水补给；而中、深层地下水则以贫氚和低¹⁴C含量为特征，反映为地质历史时期补给。

采用VB与MapObject控件相结合进行地理信息系统(GIS)软件的开发。以Delaunay三角网为基础，利用等值点的插值、追踪，等值线的光滑处理等手段，开发了基于MapObject的地下水水位等值线图自动生成程序。直接读取Shapefile数据文件，生成线格式的Shapefile文件，使生成的等值线图能用于其它基于Shapefile文件格式的GIS软件中。该软件已成功地应用于松辽流域地下水信息管理系统中。

不流动水与非平衡吸附作用对溶质在孔隙介质中的运移有很大影响，“两点-两区”模型是目前研究不流动水与非平衡吸附作用的较为完善和实用的模型。在溶质运移的“两点-两区”模型的基础上，同时考虑了土壤对溶质的平衡和非平衡吸附作用，开发了MIENESOR数值模型，并给出了基于有限差和有限元法联合的数值解，编制了相应的计算机程序。对MIENESOR数值模型的案例验算表明：该模型能很好地揭示溶质在包气带和含水层中运移的规律，所开发的计算机程序稳定性较强，可用于实际。

地下水¹⁴C年龄校正一直是地下水年代学研究中的一个热点问题，将反向地球化学路径模型与同位素质量传输模型耦合起来，在综合考虑不同碳源、不同水文地球化学反应对¹⁴C质量传输影响的基础上，提出了一种新的综合性的校正方法，从而使地下水¹⁴C定年技术得到了进一步发展。识别深层地下水演化过程中影响¹⁴C浓度变化的主要因素并定量确定其对地下水¹⁴C浓度的影响程度是地下水¹⁴C校正的精度和可信度的重要考虑因素；在应用水文地球化学路径模拟技术进行地下水¹⁴C年龄校正时，必须要充分考虑地下水补给环境特点以及反向地球化学模拟模型中的非可行解的排除。

在系统采集攀枝花采矿区周边地带的表层土壤样品及土壤剖面样品的基础上，通过地球化学调查和实验，研究了表层土壤中钒的分布规律、地球化学活动性及潜在的生态风险。结果表明：(1)攀枝花矿区大部分地带的表层土壤受到了钒的污染，表层土壤钒的平均含量是中国土壤背景值的279倍；(2)土壤剖面中钒的含量随深度增加而降低，表明土壤中钒的来源受母质影响较小；(3)采用富集因子得到的表层土壤钒的人为污染以轻微污染和中度污染为主；(4)采矿过程中产生的粉尘通过干沉降是引起表层土壤钒污染的主要原因；(5)表层土壤中钒以残渣态为主，其次为可氧化态和可还原态，而酸溶态所占的比例最小，但生物可利用的钒含量较高，存在轻微的生态风险。因此，应加强矿区钒污染的监测，制定有效控制对策，降低钒污染的生态风险。

采用D、¹⁸O同位素峰值位移法求出研究区大气降水入渗补给量。通过野外地中渗透计法和降水入渗系数法对同位素法计算结果检验，发现D、¹⁸O同位素法计算结果具有较高精度，同时验证了在研究区用D、¹⁸O同位素方法求大气降水入渗补给量是可行和可靠的。用该方法求解大气降水入渗补给量具有方便快捷、经济省时的优点，在湿润、半湿润地区大气降水补给研究方面，具有很大的应用潜力和重要的应用价值。

在对鄂尔多斯白垩系地下水盆地1 125件地下水化学样品进行分析的基础上，总结出研究区不同循环深度地下水化学类型的分布规律。总体上，盆地北区大致以安边—四十里梁—东胜梁地表分水岭为界，东侧地区的浅层、中层和深层地下水化学类型均以HCO₃型水为主，地下水水平分带不典型；而分水岭以西的摩林河－盐海子地下水系统和都思兔河—盐池地下水系统中，包括浅层、中层和深层在内的各层地下水表现为沿地下水流向，向盆地北、西侧边界，水化学类型具有明显的水平分带规律。而盆地南区地下水分层径流明显，水化学类型复杂，总体上存在一个以定边—环县—合水—华池—吴旗—定边为中心的北部由北向南、东部由东向西、南部由西南向东北的水平分带。

为了研究人工补给对含水层水质的影响问题，通过反向地球化学模拟方法对大庆西部地下水水质演化规律进行了分析。结果表明，地下水化学成分主要受含水层矿物相的溶解-沉淀作用、阳离子交换吸附作用以及氧化还原作用的影响，并确定方解石、白云石、盐岩、萤石、石膏、赤铁矿、菱铁矿、软锰矿、二氧化碳、阳离子交换剂等为影响地下水化学成分的控制性（矿）物相。在此基础上，采用正向地球化学模拟方法，以大庆市西水源地下水人工补给为例，模拟了地表水进入到地下后与含水层中原有的地下水以及含水层介质发生的水-岩相互作用。模拟结果表明，注入水与含水层中的水混合后，使地下水的矿化度有所降低，且混合水中地表水所占比例越大，地下水的矿化度越低；注入水与含水层中的地下水混合后，不会导致地下水水质的突变和水质级别的降低，还可在一定程度上改善含水层水质。

鄂尔多斯白垩系地下水盆地是中国重要的能源基地，利用CFC_S方法对鄂尔多斯白垩系地下水盆地年轻地下水年龄进行测定，取得了比较准确的结果。结果表明，盆地地下水系统可以分为局部地下水系统、中间地下水系统和区域地下水系统。地下水盆地内局部地下水系统地下水循环更替快，年龄为20 a左右，地下水年龄随深度增加而增加；中间地下水系统和区域地下水系统地下水循环更替相对较慢，年龄大于70 a，可以寻求¹⁴C等其他同位素方法确定准确年龄。

我国存在大量的地下水污染场地，给地下水资源的使用带来了严重威胁。将地下水污染场地划分为4大类，15个亚类，为制定不同地下水污染场地的管理、控制和修复规定提供了依据；对地下水污染防治规划的内容和方法技术进行了论述。提出了建立地下水污染的预警系统，为污染的预防奠定基础；介绍了地下水污染的控制与修复技术，并对地下水污染防控和治理的基本原则进行了探讨。

地下水中的硝酸盐污染具有全球性，这不仅是一个环境问题，也是一个经济和人类健康问题。DRASTIC方法可以进行地下水污染的脆弱性评价，但是却没有涵盖风险的概念，也忽视了污染物随地表水流运动的动态特性。因此，所得结果可能有碍于“欧洲水管理框架指南”在地下水水质管理中的执行。笔者基于DRASTIC方法开发了一个动态风险评价方法,并将其运用于英国北爱尔兰Upper Bann流域中的一个小流域。研究区地下水硝酸盐污染风险评价结果表明，此方法将有效地帮助决策者在流域范围内开展农业面源地下水污染预防措施。“非常高风险”和“高风险”区分别占研究区面积的5.1%和10.5%。此结果可帮助当地政府针对流域内这些“非常高风险”和“高风险”区的特点制订地下水质保护政策。此方法同样适用于任何面源可溶性污染物的地下水污染动态风险评价。

阐述了含砷黄铁矿等含砷矿物以及岩石矿物附着砷等天然来源，同时从气候、环境地质以及水化学环境等方面分析了砷在地下水中的迁移和富集规律。研究表明：干旱、半干旱地区、封闭的地形地貌、断裂凹陷等外部环境有利于高砷地下水的形成，同时含水介质性质、地下水径流条件以及地下水中pH值、Eh值、不同的无机和有机组分对砷在地下水中迁移富集起着重要作用。在此基础上从砷的“来源—影响因素—影响过程—高砷形成”角度提出了地下水砷污染的成因模式，对砷中毒病区的环境问题调查与地下水砷污染的防治具有重要参考价值。

以焦作市演马矿煤矸石山为对象，采集该处新鲜和风化煤矸石以及附近地下水样品，检测其中Cl^-、SO^2-₄、苯并(a)芘、Mn等22种污染物的含量，并采用超标倍数法和实测浓度法对地下水受污染状况进行分析研究。地下水中污染物含量与煤矸石山距离呈负相关，且在丰水期和枯水期存在一定差异。

排污总量控制是确定河道的纳污能力，然后向流域内分配允许排放量的过程。选用一维水质模型进行水环境状况的模拟，对浑河沈阳城区段水环境容量进行计算，在此基础上按功能区内各排污口及支流口所占污染负荷比进行了主要污染物控制排放量及削减量分配。

通过对吉林市1988～2004年地下水水化学资料进行分析，认为地下水中“三氮”的分布、随时间变化的特点与其来源有极为密切的关系，农灌区地下水中“三氮”含量在空间上分布比较均匀，丰水期含量升高、枯水期含量降低；工业污染导致地下水中“三氮”含量变化较大，年内丰枯水期变化表现不明显；多年基本表现为地下水中“三氮”不断增高。地下水中“三氮”的增加是土壤和地表水中污染源的增加与补给地下水的渗流共同作用的结果。污染源不同、地表水污染、水文地质条件、水土流失、地下水中Fe²⁺含量较大对“三氮”迁移转化及其空间分布都有一定的影响。

分析了在五家子灌区引水工程完成后对镇赉县低平原的环境影响。分析结果表明，该工程可引起研究区内地下水位抬升，减缓当地用水矛盾，改善当前土壤盐渍化严重现象。但是在排水条件不好的周边，如果不加强管理会引起土壤次生盐渍化后果。

通过室内模拟实验，确定了影响硝基苯在含水层中迁移转化的主要因素，并采用解析解方法计算出各因素的影响水平。研究表明，硝基苯在淤泥介质中的吸附能力大于砂砾介质，其在淤泥介质中的阻滞系数为222，在砂砾介质中的阻滞系数为174。根据一级动力学方程计算得出，硝基苯在淤泥介质中的自然衰减总速率常数为0063 5/h，在砂砾介质中的自然衰减总速率常数为0005 9/h。而且，不论是在淤泥介质还是在砂砾介质中，生物降解作用均是硝基苯迁移转化过程的主要影响因素，其影响水平占硝基苯自然衰减能力的50%左右。

试验研究比较了在相同的进水和运行条件下，反应器1(投加粉末活性炭，投加量为12.3 g,使其质量浓度达到1 100 mg/L)和反应器2(未投加粉末活性炭)的膜透水性及对污染物的去除效果，并分析了粉末活性炭可以提高膜过滤性能的相关机理。试验结果表明：反应器1的膜通量衰减速率明显小于反应器2；投加粉末活性炭改变了混合液的性质，也大大降低了混合液中胞外聚合物和微细胶体的含量，从而减缓了膜通量的下降速度，可以使系统长时间地以相对高的膜通量运行。

在制备由聚乙烯醇和二氧化硅溶胶凝胶掺杂而成的有机-无机杂化材料的基础上，将硝酸还原酶用此杂化材料包埋固定在金盘电极上，利用甲基紫精为电子媒介体，制得高性能的安培型硝酸还原酶电极。此酶电极可以在-0.68 V（SCE）下对硝酸根进行测定，最适pH值为7.0，载酶量为7.2 mU。在选定的工作条件下，此酶电极的灵敏度和线性范围分别为2.53 nA/(μmol·L^-1)和0.01～0.36 mmol/L ，平均响应时间为12.1 s左右。

采用分子生物学手段，通过构建16S rDNA基因文库，对新型剩余污泥减量化处理系统—生物砾间接触氧化反应器 (GCOR) 中载体表面附着细菌多样性进行了系统发育分析，并讨论了多种细菌共存对剩余污泥减量化的贡献。结果表明，附着细菌可分为好氧呼吸菌群、兼性厌氧菌群、厌氧水解发酵菌群和生长缓慢菌群等4大类。其中，优势菌群分别是以兼具呼吸/发酵代谢方式的β变形菌、嗜水气单胞菌及以发酵为主要代谢方式的拟杆菌属。此外，好氧菌群中还发育有假单胞菌属、硝化螺菌属细菌和黄杆菌属细菌等。慢速生长菌群包括Caldimonas taiwanensis strain On 1和Ideonella sp.。填料表面生物膜微生态环境复杂，微生物多样性较高，好氧、厌氧菌群以及慢速生长菌群等多种细菌共同作用，为在降解污水有机物的同时，达到剩余污泥减量化做出巨大贡献。结果分析表明，细菌的主要功能可归纳为：能量解偶联、共代谢作用、生物溶胞作用和慢性生长种群的影响。

在对微电解、H₂O₂氧化机理研究的基础上，对装涂油漆废水提出利用微电解-化学氧化法处理的方案，通过实验确定出最佳的微电解反应条件及氧化条件。实验结果表明，该方法可使原水的ρ(COD_cr)从4 000 mg/L降至100 mg/L，废水的COD_cr去除率>95%，出水达到排放标准。本研究对微电解方案存在的问题进行了分析,并提出部分解决措施。

通过采用UV/H₂O₂法，以乙酸为研究对象，高压汞灯为光源，在温度为（35±2）℃、曝空气量为0.8 L/min的条件下，研究了UV/H₂O₂技术对500 mL浓度为8 mmol/L的乙酸溶液进行的光降解反应。考察了各种因素对UV/H₂O₂降解乙酸的影响。实验表明，H₂O₂浓度为15 mmol/L、pH值为3.4时，乙酸降解效果最佳，此时，在240 min内，乙酸、TOC和COD的去除率可分别达到98%、98%和97%，体系中乙酸完全矿化。利用UV/H₂O₂法对实际糠醛废水进行了降解，效果良好。

采用固定化技术将吸附重金属能力较强的优势细菌固定，然后将其对Cd²⁺进行吸附规律研究。结果表明：固定化细菌对Cd²⁺吸附是动态过程，120 min达到吸附平衡；随着重金属Cd²⁺浓度的增加，固定化细菌对其吸附量呈线性增加，而随着离子强度的增加，固定化细菌对其吸附量呈线性降低；当吸附体系pH=6时吸附量最大；环境温度对固定化细菌吸附影响不显著；共存Pb²⁺降低了固定化细菌对Cd²⁺的吸附量。

从深海底泥中提取出生长盐度在15%～20%的十二株嗜盐菌，对其进行分离、纯化和富集，进行了形态观察和革兰氏染色，最终选取了一株生长状态良好的菌株进行降解多氯联苯的影响实验。通过改变菌株降解PCBs的条件——pH值、接种量以及多氯联苯的浓度，得到降解多氯联苯的最适条件：在30℃下此菌株降解的最适pH值为7～8，最佳接种量为5 mL，多氯联苯的 浓度为3 mg/L以下时，72 h的降解率可以达到90%以上。

在系统回顾近10年来地下水流场三维可视化主要研究成果的基础上，结合笔者的研究实践，综述了地下水流场三维可视化研究进展。从三维表现形式上，把地下水流场的三维可视化表达方法分为5类：准三维写意可视化、准三维制图可视化、三维体视化、混合可视化和立体可视化。分别论述了每种方法的几何模型、空间分析和绘制技术等，并分析了三维可视化技术在地下水流场研究中的应用前景。

从苏锡常地区地面沉降研究实际需要出发，介绍了利用虚拟现实技术构建地面沉降地质结构三维可视化模型虚拟现实系统的设计思路、开发模式、实现方法和功能特点。该系统真实表达了研究区三维地层结构特征，逼真再现了地面沉降模型所预测的地下水流场、地面沉降发展变化过程，并虚拟表现出地面沉降可能造成的后果，为苏锡常地区地面沉降机理及预测研究提供了一个全新的三维可视化平台。

利用Visual C++作为虚拟苏锡常地区第四系含水层结构和地下水面形态的开发工具，采用OpenGL对它们进行三维可视化表达，研究者可采用不同的显示方式对含水层和地下水面进行观察，了解各地层间的空间分布特征、含水层间的补给关系、地下水面的形态和水平方向上地下水补给区和排泄区的分布情况，以及地下水面的动态演示过程。

青藏铁路是世界上第一条跨越高原多年冻土区的铁路，工程建设环境面临多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱的“三大难题”，比国内外其他多年冻土工程建设更艰巨和困难。由于青藏铁路建设环境的特殊性与复杂性，设计和建设中采取了多种保护冻土的有效措施、高原劳动卫生和劳动保护措施及生态环境保护措施及污染防治措施，各项措施在青藏铁路的建设和运营中显示出了良好的效果。

磨盘山水库兴建遇到的主要地质问题是坝基渗漏及渗透稳定问题，将影响水库工程效益的发挥和大坝的安全运行，需采取适当的渗控工程措施。通过对坝基土颗粒组成及结构的分析，判别可能发生渗透破坏的类型，确定抗渗比降和允许比降。应用Visual MODFLOW进行水库坝区渗流场的三维渗流数值模拟分析，通过对18种渗控计算方案渗流场、渗流要素及防渗效果的统计分析，依据坝基土的允许比降，在安全、经济、合理原则的基础上，确定哈尔滨市磨盘山水库坝基渗控设计首选方案为：左岸防渗长度200 m、帷幕灌浆标准5 Lu。