多级次地下水流系统的最小能耗率原理初探

20世纪60年代初期，Tóth基于定水头上边界条件推导出解析解，得出多级次地下水流系统，是水文地质学里程碑式的突破，成功地解决了一系列理论和实际问题。但Tóth解析解存在的缺陷也长期沿袭:单纯重视数学模拟而忽视物理机制；将地形控制地下水位看成是普适性规律；忽视给定水头上边界数学模拟的失真。这些缺陷，尤其是忽视物理机制探究，不仅妨碍Tóth理论自身发展，而且导致地下水流系统理论尚未被国际水文地质界普遍接受。参照河流动力学中应用的最小能耗率原理，类比提出地下水流最小能耗率的表达式。基于已有的通量上边界地下水流模式数值模拟结果，进一步探究物理机制，归纳得出地下水流系统遵循最小能耗率原理的结论。      

江苏滨海平原弱透水层封存的古咸水及其运移过程

滨海平原弱透水层广布且多赋存古咸水，其盐度分布及运移过程深刻影响着含水层地下水的演变，却得到甚少关注。采集了江苏滨海区7个浅层钻孔弱透水层原状样品，压榨法收集孔隙水。利用孔隙水天然示踪剂ρ（Cl-），ρ（Br-）剖面和数值模拟分析了弱透水层孔隙水盐度特征和运移机制。得出浅层孔隙水ρ（Cl-）垂向剖面存在2个趋势:①峰值在表层，沿深度逐渐下降；②峰值在深度25m左右，向两端浓度降低。孔隙水ρ（Cl-）为486.2~38 036.7 mg/L，Cl/Br比值为72~360（均值241）。ρ（Cl-）与Cl/Br比值关系及剖面分布说明孔隙咸水为海相成因，来自于全新世海侵时期的古海水，并受到后期淡水的稀释。弱透水层孔隙水一维垂向运移数值模型表明海侵-海退事件控制了海岸带弱透水层孔隙水的盐度演变，全新世古海水仍封存在沉积物中，更新世时期的海水已被驱替。孔隙水运移以扩散为主，垂向运移速率为0.43~15.8 mm/Ma。在相对高渗透性的粉砂地层中，可能还受到侧向对流的影响。弱透水层中古海咸水的重新分布，尤其在地下水超采条件下，可能成为地下水的重要咸化来源。      

地下水流系统研究中的方法论探讨: 以CUG-武汉地下水流系统研究为例

地球系统科学和地下水流系统理论的出现，标志着水文地质学进入新的发展时期。地下水流系统理论已成为水文地质学的新范式，其产生和发展，从方法论上为地下水问题的研究提供了新的启示。自20世纪80年代初以来，中国地质大学（武汉）地下水流系统组持续开展了地下水流系统理论与应用研究。试图从方法论的角度回顾与总结这些研究成果。地下水问题受多因素影响，研究应以"目标与问题导向相结合"，靶向准确，才能在信息浩渺中不失方向，向着目标前行；研究时应采用"假设演绎法"，先依据已有认识和资料演绎出应有的现象，再有目的地观察和寻求证据，或修改假设继续求证，直到假设被证实或证伪；演绎寻证过程，可以采用"控制性实验""信息提取与组织""多学科方法与手段融合"等技术方法。实例分析证实，控制性模拟实验使我们得出了地下水流模式的新认识；采用多通道的信息提取、加工和组织，构建地下水流系统模式，能够有效解决各类工程中的应用问题；多学科与手段融合、各种信息相互验证，提高了结果的可信度。以实例研究为基础，从研究方法上的总结能为正确认识和理解地下水流系统理论、推进新理论和新思路在水文地质研究中的应用提供参考。