戴长雷,孙思淼,李治军,张松波

(黑龙江大学a.水利电力学院;b.寒区地下水研究所;c.《黑龙江水专学报》编辑部,哈尔滨 150080)

1 综述目的

寒区是指气温低、固体降水比重大的地区。虽然关于寒区的概念迄今仍无统一的认识,但是各个学派都认为寒区是中国重要的地理分区。由于寒区低温季节时段长,固体降水比重大,地下水补给过程受冻层作用、冻融现象及冻土蓄水作用的影响显著,使得寒区地下水赋存/运动及开发管理等与非寒区地下水相关研究内容相比具有特殊的规律。地下水在寒区水循环和水支撑体系中具有举足轻重的地位。研究地下水和交流地下水研究成果是科学认识、利用和管理地下水的重要基础和前提,相关的软硬件平台是进行地下水研究和交流的重要依托。

比起非寒区地下水的研究,国内外关于寒区地下水的研究都相对薄弱。为了更好地丰富和促进寒区地下水的研究,本文拟从研究/交流平台的视角对中国近年来寒区地下水的研究状况及其存在的问题进行梳理和综述。

2 材料与方法

2.1 选 材

2.1.1 论文类文献

参考水文地质学相关理论,基于研究内容,将寒区地下水相关研究划分归为地下水赋存、地下水运动、地下水化学、地下水调查、地下水开发、地下水管理及其它共7个类别(表1),设计这7个方向的关键词,在中国知网、谷歌学术等搜索引擎上按照不同关键词组合进行搜索。根据所搜文献的参考文献、引用文献、相似文献、推荐文章等途径进行扩充,在搜索过程中积累一些主要从事该方向研究的刊物、机构、研究人员及研究生导师等对期刊文献类选材库进行完善。最后,以1999年为界删除早期研究,同时剔除相关度较差的文章,最后选用相关文献124篇[1-122],其基本情况见表1。

2.1.2 专著类文献

与期刊文献类似,利用超星数字图书、方正Apabi等搜索一定数量的近10年来涉及寒区地下水研究的专著,另添加一些广为认可的经典文献。专著类文献选材库列于表2。特别需要说明的是,本检索方式囿于资料库的限制,仅能选取较有代表性的文献进行分析说明,一定会存在疏漏之处,在此特定方式下得到的分析结果仅供参考。

表1 论文类文献选用清单Table1 Detailed list of selected thesis

表2 专著类文献选用清单Table2 Detailed list of selected monographs

续表2Continue table 2

2.2 方法

从交流平台、科研支撑、研究机构3种不同视角分别对寒区地下水研究进行分析。其中“交流平台”主要涵盖从事或涉及寒区地下水研究的期刊、专著、网站、学术会议4部分内容;“科研支撑”系指为寒区地下水研究提供经济与智力支撑的基金项目和研究人员;研究机构即介绍专门或主要从事寒区地下水及相关研究的高校及科研机构。

3 结 果

3.1 交流平台

交流平台由从事/涉及寒区地下水研究的期刊、专著、网站及学术会议共4类平台支撑,其主要目的在于将寒区地下水领域的研究成果、研究人员在空间或时间上集中起来,通过交流、传播等手段实现科研信息的快速流通,从而最终促进该领域理论/技术的快速发展。

3.1.1 期 刊

本文选用的论文类文献可分为期刊文献与学位论文两种,本节仅对期刊论文进行总结。期刊论文总计105篇,文献来源共计41种刊物。其中由中国地理学会、中国科学院寒区旱区环境与工程研究所主办的双月刊《冰川冻土》集中了大量我国优秀的寒区地下水领域论文。另外,由中国地质环境监测院主办的双月刊《水文地质工程地质》也收录了较多相关文章。季刊《黑龙江水专学报》与双月刊《干旱区研究》以其地处寒区的优势同样集中了不少该领域的成果。图1为被选文献数＞2的刊物一览。

3.1.2 专 著

图1 发表寒区地下水研究相关论文的主要期刊一览Fig.1 Major journals that recruits the thesis related to the research of frigid zone g roundwater

随着我国对寒区水科学问题的关注程度的提升,自1999年以来相关专著的数量明显增多。其中由中国科学院寒区旱区环境与工程研究所杨针娘研究员所著的《中国寒区水文》[123]与《冰川水文学》[124]集中论述了我国高寒山区冰川、积雪和冻土的分布特征和类型,冰川水文、冻土水文和雪水文过程、水资源状况的基本特征、观测实验研究和估算方法,讨论了我国寒区水资源数量,以及气候变化对寒区水文和环境的影响以及冰雪化学和寒区冰雪灾害、遥感技术的应用等。由王春鹤编著的《中国东北冻土区融冻作用与寒区开发建设》[125]一书全面地论述了我国东北多年冻土的分布、类型、温度状况、地下冰、冷生构造,季节冻结和融化作用以及冷生地质地貌现象等方面的特征,以及东北冻土区的开发利用方面的问题。寒区水科学及国际河流研究系列丛书之《寒区水资源研究》[126]和《寒区水水循环及冰工程研究》[127]系寒水系列学术研讨会论文集,该丛书内容上涉及寒区地下水资源与环境、寒区水文模拟、寒区农业水利、寒区水工灾害及其防治、寒区水循环、冰工程研究等内容的研讨。《中国寒区旱区环境与工程科学50年》[128]则系统地总结了中国科学院寒区旱区环境与工程研究所50年来在冰川、冻土、寒旱区遥感与地理信息等领域所取得的辉煌成果。

3.1.3 网 站

网络技术的迅速发展为寒区地下水领域学术交流提供了一个便捷、高效、广阔的信息平台。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所官方网站除报道、介绍所内外寒区科研动态、项目成果、学术交流、科学杂志、研究生培养等内容外,还开辟了“科普天空”、“科普园地”、“中国寒区旱区数据资源中心”[140]为用户提供丰富的科普知识及部分公开数据。此外“水信息网”[141]、“中国水文信息网”[142]、“中国水势”[143]等水利主流媒体网站也刊载涉及寒区地下水领域的新闻、科研信息、相关数据等内容。

3.1.4 会 议

涉及寒区地下水领域的学术会议以由黑龙江大学发起并组织的“寒区水资源及其可持续利用”系列学术研讨会为代表,该系列会议每届均设有寒区地下水分论题,为宣传和展示寒区水利科学与技术的发展成就搭建了平台。另外,包括“中国水论坛”在内的多个学术会议也都曾设计寒区地下水领域的分论题。

3.2 科研支撑

基金项目、研究人员以及科研机构都是寒区地下水研究发展的必要支撑。分析与研究对寒区地下水研究领域起到经济、智力支撑作用的因素可更好地掌握及追踪该领域的研究思路与发展动态。

3.2.1 基金项目

130篇论文类文献中有95篇被一项或多项基金项目资助,比例为73.1%;基金项目共45种,总计148项,其级别及具体比例见图2。在数量上,由“国家自然科学基金”资助的项目最多,计46项,占总数的31.1%,“中国科学院知识创新工程项目”、“国家重点基础研究发展规划973项目”与“中国科学院知识创新工程重大项目”分别以8.1%、4.1%和4.1%列居前4位(表3)。从质量上,国家、部级项目达到项目总数的79%。

图2 基金、项目资助级别饼状图Fig.2 Piechart of research funds and sponsored projects on research of frigid zone groundwater

表3 寒区地下水研究领域主要基金项目资助情况一览Table3 Detailed list of research funds and sponsored projects on research of frigid zone groundwater

3.2.2 人 员

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所原所长、中国科学院院士程国栋是国际著名的冻土学家,我国冻土学科的领军人物。凭借他对地下冰成因及分布规律、厚层地下冰形成的重复分凝机制等“程氏假说”等系统理论的构建以及完满的解决青藏铁路冻土路基修筑技术问题,程国栋院士得到国内外同行的崇敬与认可。2009年,程国栋院士当选为俄罗斯工程科学院外籍院士[27,61,66]。清华大学教授、中国工程院院士雷志栋多年来在西部寒区旱区土壤水方面进行了开创性的研究,他提出的水资源平衡、盐分平衡等的分析思路和方法,在寒区地下水领域的理论和应用方面均具有重要价值[24-25]。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所杨针娘研究员是我国杰出的冰川与寒区水文学家,她独立撰著的《中国冰川水资源》[144]及与他人合著的《中国寒区水文》[123]、《冰川水文学》[124]3本专著和70余篇学术论文,奠定了我国寒区与冰川水文学的基础[146]。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所蓝永超研究员、中国地质科学院张光辉研究员、沈阳农业大学陈晓飞教授、内蒙古农业大学史海滨教授分别在寒区地下水资源的变化分析、寒区地下水循环演化规律、冻土中的水、热、盐运移规律、寒区渗流系统模拟研究以及冻融期气温与土壤水盐运移特征方面有较多研究成果。

3.3 科研机构

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所是1999年6月由中国科学院原兰州冰川冻土研究所等3家科研机构整合成立的,具有50 a的寒区研究历史,是我国专门从事寒区旱区环境与工程研究的国家级科研机构。该所以西部典型寒区水土资源研究为主体,形成了以寒区旱区区域特色(冰川、冻土、寒旱区气候、陆地系统等)的研究和技术体系[5],为我国寒区地下水及其相关领域的理论、实践研究做出了重要的贡献。

黑龙江大学寒区地下水研究所成立于2007年2月,以黑龙江大学寒区水利研究/俄罗斯研究为支撑,立足黑龙江省,面向黑龙江流域,开展了寒区冻层条件下傍河型浅薄含水层渗渠集渗过程试验监测和融雪过程中冻土层水盐入渗特征试验研究等基础性试验监测工作,并成功地发起并承办了“寒区水资源及其可持续利用”系列学术研讨会[144],为寒区地下水研究交流合作提供了有力的平台。

另外,吉林大学、太原理工大学、沈阳农业大学、兰州大学、石河子大学、内蒙古农业大学、黑龙江省水科院、中科院东北地理所、中科院新疆生态所等单位在为寒区地下水领域的研究也做出了相应的实验室或实验站支撑。

4 分 析

经过对我国近10年来寒区地下水研究领域的交流平台、科研支撑、研究机构3种不同视角的分析,可见我国寒区地下水领域的研究由地域上可划分为两个重要区域,即西北地区及东北地区的寒区地下水研究。其中西北地区的研究开展较早、进展较快、积累了较丰富的经验,该区域以位于兰州的中国科学院寒区旱区环境与工程研究所为机构核心,辐射并带动新疆、西藏、甘肃、青海、宁夏等各省区的相关研究,并打造《冰川冻土》期刊为重要的交流平台,带动全国范围内的寒区地下水研究。东北地区的研究机构较为分散,内蒙古农业大学、吉林大学、沈阳农业大学及黑龙江大学都对相关研究做出过贡献。由黑龙江大学发起的寒水系列学术研讨会及其支撑的寒区水科学及国际河流研究系列丛书为东北寒区地下水科研工作者提供了便捷的交流平台。需要指出的是,可以进行寒区地下水试验监测研究的野外基站建设还有待加强。

5 结 语

将寒区地下水研究内容细划后索引成库,以库内论文、专著文献为源,给出了研究寒区地下水研究进展的思路——即按照“交流平台、科研支撑、研究机构”3种不同视角分别对中国近10 a寒区地下水研究/交流平台进行综述。

给出了研究结果:期刊《冰川冻土》集中了我国多数寒区地下水研究的优秀论文;专著《中国寒区水文》及《中国东北冻土区融冻作用与寒区开发建设》分别以西北和东北为大地理分区,阐述与揭示了我国两大寒区的地下水问题与水支撑;随着信息化普及,网络为寒区地下水的研究搭建了高效便捷的学习交流平台;由黑龙江大学发起的“寒区水资源及其可持续利用”系列学术研讨会为从事寒区地下水研究的科研人员提供了融洽的学术交流平台。结合“国家自然科学基金”等基金项目支持,寒区地下水研究领域的科研人员的成就推动了该领域科研团体的发展,使得近10 a越来越多的人关注寒区地下水的研究,但是,可以积累基础试验数据的相关野外监测站点建设还有待加强。

研究地下水和交流地下水研究成果是认识、利用和管理地下水的重要基础和前提,相关软硬件平台是进行地下水研究和交流的重要依托。对中国近10 a寒区地下水研究/交流平台进行综述有利于理清思路,抱强补弱。

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