中国地质科学院岩溶地质研究所梁永平研究员及团队采用大量详实的第一手资料，从岩溶水系统出发，对北方岩溶水文地质条件，岩溶水环境问题、发展演化趋势及成因，岩溶水资源保护等方面进行深入研究，较为全面地划分了北方岩溶水系统，归纳了北方岩溶水系统的结构模式，总结了北方岩溶水环境问题及其发展演化趋势，揭示了北方岩溶水环境问题的成因，建立了碳酸盐岩区河流渗漏量与来水量间的非线性关系方程，初步建立了北方岩溶含水层的脆弱性评价和保护区划分体系。“中国北方岩溶区地下水环境问题成因机制与保护对策研究”（编号：200811022）系国土资源部公益性科研专项，项目成果是对岩溶所“北方岩溶研究团队”数十年来科研工作积累的全面总结。
一、立项背景
我国北方的华北地台分布有68.5×104km2碳酸盐岩面积，其中蕴藏着108.8×108m3/a的岩溶地下水资源。北方岩溶水以其集中程度高、动态稳定、水质良好的自然属性，成为重要的供水水源。北方有30多个地市级以上城市、100多个县级城市以及广大的岩溶山区城镇生活供水、70%以上大型国有煤矿生活生产用水、数十座大型火电厂发电冷却用水和近千万亩农田的灌溉用水依赖于岩溶地下水。岩溶地下水在城市供水和北方能源基地建设中发挥着不可替代的支撑性作用。
近三十年来，随着气候变化和岩溶水开发、采煤等人类活动强度的加大，岩溶水系统从输入–结构–输出都发生了根本性改变。目前，有三分之一的岩溶大泉相继断流消亡，80%以上的泉水流量大幅度衰减，区域岩溶地下水位普遍以每年1～2m的幅度持续下降，有20%以上的岩溶水系统主排泄带的水质在Ⅲ类以下且总体趋向恶化，同时存在采煤突排水及后采煤时代“老窑水”的潜在矿山环境问题，由此导致不少地区原有水井吊泵、报废，泉水旅游价值降低、生态功能丧失，带来了诸如山区岩溶含水层疏干、向平原含水层补给量减少并诱发地裂、泉域岩溶含水层调蓄功能下降、引发岩溶塌陷、导致沿海地区海水入侵、加速一些泉域岩溶含水系统间的资源袭夺、加剧岩溶地下水的进一步污染等一系列岩溶环境水文地质问题，极大威胁着用水安全。
针对北方岩溶水资源面临的问题，国土资源部国际合作与科技司组织专家论证后启动了“中国北方岩溶区地下水环境问题成因机制与保护对策研究”项目（编号：200811022）。其主要目的是通过全区调查和典型泉域深入研究，总结岩溶水环境问题现状及其发展演化趋势，揭示其成因机制；提出岩溶水保护区划分方案及保护措施建议，为岩溶水资源的管理、保护和可持续利用提供科学依据。
二、取得的主要成果
1．较为全面地划分了北方岩溶水系统
在前人成果基础上结合作者多年研究，将备份划分出119个岩溶地下水系统，并对系统边界水文地质性质进行了界定。这些系统以高度开放、环境质量脆弱、发育规模大、系统资源要素构成多、各水资源要素间转化关系复杂和“水煤共存”为特点。同时指出，与传统岩溶水文地质研究不同，对“岩溶水系统”研究要从系统边界与水文地质性质、系统资源要素构成以及转化关系、系统结构模式三方面着手。
2．归纳了北方岩溶水系统的结构模式
从岩溶水系统地质结构与地下水流场叠置关系，归纳出5种系统结构模式，分别是：“单斜顺置型”、“单斜逆置型”、“走向型”、“向斜–盆地型”和“断块及其他型”。同时对每一种模式的地质结构、岩溶地下水流场形态、岩溶地下水流向与碳酸盐岩地层倾向的叠置关系、岩溶地下水富集规律、水资源循环以及环境地质问题等方面的特征表现进行了分析。
3．总结了北方岩溶水环境问题及其发展演化趋势
采用大量资料，以系统为单元，对岩溶泉水断流、流量衰减、区域岩溶地下水持续下降、含水层疏干、岩溶塌陷、海水入侵、水质污染以及潜在的岩溶水环境问题及其发展演化趋势进行了总结。
4．揭示了北方岩溶水环境问题的成因
从自然和人为两方面分析北方岩溶水水质、水量方面环境问题成因。
水量方面。采用了北方岩溶区342个雨量站系列资料，分系统分析了降水量及气温的演化趋势，并计算出由于气候变化导致北方岩溶水补给资源量减少10%～15%结果。分析认为，太阳黑子数周期变化是驱动区内降水量减少和气温升高的重要原因之一；除气候变化外，系统水资源的开采（包括岩溶水以外的系统内其他水资源类型的开采）、矿山开采的突排水、河流来水量减少以及动态特征的变化和岩溶水系统内水环境条件的改变是导致岩溶水水量问题的原因。
水质方面。将岩溶水水质恶化的主要原因归结为人类活动导致的“三废”通过各种途径进入岩溶水循环系统、岩溶水动力条件的改变以及系统岩溶水文地质条件的改变三个方面。其中特别指出，北方大量煤矿已闭坑或处于闭坑阶段，后采煤时代“老窑水”潜在的水环境问题将是涉及面广、影响程度深远且无法回避的问题，必须采取有力措施尽早应对。
5．建立了碳酸盐岩区河流渗漏量与来水量间的非线性关系方程
通过对18.46km长碳酸盐岩渗漏段14次洪水全过程渗漏量实测，计算建立了碳酸盐岩渗漏段自由渗漏状态下的来水量与单位公里长漏失系数间非线性的关系方程：α= 0.0202Q-0.4766。表明河流对岩溶地下水的渗漏补给不仅与来水量大小有关，同时与河水流量动态特征有关。
6．初步建立了北方岩溶含水层的脆弱性评价和保护区划分体系
在分析了目前国内外通行的“地下水脆弱性”评价体系中存在“强调水质，忽视水量”不足的同时，从我国北方具体岩溶水文地质条件和突出的岩溶水水量环境问题出发，提出了 “水量脆弱性”和“水质脆弱性”并用的观点和“先分类、后分级”的岩溶含水层保护区划分方案，对不同脆弱性的影响因素进行了论述，并在3个典型岩溶水系统（山西娘子关泉域、山东枣庄十里河泉域和河南焦作九里山泉域）中提出了定量评价的方法与相应的保护措施建议。
