国内外研究现状及趋势
美国是研究地下水可持续利用较早的国家。早在1883，美国学者室？林发表《自流井》一文，首次论述了自流井的成井条件和开发理论。1897衣阿华州地质调查局诺顿在衣阿华州自流井的报告中首次使用了“含水层”的概念。托德在1900提出，自流井太多会导致承压水衰减。1923年，迈因泽发表了《美国地下水的形成与理论》和《地下水文献综述》，系统总结了水文地质学的研究工作和理论进展，同时首次对中国地下水资源进行了定性评估，阐述了美国地下水的赋存、补给、排泄、径流、数量、质量、开发利用等情况(陈美贞，2006；陈仁生等，2003)。作者在1935中提出了非恒定流理论，很好地解决了许多实际问题。
在地下水的开发中，人们开始意识到地下水资源是有限的。20世纪30年代，托尔曼和他的同事发现了地下水开采引起的海水入侵和地面沉降。60年代中期，相继开展了各州地下水资源调查和平衡法地下水资源评价工作。1963麦克吉尼斯总结了各州、各地区地下水资源评价的研究成果。
1977年，美国发生严重干旱。1978年，美国地质调查局(USGS)启动了区域水系分析项目(RASA)，历时近20年。它以流域为单位调查研究了中国28个水系，采用三维有限差分地下水流数值模型模拟了地下水开发前后地下水的动态变化。1990 ~ 2000年期间编制出版了各水系地下水图集(比例尺:1: 25万~ 1: 1，000，000)。
目前美国地下水开采量占总用水量的20.7%。其中，98.3%的生活用水、57.4%的牲畜用水和41.5%的灌溉用水都依赖于开采地下水补给，改善和保护生态环境的意识越来越强。为此，美国正在实施新一轮的“地下水资源计划”(GWRP)。研究重点从以前的状态转移到整个水系统、水文系统和生态环境系统，从以前的强调地下水资源供给功能转移到地下水资源功能、生态功能和地质环境功能的综合调查与评价，强调地下水可持续利用的研究。
美国近百年地下水开发利用的历史表明，经济社会发展对地下水开发利用的理念及其生态-地质环境功能的研究起到了重要的推动作用。19世纪以前，地下水只是经济社会发展中的补充资源，水资源中以地表水的开发利用研究为主。自20世纪60年代以来，地下水越来越成为经济和社会发展所依赖的基础资源。特别是在连续干旱的年份，地下水的开发利用受到了前所未有的重视。与此同时，含水层脱水、依赖地下水的生态系统迅速退化、地面沉降和海水入侵等环境问题变得越来越明显。据USGS统计，美国公共供水中地下水的比例从1950年的26%上升到2000年的37%。20世纪80年代，地下水保护更加受到重视。美国联邦政府制定了许多保护法规，以提高污水排放标准和水的利用效率。到2000年，平均每亩灌溉量比1950减少了30%。在USGS 2000-2010的地质部科学战略和1998-2008的水资源部发展战略中，突出了地下水的可利用性和可持续性研究，包括城市化和郊区化对地下水影响的调查、沿海土地利用和人口增长对地下水影响的调查和地下水与地表水相互作用的研究。
(二)国内地下水评价研究趋势
自20世纪50年代以来，地质矿产部和有关部门在全国范围内对地下水及其环境地质问题进行了大量的调查和评价，包括区域水文地质、供水水文地质、环境水文地质、地下水资源评价和新技术新方法的应用。经过50多年的水文地质工作，基本摸清了中国地下水资源的区域分布规律，把西北、华北地下水调查研究作为主要战略任务做了大量工作，实现了各种信息的收集、处理、存储、传递和交换，开始把地下水作为水圈和岩石圈的组成部分和重要的环境因素，开展了地球表面四大圈层与大陆水循环和全球变化的关系研究。在全球一体化环境下思考地下水，利用大剖面和同位素研究地下水循环模式，极大地改变了地下水评价的传统思维和模式，特别是近年来信息技术的发展，加快了地下水评价的速度。
50多年的地下水评价具有以下特点:①地下水评价的目的是反映国家意志，服从国家目标；(2)发挥水文地质工作的优势，体现地下水的区域性和基础性评价，为国家建设服务；(3)丰富的数据和经验为地下水评价方法的研究奠定了基础。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，以及计算机技术的普及和应用，丰富和突破了传统水文地质学的内容，地下水评价从定性研究发展到定量研究。地下水资源评价的基础理论经历了从稳定流到非稳定流，从二维流到三维流，从一般平衡法和类比法到解析法和有限元或有限差分数值法和相关分析法的发展。地下水质量评价从单一评价发展到综合评价，从一般的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，地下水资源评价开始将主要目标转向管理模式的研究，涉及自然环境、社会环境、技术经济环境等与地下水开发活动相关的问题。
然而，面对21世纪可持续发展的要求，地下水评价不同程度地出现了新的问题。始于20世纪80年代的第一轮全国地下水资源评价是建立在消耗资源、牺牲环境的发展过程基础上的。评价指导思想、评价理念和评价方法存在历史局限性，迫切需要根据新的要求加以改进和发展。比如，由于当时认知能力和技术水平的限制，对地下水系统的资源、环境、生态属性和功能的基本认识和评价方法，在可持续发展思想和水循环思想的反映上不足，静态思维较为突出。
1.地下水资源的分类及概念演变
20世纪50-60年代，我国地下水资源评价普遍采用前苏联的“四储量”概念，即动态储量、静态储量、调节储量和开采储量。这些概念在欧美一些国家也有使用(屈等，1991)。水文地质工作者经过多年实践，普遍感到应用“四大储量”概念评价地下水资源存在许多缺陷(陈，1982；刘光亚，1982；王等人，1982)，现在已经基本停止使用了。
20世纪70年代提出了“三种水量”的概念，即补给量、库容量和允许开采量，并在1989中纳入国家标准(GBJ27-88)。但随着实践和理论的发展，其局限性和理论缺陷也逐渐暴露出来(徐恒利等，2001)。方案沿袭了以含水层(或水源)为评价单元的思维模式，没有体现地下水资源的完整性和系统性；补蓄时空概念模糊，容易导致水量重复计算；允许开采量只是一个笼统的提法，在实践中很难操作。
20世纪80年代，“资源”的概念逐渐被人们所接受，欧美、日本等国家和地区相继采用了地下水资源的概念。“潜在可再生资源”、“实际可再生资源”、“可再生资源”、“安全产量”相继出现。“持续产量”和“实际持续产量”等。
我国学者王(1995)教授等人从地下水资源的自然属性出发，将地下水资源分为“补给资源”和“储存资源”。“补给资源”被定义为“含水层系统可以再生的水量”。以含水系统多年平均补给量作为补给资源，单位为m3/a..“储存资源”定义为“地质历史上含水系统积累和保存的水量”。含水系统多年平均低水位以下的重力水体积作为调蓄资源，单位为m3。
陈孟雄院士在1983中提出的地下水资源分类，经过不断的调整和补充(2002年)，也具有广泛的代表性。在这一分类中，地下水资源分为“自然资源”和“可采资源”。“自然资源”定义为“在一个完整的水文地质单元(地下水系统)中，地下水在自然条件下直接或间接接受大气降水或地表水入渗的补给，具有一定的水化学特征，可以利用，并按水文循环规律变化”，一般可以用区域内各种补给或排泄的总和来表示。“可采资源”定义为“在合理的经济技术条件下，在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)的情况下，有保证可开采的地下水资源。)开采期间，并没有对生态平衡产生不利影响”。
2.地下水资源评价方法的研究现状。
达西定律和水量平衡是地下水资源定量评价的理论基础，由此产生了两种评价方法，即“地下水系统水量平衡法”和“地下水系统水动力学法”。
“地下水系统水平衡法”是通过建立地下水系统的补给、排泄和储存变量之间的水量关系，直接利用质量平衡原理来确定地下水资源的数量。“地下水系统水量平衡法”可用于计算区域和地方地下水资源的水量。它不仅可以估算地下水系统的补给和排泄总量，还可以计算地下水系统的单个量，是地下水资源评价中最常用的基本方法，也是一种比较可靠的方法。
“地下水系统水动力学方法”根据达西定律和水量平衡原理，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状态的评价。
按微分方程的解法分为“解析法”和“数值法”解析法是根据地下水流理论来评价地下水数量的，主要适用于平衡面积小、水文地质条件简单的均质含水系统。20世纪50年代以前，解析法在地下水资源评价中占有重要地位，至今仍是地下水资源评价中确定水文地质参数的主要方法。但是，当解析法应用于大尺度的水系统时，由于实际水文地质条件比解析法假设的复杂得多，其局限性就暴露出来了(薛玉群等，1986)。
为了解决地下水开采规模进一步扩大所带来的问题，物理模拟(电模拟和砂槽模拟等。)技术兴起于上世纪五六十年代，但仍未能解决复杂水文地质条件下区域地下水资源评价面临的问题。计算机技术和数值计算在地下水资源评价中的应用和普及，使模拟一些复杂的地下水流成为可能，并开始考虑含水介质的非均质性和各向异性。对复杂的溢流系统和各种形状不规则的边界条件，以及多相流和双重介质也进行了深入研究，在概念模型中更多地保留了固体系统的自然特性。因为数值方法不仅可用于大面积的地下水资源评价，也可用于局部水源的评价；它不仅能处理复杂的水文地质问题，而且计算精度高。因此，它逐渐成为地下水资源评价的一种重要方法，并因其更容易达到系统分析的目的而被广泛应用于地下水资源评价和管理中。
在地下水资源评价中，常用的方法有水文分析法、相关分析法和水文地质类比法。“水文分析法”是模仿陆地水文献的流量测量分析计算地下水补给量的方法。主要用于地下水补给完全转化为地下水排泄的地区，如岩溶管道流区、全排岩溶泉岩溶水系统或基岩山区裂隙水系统，其他方法难以适用，主要有地下径流模数法和基流划分法。“水文地质类比法”常用于缺乏实际资料的地区，主要是根据水文地质条件的相似性，将局部地区或条件相似的其他地区的实际资料与整个地区或研究区进行对比来评价地下水资源，多用于估算可采资源量。这种方法是在研究区域信息缺乏的情况下不得已而为之，其评价结果的准确性较差。“相关分析法”是一种统计方法，主要用于区域水文地质勘探试验资料不足，但地下水动态资料较多的地区，用这种方法外推时，其可靠性难以保证。“开采试验法”，在地下水非补给期(枯水期)，根据接近取水工程设计的开采条件，进行长时间抽水试验，然后根据开采条件下的抽水量、水位下降动态或水量平衡方程，计算水源的枯水期补给量，并将其作为水源的允许开采量。该方法主要用于评价水源的允许开采量，主要用于区域地下水资源评价中参数的获取。
纵观国内外地下水评价的成果，最常用的方法是“地下水系统水平衡法”和“数值法”，美国开展的“区域水系分析计划”(RASAP，1978 ~ 1995)采用数值法和平衡法对我国25个主要地下水系统进行了水资源评价(USGS，1998)。在2000年以来的新一轮地下水资源评价(地下水资源计划)中，数值方法仍是主要方法(USGS，2001)。在欧盟国家联合开展的区域地下水资源评价中，以水平衡法为主(Fried，1982；里斯和科尔，1997).此外，亚洲和非洲的一些国家大多采用水平衡法和数值法来评价区域地下水资源(Leslie B.Smith和Kadri Külm，2002；沙欣，1989；劳埃德，1990；Ulf Thorweihe和Manfred Heinl，2002年).平衡法和数值法也是20世纪80年代我国第一轮全国地下水资源评价的主要评价方法。
随着数学地质学的发展，近年来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；贝茨，1992；盖尔哈尔，1993；布兰南，1993；杨进忠等，2000)，但这些方法目前还处于理论探索阶段，很难在实践中得到广泛应用。
3.地下水质量评价的研究现状
在早期地下水质量评价中，我国一般借鉴国外学者设计的评价模型，如内梅罗N.L指数法。然而，在应用过程中，这些评价模型在理论和实践中逐渐发现其不足之处，于是我国地下水质量评价工作者根据自己的实践经验和实际情况，提出了许多适合不同目的的水质评价方法。例如，在20世纪60年代，人们用“环境质量综合指数”来定量表示环境质量。迄今为止，人们提出了许多计算综合指数的数学模型，对环境质量的划分曾经起过积极的作用。
早期的全国地下水质量评价没有“全国地下水质量标准”，主要依据国家建委和卫生部批准的《生活饮用水卫生标准》(TJ20-76)，并参考世界卫生组织(世卫组织)1958公布的《生活饮用水质量标准》，个别评价参数考虑当地的《生活饮用水质量标准》。评价方法主要有指数法、多参数法和模糊数学法。在当今的全国地下水质量评价中，虽然在评价项目的选取、分类、污染等级划分等方面发生了一些变化，但其思路和技术方法都沿袭了这一模式。
20世纪80年代以来，随着计算机技术的迅速发展和广泛应用，模糊数学、灰色聚类和神经网络在地下水质量评价中得到了广泛应用，并且随着方法的改进，人们越来越重视评价结果的合理性。然而，由于影响地下水质量的因素很多，每种评价方法都有一定的局限性。比如在综合污染指数法的“硬分类”中，灰色和模糊系统需要设计几种不同的效用函数(灰色系统的白化函数、模糊数学的隶属函数等。)，并人为给出各评价指标的权重(或权函数)等。这些效用函数和指标权重的给出不可避免地带有主观性，使得评价方法难以具有普适性，增加了应用的难度和人为假设对结论的影响。在地下水质量评价方法中，普遍存在“参数权重”问题，如指数法将所有水质参数等同，模型法在参数选取和参数权重设置上带有主观性。目前，人工神经网络评价方法的快速发展拓宽了地下水质量评价方法的视野。
4.地下水脆弱性评价的研究现状
Margat在1968中首次提出“地下水脆弱性”这一术语后，尽管经过了几十年的发展，国内外对“地下水脆弱性”这一概念仍然没有统一的定义，许多学者根据自身的因素从不同的角度给出了“地下水脆弱性”的不同定义。
以1987期为界，“地下水脆弱性”概念的发展过程可分为两个阶段。在1987之前，地下水脆弱性的概念大多是从水文地质本身内在因素的角度来定义的。Margat和Albiet在1970中提出的地下水脆弱性是指在自然条件下，污染源从地表向地下水表层渗透扩散的可能性。Olmer和Rezac认为，地下水脆弱性是地下水可能受到危害的程度，是由自然条件决定的，与现有的污染源无关。弗拉纳指出，地下水脆弱性是影响污染物进入含水层的地表和地下条件的复杂性。Villumsen等人在1983中将地下水脆弱性定义为地表使用或废弃的化学品对地下水的危害性。1987“土壤与地下水脆弱性国际会议”拉开了地下水脆弱性研究新阶段的序幕。大多数学者主张，在定义地下水脆弱性时，应考虑含水层本身的脆弱性以及人类活动和污染源的影响。有学者提出地下水脆弱性是指地下水质量对其现在或未来使用价值的敏感性。
人们普遍认为，地下水系统的脆弱性是指该系统在时间和空间上应对影响其状态和性质的外界(自然和人类活动)的能力。在1991中，美国审计局用“水文地质脆弱性”来表示含水层在自然条件下的脆弱性，用“总脆弱性”来表示含水层在人类活动影响下的脆弱性。美国国家科学研究委员会在1993中提出地下水脆弱性是污染物到达顶部含水层上方特定位置的趋势和可能性，并将地下水脆弱性分为两类:一类是本质脆弱性，即只考虑水文地质内部因素的脆弱性，不考虑人类活动和污染源；另一种是特殊脆弱性，即地下水对特定污染源或污染群体或人类活动的脆弱性。在欧洲、北美、澳大利亚等地区，地下水污染防治的重点已从污染控制转向污染预防，开展了地下水环境脆弱性评价，并编制了评价图集。
到目前为止，我国还没有明确的“地下水脆弱性”定义，大部分定义都是参考国外的资料。他们大多从水文地质内部因素的角度研究地下水的本质脆弱性，包括“环境和生态脆弱区地下水开发模式与系列制图”的工作，“地下水脆弱性”一词往往被“地下水污染潜力”和“污染防治绩效”所替代。
5.有问题
新中国成立以来，地下水评价为保障国民经济和社会发展的需要提供了重要支撑。然而，从地下水可持续利用的角度来看，地下水评价仍存在以下问题:
1)前期工作侧重于地下水赋存条件的研究，地下水含水层结构和地下水补给、直径、排泄条件的研究程度有待加深。地下水系统结构和地下水动态作为地下水的赋存空间，是地下水资源评价的基础。
2)地下水与环境保护密切相关，是重要的制约因素。过去，对地下水质量、环境和生态属性的评价重视不够。
3)地下水资源可持续利用程度及趋势预测研究缺乏深度，不能满足国民经济对地下水的前瞻性要求。
4)由于大量水利工程的修建，改变了地表水和地下水的循环条件，出现了许多新的水环境问题，特别是地下水补给条件的改变，使部分地区地下水补给减少，生态环境恶化。因此，迫切需要在新的地下水评价中考虑这些变化的影响。
(三)地下水功能评价与分区研究现状
1998年，徐志戎在《水文地质工程地质》(第5期)上发表了《地下水功能区划分的初步研究》，提出了开展地下水功能区划的必要性。1999，石瑞卿等人在《工程勘察》第一期中介绍了“灰色聚类分析在地下水分区中的应用”技术。2001在地下水(第四期)发表了《快速灰色系统聚类法在地下水功能区划中的应用》，提出灰色系统聚类法是一种简明的地下水功能区划方法。这一时期地下水功能的研究是建立在地下水资源的合理利用和传统的地下水资源评价理念基础上的。
2002年，中国地质调查局水环境司从生态和地质环境保护的角度提出了“地下水功能评价专题研究”作为约束条件。中国地质科学院水文地质与环境地质研究所张光辉研究员对地下水功能的概念、评价理论和方法进行了探索性研究，于2003年提出了地下水功能评价的基本框架和评价指标体系。2004年6月，项目组完成了“地下水资源功能、生态功能和地质环境功能评价科学体系”的建设和论证，包括基本概念、评价理论、评价指标体系和评价关键技术等。，并编制了《地下水功能评价与区划技术》，由中国地质调查局编入《中国地下水资源及其环境问题调查评价技术要求丛书》(二、三)。并先后在兰州、武汉、石家庄、北京、沈阳、呼和浩特等地举办了“地下水功能评价与区划”技术骨干培训班，在西北、华北、东北地区得到全面推广应用。2004年，唐克旺等人在《水资源保护》第5期中发表了《论地下水功能区的划分》，介绍了水利部门地下水功能区划的基本思路。2005年，水利部发布了《关于划定全国地下水功能区的通知》。2006年，张光辉等人在《水文地质工程地质学》(第四期)上发表了《区域地下水功能与可持续利用评价的理论与方法》一文，全面阐述了地下水功能评价的理论与方法；黄鹏飞等人在《中国环境管理》(2006年第二期)发表了《层次分析法在民勤绿洲地下水功能评价中的应用》，介绍了地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能。2007年，罗玉池等人在《中国农村水利水电》(第9期)发表了《基于MapGIS的河南省浅层地下水功能评价与分区》。吕红等人在《水文》(2007年第3期)发表《山东省地下水功能区划初步研究》，指出地下水功能区划是政府行使管理职能的重要依据；闫成云等人在《水文地质工程地质》(2007年第3、4期)上发表了《疏勒河流域中下游地下水功能评价与分区》，并引用了大量实例说明地下水功能评价与分区的实际效用。2007年，魏凡完成了“吉林省平原地区地下水功能评价”的硕士学位论文。张光辉等人在《地质通报》(2008年第6期)中论证了地下水功能评价与地下水可持续开采之间的关系。
(D)地下水开发利用的研究现状和趋势
地下水开发利用研究的总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为根本。
1)资源、环境、生态并重已成为地下水开发利用研究的主题。地下水的可持续利用既要保证社会的稳定供水，又不能牺牲生态-地质环境效益，同时也不能影响未来水资源的长期利用。恢复受人类影响而退化的地下水的功能，定量跟踪和控制地下水的排泄面积，强化地下水含水层获得补给的途径和机制，共同调控和协调地表水和地下水的开发，地下水利用和分配的社会经济规律和管理模式，是当前重要的研究课题。
2)地球表层系统水文地质过程的研究已成为现代地下水科学演变的重要课题。土壤、包气带、浅层地下水、湿地和湖泊、绿洲、河流和农业用地与地下水可持续利用研究密切相关。包气带是地下水位和地表之间的多孔介质。化学风化、有机质分解、固氮等化学物质循环过程都发生在包气带，包气带也是地下水补给和污染物向地下水迁移的必经之路。包气带的物理、化学和生物过程与水文地质、土壤学、生态学和环境学的关系越来越密切(甘肃省地质调查所，2007)。
3)建立高效的地下水监测、情况调查和应急机制越来越迫切。1996国际水文计划工作组将“可持续水资源利用”定义为“在不破坏社会所依赖的水文循环和生态系统完整性的情况下，从现在到未来支持社会及其福利需求的水的管理和使用”。要求在水资源的规划、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和协调，强调未来变化、社会福利、水文循环和生态系统保护的整体性，最大限度地减少未来后悔的可能性。2000年在美国召开的“水资源综合管理研讨会”上，达成了流域统一管理是防止土地退化、保护淡水资源和生物多样性、实现水资源可持续利用的必然选择。
4)可持续性是地下水开发利用中最受关注的核心。意味着地下水可以在时间和空间上延续。Serageldin和Steer将“可持续性”概括为“弱可持续性”、“中等可持续性”、“强可持续性”和“过度可持续性”。“弱可持续性”不关心局部，只关心整体；“适度可持续性”主要旨在维持系统的完整性，但也适当照顾其组成部分；“强可持续性”要求保持系统的组件处于良好的状态，同时要照顾好整个系统。每一个组成部分都不能互相替代，而且根据某些理解，即使在组成部分内部，可替代性也是有限的；“过度可持续性”是指保持系统的所有元素完好无损，没有任何损失。