中國地質科學院巖溶地質研究所梁永平研究員及團隊采用大量詳實的第一手資料，從巖溶水系統出發，對北方巖溶水文地質條件，巖溶水環境問題、發展演化趨勢及成因，巖溶水資源保護等方面進行深入研究，較為全面地劃分了北方巖溶水系統，歸納了北方巖溶水系統的結構模式，總結了北方巖溶水環境問題及其發展演化趨勢，揭示了北方巖溶水環境問題的成因，建立了碳酸鹽巖區河流滲漏量與來水量間的非線性關系方程，初步建立了北方巖溶含水層的脆弱性評價和保護區劃分體系。“中國北方巖溶區地下水環境問題成因機制與保護對策研究”（編號：200811022）系國土資源部公益性科研專項，項目成果是對巖溶所“北方巖溶研究團隊”數十年來科研工作積累的全面總結。
一、立項背景
我國北方的華北地臺分布有68.5×104km2碳酸鹽巖面積，其中蘊藏著108.8×108m3/a的巖溶地下水資源。北方巖溶水以其集中程度高、動態穩定、水質良好的自然屬性，成為重要的供水水源。北方有30多個地市級以上城市、100多個縣級城市以及廣大的巖溶山區城鎮生活供水、70%以上大型國有煤礦生活生產用水、數十座大型火電廠發電冷卻用水和近千萬畝農田的灌溉用水依賴于巖溶地下水。巖溶地下水在城市供水和北方能源基地建設中發揮著不可替代的支撐性作用。
近三十年來，隨著氣候變化和巖溶水開發、采煤等人類活動強度的加大，巖溶水系統從輸入–結構–輸出都發生了根本性改變。目前，有三分之一的巖溶大泉相繼斷流消亡，80%以上的泉水流量大幅度衰減，區域巖溶地下水位普遍以每年1～2m的幅度持續下降，有20%以上的巖溶水系統主排泄帶的水質在Ⅲ類以下且總體趨向惡化，同時存在采煤突排水及后采煤時代“老窯水”的潛在礦山環境問題，由此導致不少地區原有水井吊泵、報廢，泉水旅游價值降低、生態功能喪失，帶來了諸如山區巖溶含水層疏干、向平原含水層補給量減少并誘發地裂、泉域巖溶含水層調蓄功能下降、引發巖溶塌陷、導致沿海地區海水入侵、加速一些泉域巖溶含水系統間的資源襲奪、加劇巖溶地下水的進一步污染等一系列巖溶環境水文地質問題，極大威脅著用水安全。
針對北方巖溶水資源面臨的問題，國土資源部國際合作與科技司組織專家論證后啟動了“中國北方巖溶區地下水環境問題成因機制與保護對策研究”項目（編號：200811022）。其主要目的是通過全區調查和典型泉域深入研究，總結巖溶水環境問題現狀及其發展演化趨勢，揭示其成因機制；提出巖溶水保護區劃分方案及保護措施建議，為巖溶水資源的管理、保護和可持續利用提供科學依據。
二、取得的主要成果
1．較為全面地劃分了北方巖溶水系統
在前人成果基礎上結合作者多年研究，將備份劃分出119個巖溶地下水系統，并對系統邊界水文地質性質進行了界定。這些系統以高度開放、環境質量脆弱、發育規模大、系統資源要素構成多、各水資源要素間轉化關系復雜和“水煤共存”為特點。同時指出，與傳統巖溶水文地質研究不同，對“巖溶水系統”研究要從系統邊界與水文地質性質、系統資源要素構成以及轉化關系、系統結構模式三方面著手。
2．歸納了北方巖溶水系統的結構模式
從巖溶水系統地質結構與地下水流場疊置關系，歸納出5種系統結構模式，分別是：“單斜順置型”、“單斜逆置型”、“走向型”、“向斜–盆地型”和“斷塊及其他型”。同時對每一種模式的地質結構、巖溶地下水流場形態、巖溶地下水流向與碳酸鹽巖地層傾向的疊置關系、巖溶地下水富集規律、水資源循環以及環境地質問題等方面的特征表現進行了分析。
3．總結了北方巖溶水環境問題及其發展演化趨勢
采用大量資料，以系統為單元，對巖溶泉水斷流、流量衰減、區域巖溶地下水持續下降、含水層疏干、巖溶塌陷、海水入侵、水質污染以及潛在的巖溶水環境問題及其發展演化趨勢進行了總結。
4．揭示了北方巖溶水環境問題的成因
從自然和人為兩方面分析北方巖溶水水質、水量方面環境問題成因。
水量方面。采用了北方巖溶區342個雨量站系列資料，分系統分析了降水量及氣溫的演化趨勢，并計算出由于氣候變化導致北方巖溶水補給資源量減少10%～15%結果。分析認為，太陽黑子數周期變化是驅動區內降水量減少和氣溫升高的重要原因之一；除氣候變化外，系統水資源的開采（包括巖溶水以外的系統內其他水資源類型的開采）、礦山開采的突排水、河流來水量減少以及動態特征的變化和巖溶水系統內水環境條件的改變是導致巖溶水水量問題的原因。
水質方面。將巖溶水水質惡化的主要原因歸結為人類活動導致的“三廢”通過各種途徑進入巖溶水循環系統、巖溶水動力條件的改變以及系統巖溶水文地質條件的改變三個方面。其中特別指出，北方大量煤礦已閉坑或處于閉坑階段，后采煤時代“老窯水”潛在的水環境問題將是涉及面廣、影響程度深遠且無法回避的問題，必須采取有力措施盡早應對。
5．建立了碳酸鹽巖區河流滲漏量與來水量間的非線性關系方程
通過對18.46km長碳酸鹽巖滲漏段14次洪水全過程滲漏量實測，計算建立了碳酸鹽巖滲漏段自由滲漏狀態下的來水量與單位公里長漏失系數間非線性的關系方程：α= 0.0202Q-0.4766。表明河流對巖溶地下水的滲漏補給不僅與來水量大小有關，同時與河水流量動態特征有關。
6．初步建立了北方巖溶含水層的脆弱性評價和保護區劃分體系
在分析了目前國內外通行的“地下水脆弱性”評價體系中存在“強調水質，忽視水量”不足的同時，從我國北方具體巖溶水文地質條件和突出的巖溶水水量環境問題出發，提出了 “水量脆弱性”和“水質脆弱性”并用的觀點和“先分類、后分級”的巖溶含水層保護區劃分方案，對不同脆弱性的影響因素進行了論述，并在3個典型巖溶水系統（山西娘子關泉域、山東棗莊十里河泉域和河南焦作九里山泉域）中提出了定量評價的方法與相應的保護措施建議。
