环境地质科学研究现状

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• jason19203

  按照McNutt的改革，USGS地质环境领域的科研工作同样打破了传统的学科界限，是以重大科学问题为单元进行部署和实施的。表2–3列出了2012年度美国地质调查局涉及地质环境的项目和环境地质方面的研究内容。从表2–3可以看出，地质环境科学研究横跨气候与土地利用变化、能源和矿产、环境健康、自然灾害、水、核心科学体系等6个战略领域，涉及16个联邦财政项目，根据解决重大科学问题的需要开展二氧化碳地质储存、矿产开发环境影响、土壤和地下水污染、地质灾害、地下水、地质填图等方面的研究工作。地质环境科学以地质环境与经济社会的相互作用为研究对象，不仅要了解当前的地质环境状态，还要了解过去的地质环境变化，预测未来的地质环境趋势，评估地质环境变化对经济社会的影响，为环境管理决策科学依据^[48]。基于此，USGS环境地质科学研究活动可概括为逐级递进的4个方面：地质环境观测、机理研究、评估和预测、信息传播。

  （一）地质环境观测

  地质环境观测是地质环境科学研究的基础。USGS历来重视地质环境观测设施建设和积累，观测内容包括水文要素监测（地表水位、地下水位、水质、降水量等）、地震监测（美国和全球）、地质灾害监测（火山、滑坡、地面沉降、海岸过程等）、灾后现场采集、Landsat连续土地卫星遥感观测等。截至2012年，USGS的水文监测网络包括8000个河流水文测量站、22180个地下水观测井（含1416个实时观测井）、1900个水质连续监测站、250个降水监测站，主要由合作水项目、全国河流信息项目、全国河流水质网络等项目支持运行。自然灾害监测网络包括150个全球地震监测站、90个国内地震监测站、5个火山观测台、14个地磁观测台、太平洋沿海地区与石山地区15个滑坡监测点等^[49]，主要由地震灾害项目、火山灾害项目、滑坡灾害项目等项目支持运行。USGS是Landsat遥感卫星的管理者，对地表要素（土地、水、城市、灾害等）进行连续观测，积累形成了世界最长时间序列的连续土地遥感影像。通过长期的监测和观测，USGS积累了大量的基础。例如，地下水库包含有85万个观测井、时间序列最长可达100多年的地下水位观测，为USGS开展科学研究奠定了坚实的基础。

  表2-3 2012年度美国地质调查局涉及地质环境的项目与财政投入

  （二）机理研究

  依托地下水项目、全国水质评估项目、有毒物质水文学项目等项目，USGS对全国、区域、局域等不同尺度的水问题开展了大量基础研究工作。以水可利用性为核心，地下水科学研究涉及的问题包括：城市化和市郊化对地下水的影响；海岸带土地利用和人口增长对地下水的影响；地下水的可利用性和可持续性；废物隔离和污染地下水系统的恢复机理；地下水和地表水相互作用；控制地下水和危险有害废物隔离的水文地质框架调查与研究等^[50]。USGS的自然灾害研究包括风引发的海岸过程、地震、地磁、滑坡、地面沉降、火山喷发等，地质灾害研究主要集中在3个方面：通过野外分析，研究泥石流侵蚀流经通道和向下运移过程；变化的地理、地形、地震和气候条件下滑坡沉积物活动的条件和活动过程；岩崩对土地的影响过程^[51]。根据应对全球变化的需求，开展了地质环境中的碳循环过程研究，包括地质环境CO₂作用的地球化学过程、地质碳封存与存储的关键问题、影响CO₂储存性能的地质控制因素等。2010年，研究提出了地质固碳潜力评估方法，为美国地质固碳潜力评估奠定了基础^[52]。

  （三）评估和预测

  基于长期的观测、积累和过程机理研究成果，USGS开发了各种数学模型，预测未来在不同情景下水、自然灾害、气候要素等短期和长期变化。利用数学模型和预测工具，对以后的地质环境形势进行了评估，为管理、环境保护、生态管护、灾害等决策依据。开发了MODFLOW模型，用于模拟、预测地下水与地表水–地下水相互作用过程，得到了国际同行的广泛认可。PHREEQC模型，用于模拟地下水中溶质化学反应和运移过程，可以评估地下水污染治理效果。用于研究包气带水、溶质、热运移过程的VS2DI模型不仅考虑了非吸附性溶质运移，而且也考虑了溶质与固相之间的吸附、解吸和离子交换过程、溶解和沉淀过程、氧化和还原过程以及一些生物化学过程^[53]。GSFLOW模型，用于模拟和预测降水和复杂流域过程条件下河流非稳定响应过程。与海洋与大气局（NOAA）合作开发了洪水和泥石流早期预警系统，在加州南部8个县开展了示范应用。

  （四）信息传播

  USGS是不具有行政管理职能的纯科学机构，向、学界、公众可靠的科学与信息是其重要使命之一。USGS积累了海量的地质、水、自然灾害和土地利用，形成了大量经过同行评审的调查报告和研究报告。USGS非常重视信息传播，在、图件和成果传播方面形成了全面、实时、高效的服务体系。USGS通过“全国水信息系统”为社会了获取水的互联网入口，包括覆盖全国50个州150万个地点的河流湖泊流量与水位、地下水位、水质、用水量等。据统计，用户通过该系统获取在线水实时每月高达2000万次。通过“全国地震系统”，公众可获得各个地震监测站的观测。2012年11月，USGS与谷歌开展合作，通过谷歌在线工具（包括Google Earth）在全球范围内发布地震、极端恶劣天气等最新信息，扩大灾害信息的传播范围。针对不同用户需要，USGS将其研究成果编制形成了不同类型的产品：面向公众的公报（简报）；音像、照片库；地质图集；水文图集；公开文件报告；专题论文与报告；科学调查报告；集；信息与技术报告；学术论文等。90%以上的研究报告可以直接从美国地质调查局网站上，实现了研究成果的在线共享。

  浏览 169赞 80时间 2022-03-05