（1）本书以水文地质学与工程地质学交叉形成的新的学科方向——工程水文地质学理论为指导，依托官地、锦屏、卡基娃、开茂、溪洛渡、长河坝、紫坪铺、自一里、瀑布沟等已建和在建水电工程，通过资料收集分析和补充调查试验，系统分析、总结西南地区水电工程中典型水文地质问题以及调查、分析、评价这些问题的技术方法和有效手段，形成从问题产生背景、工程-地下水-地质环境相互作用机理、问题表现及评价、问题处理原则与方案、问题处理效果监控等系统技术主线，建立包括问题调查、分析、评价、处理、监控的完整方法体系。

（2）本书取得了丰硕成果，取得了一系列创新成果。首次提出了水文地质结构控制的水文地质问题形成机理与分类，深化了水文地质结构理论在水电工程中的应用。首次将环境同位素手段应用到水文地质调查中，为水电工程地下水径流调查分析提供了低成本、高效率的新手段。提出了岩土体水文地质参数测试新方法，提升了钻孔水文地质实验的效率和精度。提出了基于水文地质结构控制机理的水电工程渗控措施，提高了渗透控制的可靠性。提出了“岩溶型内涝”水文地质问题新类型，丰富了水电工程水文地质研究理论，对后续的工程实践具有极强的指导性。

（3）系统梳理了水文地质基础理论，人类工程活动是在一定的地质环境中进行的，一方面人类工程活动受制于地质环境，同时又影响和改造着地质环境。两者之间的这种相互关联，相互制约机理，正是工程地质学研究的基本任务。人类工程活动对地质环境的作用，一般说来，地质环境主要是由岩土体环境、地应力环境和水环境所构成，在自然条件下，它们之间有着密切的依存关系和相互作用，始终处于不断变化的动平衡之中。水电工程中地下水-岩土体相互作用类型及特征，水电工程中水-工程建筑作用类型及特征在一定的地质环境条件下，于不同的工程部位，工程建筑物与地下水及岩土体之间相互作用。相互作用的不协调将产生一系列的地质问题，如坝基深层承压水问题、水库岩溶渗漏问题、坝基渗漏及渗漏稳定性问题、水库诱发地震问题、水库区库岸浸没问题等。水对大坝混凝土的侵蚀作用主要发生于富含石膏的陆相沉积地层分布区，如黄河八盘峡、盐锅峡、青海朝阳水电站等都不同程度遇到过此类问题。

（4）建立了水文地质模型和水文地质结构。水电工程中各类工程水文地质问题都涉及特定的地质环境中地质体在自然条件下的发展演化过程和在人类工程活动作用下的发展演化过程。水文地质原型的认识可概化为水文地质结构和地下水流动系统两个主要方面。前者表征的是以地质体的空隙为主体的地下水储存、运移空间及组合，也即为含水介质系统；后者则是以地下水补给、径流和排泄为主线的地下水流动体系，包括水量、水动力条件、动态变化等。地下水系统是近年来水文地质学科中的新术语，它的出现一方面是系统思想与方法渗入水文地质领域的结果，但更重要的，则是水文地质学发展的必然产物。从分类角度考虑，地下水系统包含地下水含水系统和地下水流动系统。水文地质结构是由含水介质类型、岩性结构与地质构造等要素在空间上的组合。含水介质空间系指在地质剖面上，各类含水岩体与隔水岩体的空间组合（或称含水系统）。各类含水介质空间及其岩性特征与地质构造条件在空间上的组合，构成具三维空间关系的水文地质结构。常见的喀斯特水文地质结构类型有15种。

水文地质条件是概念模型的基础，通过工程区水文地质原型的研究，获取了研究区以往各类地质、水文地质、地形地貌、气象、水文、钻孔、水资源开发利用等资料，进而进行系统的分析与研究，明确研究区的水文地质条件。在此基础上对研究区水文地质条件进行合理的概化，使概化模型达到即反映水文地质条件的实际情况，又能用先进的工具进行计算的目的，并最终提交概化的框图、平面图、剖面图及其文字说明。水文地质模型概化遵循实用性、完整性、处理好简单与精度的矛盾等原则。

（5）对水电工程水文地质问题控制要素进行了研究，阐明了水电工程中工程-水-地质体相互作用机理，水的作用（或功能）主要表现为：①水的力学作用：包括空隙水压力和动水压力，是工程、岩体失稳的重要触发因素之一；②水的物理化学作用：作为地质环境中的活跃因子，水-岩反应在几乎所有的地质过程中都扮演着重要角色，尤其是水岩反应过程所导致的岩土体及其软弱结构面的化学成分和物理力学性质的变化以及这种变化对工程可能造成的影响、水岩作用导致的地下水化学成分变化及其对工程建筑物的潜在危害；③水的价值功能：通过蓄水发电、灌溉、养殖和改善航运条件等来体现。为更好研究水文地质问题打下了理论基础。

（6）论述了水文地质勘察勘察主要内容，研究了获取水文地质参数的常规勘探方法、非接触勘探技术、地球物理勘探技术、水环境同位素技术、数值模拟技术等工程水文地质勘探技术和试验方法；提出了钻孔中进行标准注水和简易注水、振荡式渗透试验新方法和测试装置，将环境同位素手段应用到水文地质调查中，为水电工程地下水径流调查分析提供了低成本、高效率的新手段。

（7）水文地质参数是反映含水层或透水层水文地质性能的指标，如渗透系数、导水系数、水位传导系数、压力传导系数、给水度、释水系数、越流系数等。水文地质参数是进行各种水文地质计算时不可缺少的数据。水文地质参数常通过野外试验、实验室测试及根据地下水动态观测资料采用有关理论公式计算求取，数值法反演求参等。水文地质参数的获取主要有现场试验、实验室测定、观测资料分析、数值法反演、取经验值等。

（8）工程水文地质勘探常用方法主要包括工程水文地质钻探与工程水文地质坑探。工程水文地质钻探是使用专门机具在岩层钻探孔眼，直接获取目标点位、目的深度地质与水文地质资料的主要技术方法。工程地质坑探是指在地质勘探工作中，为了揭露地质现象和矿体产状，从地表或地下掘进的各种不同类型的槽、坑及小断面坑道的勘探工程。水文地质勘探方法与工程地质勘探方法在技术标准与具体任务方面虽然存在差异，但是工程地质勘探所获取的信息在一定程度上可以转化为水文地质勘探所需的信息，二者可同步解决复杂多样的水文地质问题，如地质灾害问题、隧洞涌突水问题等。通过工程地质常规勘探亦可获得大量水文地质结构信息、地下水信息、岩样与水样信息等。

（9）非接触勘探技术主要包括遥感技术、近距摄影技术、三维激光扫描技术与无人机技术。其主要原理大体为通过可见光、热红外、微波、数码摄影、激光等介质，将目标物的实际状态转化为数据影像与图像，将目标物信息以不同的形式存储起来，再通过应用软件转化及图像解译输出目标数据，从而反映出地形地貌、地质构造、水系特征、地层岩性与水文地质结构等信息。

1）遥感技术是20世纪60年代蓬勃发展起来的集物理、化学、电子、空间技术、信息技术、计算机技术于一体的探测技术。遥感技术的应用依赖于遥感系统，遥感系统由遥感平台、遥感器、信息传输接收装置以及数字或图像处理设备等组成。遥感技术主要采用空对地的模式，距离地面相对较远。其检测范围广，可覆盖整个地球。成像效果好，包含的信息丰富。主要可应用与大区域范围内的水文地质调查、区域地形地貌调查、岩溶地质调查等。通过对遥感图像的解译，能够宏观反映出区域地形地貌、地质构造、边界条件、含水岩组的展布及水系特征等。

2）无人机遥感技术主要采取低空对地的模式，其探测范围较广，精度高，可以实现视频高清图像实时回传，具有很高的灵活性和准确性，能够高效的处理测绘数据和信息。主要可应用于小范围内高精度滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的调查，能够局部精细反映地层岩性、地质构造、地质灾害影响范围与程度等。

3）三维激光扫描技术采用地对地的模式，实现远距离非接触测量，精度更高，能够反映工程场地表面的全部细节，精确的反馈与记录地质构造的变化过程，监测各项工程地质与水文地质要素如滑移面的移动、地裂缝的扩张以及含水结构的形态等。主要应用于：地形变化监测、工程地质测绘（编录）及地下洞室和开挖基坑的编录、水库坝体测量、对裂缝的安全监测、对隧洞断面测量、对建筑物的三维建模和对工程竣工的检查验收等。

4）近距数码摄影技术亦采用地对地的模式，能够瞬间获取目标的大量几何信息和物理信息，适合对复杂工程目标的整体监测和分析，还能适应动态目标的测定，可以反映岩溶发育情况、工程塌方情况、水文地质钻孔垮塌等信息。其应用范围广，作业效率高且成本较低。主要应用于坐标与体积等基本信息的测量、地下洞室地质编录、岩质边坡地质测绘以及基坑开挖地质编录等。

（10）地球物理勘探技术在水文地质工作中可以提供如下信息：地下含水体信息，包括含水体埋深、厚度以及地下水溶解性总固体、孔隙率等参数；地质体的要素特征，包括地层结构、地层岩性、地质构造等；地质体的地球物理场的变化特征，包括电场、电磁场、温度场、设气场、弹性波场等。通过地球物理的变化特征分析，结合地质、水文地质条件，判断地下水补、径、排关系。(www.daowen.com)

目前比较成熟的水文物探方法，包括地面物探和孔内物探两大类共26种。需要根据预期的不同类型的水文地质问题，采用不同的物探方法。在钻孔中水文测井解决的主要问题包括：①划分含水层与隔水层，并确定其深度和厚度；②确定含水层的孔隙度和渗透率，并估计其涌水量；③研究地层水矿化度；④研究地下水的流动方向和速度等等。根据任务目的不同，可以单独或综合应用电阻率法测井、自然电位测井、放射性测井和声波测井等。

（11）水环境同位素技术主要有氢氧稳定同位素、碳硫稳定同位素、氚和14C放射性同位素等。利用氚法和14C法可测定地下水年龄，人工氚氧化后形成氚水，同样以大气降雨形式降落到地表或形成地表径流或渗入地下，人工氚的浓度在某个时期是很高的，有时可超过天然氚浓度的几个数量级，因此可利用它来研究和追踪地下水的运动状况。地下水中的含碳物质是溶解于水中的无机碳（DIC），通过测定水中溶解无机碳的年龄并认为溶解无机碳在水中的动力行为与地下水相同；在一般情况下，可以认为地下水中溶解无机碳与土壤CO2（或大气CO2）隔绝之后便停止了与外界的14C交换；所以地下水14C年龄是指地下水土壤CO2隔绝后“距今”的年代；14C法测定地下水年龄的上限为5万～6万年，超灵敏计数器有可能向上延至10万年。

（12）利用氢氧同位素组成研究地下水成因、利用氢氧同位素确定含水层补给带（区）或补给高度、应用氚测定地下水补给、利用氢氧稳定同位素计算地下水在含水层中的滞留时间等，这给水文地质问题的研究提供了定量研究依据。

利用区域不同年代地层水与油田水中氢和氧同位素组成的研究结果，可以解释区域地下水起源与形成机制，确定补给区和局部补给源的水文学模式，溯源地下水化学组分的变异历史等；在已经具备了比较丰富的地质与水文地质资料的基础上，地下水中稳定氧同位素可以提供确凿的证据，深入阐明上述问题的某些细节。而且还可以利用氢氧同位素作为示踪物质追索地下水的活动图像，验证地质数据判断的可信程度。大气降水的氢氧同位素组成具有高度效应，据此可以确定含水层补给区以及补给高程。如同天然氚一样，人工氚氧化后形成氚水，同样以大气降雨形式降落到地表或形成地表径流或渗入地下。人工氚的浓度在某个时期是很高的，有时可超过天然氚浓度的几个数量级，因此可利用它来研究和追踪地下水的运动状况。只要测出出入口处大气降水信号和在一个井内或一个泉上产生的信号（即出口信号）那么就可以估算出水在含水层中停留的时间。

（13）数值模拟技术的发展较快。连续介质的概念是许多自然科学分支所共有的，它把研究的对象（即介质）看作是无间隙的连续物体。连续介质渗流是指岩土体介质中空隙相互连续、水流充满整个岩土体介质的渗流。渗流场反分析方法，可分为直接解法和间接解法两种。所谓直接解法，即从联系水位和渗流参数的偏微分方程（或其离散形式）出发，利用已知水位直接解出未知参数。由于解的不适定性，直接解法对观测数据精度要求极高，要求每个离散节点都有水位观测值，这实际上还难以做到。若用插值方法处理，又将给结果带来较大误差，因而，目前多采用间接解法。所谓间接解法，就是先假定一组参数值，求解地下水渗流偏微分方程，得出与实际观测点同坐标的各点水位，与实际观测值比较，逐次修正参数，使水位计算值与观测值逐渐接近。这个过程，是通过不断地解正问题来实现反分析。

从连续含数到离散方程的概化，有多种数学方法，其中主要是有限差分和有限单元两类。

有限差分是一种常用的数值解法，它是在微分方程中用差商代替偏导数，得到相应的差分方程，这种方法的基本思想是：用渗流区内的有限个离散点的集合代替连续的渗流区，在离散点上用差商近似代替微商，将微分方程及其定解条件化为未知函数在离散点上的近似值为未知量的差分方程，然后求解差分方程组，进而得到所求解在离散点上的近似值。Visual MODFLOW是目前国际上最新流行且被认可的三位地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件系统，该系统是由加拿大Waterloo水文地质公司在原MODFLOW软件的基础上，综合已有的MODFLOW、MODPATH、MT3D、RT3D和WinPEST等地下水模型而开发的可视化地下水模拟软件，可进行三维水流模拟、溶质运移模拟和反应运移模拟。Visual MODFLOW适用于孔隙介质三维地下水模拟，是目前国内最流行的地下水流和溶质运移模拟软件之一。

有限单元法是采用“分片逼近”的手段来求解偏微分方程的一种数值方法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。用有限单元法建立地下水数值模型是现阶段研究地下水运动规律，地下水资源评价、地下水管理、地下水溶质运移、包气带中地下水的运动，地面变形等方面的基础工作。

（14）3S建模及空间信息技术。水电建设活动以实际的地质载体为依托，用传统的方法要解决这些水文地质问题远远满足不了工程的需要，而这些年越来越多的工程中运用了三维地质建模软件来解决实际的水文地质问题。近年来，随着计算机软件图像学和可视化技术的持续发展，三维地质空间建模和可视化相关软件的研究成为地球科学的热点。运用三维地质空间建模的软件建立的三维地质空间模型不仅可以对三维地质空间模型进行任意旋转、逐个层位展示、三维空间地质信息查询等，还可以将模型中地下水所赋存的环境特征、运动规律以及地下水动态特征形象直观的展示出来。同时，还可以根据该软件强大的空间分析能力，再结合专业水文地质人员的实践经验，可以对模型区钻孔较少或者说是没有钻孔的区域进行空间分析，从而获得该区的水文地质信息，补充了这些区域的信息缺失的不足。

（15）水文地质试验新方法。以计算水文地质参数为主要目的的工程水文地质现场试验多是在钻孔中进行，主要有抽水试验、压水试验、注水试验和振荡式渗透试验几类。计算含水层参数的地下水井流模型主要有裘布依（Dupuit）模型、泰斯（Theis）模型、博尔顿（Boulton）模型、纽曼（Neuman）模型等。这些模型的建立给钻孔水文地质试验提供了可能。但由于现阶段钻孔受诸多因素影响，深部土层水文地质试验的准确性还不是太高，试验成果往往偏大，需要解决试验成果准确性问题。本次成功研制出了标准注水和简易注水以及振荡式注水试验新装置，而且在工程中应用较广，取得了较好的应用效果，该研究成果已收入新编制的能源行业标准《水电工程钻孔注水试验规程》和《水电工程钻孔振荡式试验规程》中进行应用。

（16）本书归纳总结出了水电建设面临的主要水文地质问题，包括水库区典型水文地质问题和枢纽区典型水文地质问题两大类，并对每个水文地质问题从基本地质条件、形成条件和机理、影响因素、评价方法和对策等方面进行了研究，并就典型工程案例进行剖析，使得对水文地质问题的研究更加深入。

（17）本书对水库区典型水文地质问题进行了系统的总结，主要包括水库渗漏问题、水库浸没问题、浸没型岩溶内涝问题、浸没性矿床充水问题、库岸斜坡地下水致灾作用、水库诱发地震问题、特殊水文地质景观问题等。

（18）本书对枢纽区典型水文地质问题进行了系统的总结，主要包括枢纽区异常承压水问题、坝基及绕坝渗漏问题、厚覆盖层区坝基基坑降水、基坑开挖底板涌突水问题、下游雾化边坡稳定问题、水工隧洞涌水问题、地下建筑物渗水及大坝析出物问题等。

（19）本书对水文地质问题评价体系和对策措施进行了总结。已有较多学者从不同的角度来分析评价水文地质问题，各种水文地质类型特征及识别不明确，各类问题的评价原则、方法不全面，从总体来看评价体系不系统和全面。本项目通过对近年来典型西南山区河流水文地质现场调查测绘、水文地质问题的控制要素、水文地质问题的分类、试验新方法、典型水文地质问题的剖析、完善和建立了科学合理的水文地质问题的评价体系。针对不同的水文地质问题的形成过程、产生背景、形成机理、对各类工程的影响，总结了针对不同水文地质问题类型的对策措施。