Question

华北平原区域水循环

Answer 1

一、地下水输入与输出

(一)浅层地下水的输入输出

天然状态下，浅层地下水的输入主要由大气降水入渗补给、山区侧向径流补给、河道渗漏补给组成。在人类开采地下水能力增强和降水量减少的作用下，输入系统增加了渠道渗漏补给和灌溉回归补给。按输入系统中各因素对区域地下水补给的大小，华北浅层地下水的输入系统主要为大气降水入渗补给、山区侧向径流补给、河道渗漏补给、灌溉回归补给、渠道渗漏补给。

天然状态下，浅层地下水的输出主要由向下游径流、潜水蒸发，在枯水季节 通过河道排泄，或以泉的形式排泄组成。20世纪80年代后，平原区潜水位埋深小于4m的范围在逐渐减小，潜水蒸发消耗也显著减少;由于地下水开采，水位下降，向河流排泄或泉水排泄也基本上消失，目前浅层地下水排泄主要为向下游径流、潜水蒸发和人工开采。

(二)深层地下水的输入输出

深层地下水的输入主要由山前边缘的隐伏碳酸盐岩岩溶水的顶托补给、山前主要冲洪积扇的侧向径流以及在开采条件下的越流补给组成。

天然条件下，深层地下水输出主要以向下游侧向径流排泄为主;在大部分地区特别是东部自流区，由于深层水头远高于浅层水位，深层水向浅层水越流排泄也是主要形式之一。近30年来，由于大量开发地下水，深层地下水输出，变为以开采为主，向下游侧向径流排泄和向浅层水越流排泄为辅。

二、地下水流系统

华北平原第四系地下水在介质条件和补给、径流、排泄条件的控制下，水流特征在纵向上表现出深循环、中循环和浅循环地下水系统的垂直层次性，在横向上出现区域性、亚区域性和局部性地下水系统。纵横交错又构成了各种交叉层次，十分复杂。

天然条件下，地下水流动系统在长期的地质历史中，形成了相对稳定的区域、中间和局部流动系统(图3-3-1)。从剖面上看，区域流动系统沿山前平原向东流动，在咸淡水边界附近向下运移沿第四系下部向渤海方向运动，到沧州以东地区，随着压力的不断增大，部分地下水开始向上越流运动，部分向渤海排泄流出。区域流动系统的特点是流速缓慢，流程很长，因此在源区即山前地带地下水水质较好，而随着流程的加长，地下水水质逐渐变差。

中间流动系统主要受地表水流域和地质地貌条件的控制，形成了冲洪积扇流动系统、河间流动系统和沿海流动系统。在山前地带地下水接受山区的侧向流动补给和冲洪积扇的降雨补给后，地下水向下流动，然后水平向东流动;到冲洪积扇前缘地带，由于地层岩性颗粒及水头压力的原因，开始向上流动，在冲洪积扇前缘形成溢出带。在中部平原，受地表水流域的控制，地下水形成了以河道带为源区，以河间洼地为汇区的中间流动系统。

局部流动系统主要受地形和地表水流域的控制，对浅层地下水的水质有较大影响。局部流动系统的范围较小，一般在地形凸起处或河道带形成源区，经过短暂的流动后，在地形低洼处形成汇区。局部流动系统的特点是地下水流速快，流程短，水交替强烈，对区域和中间地下水流动系统形成的地下水格局进行局部改造，形成了浅层水中的条带状淡水和咸水相间分布的格局。

华北平原地下水的超采对地下水流系统影响很大(图3-3-2)，区域流动系统由于深层地下水的开发被割裂。区域流动系统的地下水，由水平运动为主开始逐步转变为向第三含水组越流的垂向流动为主，以深层地下水水位下降漏斗中心为界被割裂成中间流动系统，地下水向漏斗中心汇流;在沿海地带区域流动系统由向上运动变为由浅部和深部向中间流动。中间流动系统由于地下水的开发形成了源汇的逆转，即天然条件下的源区在人为条件下变汇区，而天然条件下的汇区在人为条件下变为源区。局部流动系统则由于浅层地下水的无序开发和区域流动系统和中间流动系统的演变全面解体，形成以开采为主导的新的局部流动系统。以开采强度较大的地下水漏斗区为汇区重新组合。

图3-3-1 天然状态下华北平原地下水流动系统模式图

图3-3-2 强烈开采条件下华北平原地下水流动系统模式图

三、区域地下水循环模式

华北地区以华北平原地下水系统为主体，北与燕山相接，西部的北段为太行山、南段为嵩山、桐柏山，南部为大别山及淮南丘陵，东部为泰沂山区。区内多属于温带—暖温带、半湿润—半干旱大陆性季风型气候区，年降水量由东南向西北递减，由沿海向内陆递减;受地形影响，环燕山南麓、太行山东麓及东南麓，形成多雨、暴雨中心，东部则成为降水量的低值区。区内地下水主要为松散岩类孔隙水，第四系含水层岩性由太行山前至滨海平原依次为卵石、砾石、粗砂—粉砂，自上而下分为四个含水组。区内特有的地形地貌、气候以及地下水赋存条件形成了天然条件下华北地区降水面状入渗与山区侧向补给、山前至滨海侧向径流、蒸发与滨海区排泄的基本水循环模式(图3-3-3)。

图3-3-3 华北地区天然状态下第四系地下水循环模式示意图

(一)浅层地下水循环模式

降水入渗面状补给是华北地区地下水最主要的补给来源，占地下水综合补给量的65%以上。受区域降水特征、包气带岩性和结构特征，以及地下水位埋深等因素的影响，各地降水入渗补给量差异较大。其次，为周边山区的侧向径流补给，主要包括现代河流出山口地下潜流、出山口古河道地下潜流和碳酸盐岩岩溶水补给等。另外，由于受新构造运动的影响，历史上区内河流河道变迁频繁，在主要河流出山口处，常有古河道分布于现代河道附近，山区地下水即通过古河道补给平原孔隙含水层。人类开采地下水能力增强和降水量减少的作用下，增加了渠道渗漏补给和灌溉回归补给。

区内浅层地下水的径流受地形、地貌和第四纪地质条件的控制。在山前平原地区冲洪积扇的顶部与上部，浅层地下水接受侧向径流补给和大气降水入渗补给后，沿沉积方向由西向东径流，受含水层粒度及地形影响，其径流速度亦随之减缓;在冲洪积扇的前缘及扇间地带，地层粒度骤然变细，导致水力性质具微承压性，于低洼地带溢出地表;至滨海平原地区，径流则近乎停滞。在垂向上，山前冲洪积扇顶部与上部，以及现代河道、漫滩和河流故道中，地表多为砂类土和砂性土，是垂直入渗条件最好的地段，地下水具有垂直向下运动的特征。在该区域，第四系第Ⅰ与第Ⅱ含水层组之间，多为砂性土，且其间所夹的弱透水层分布不连续;尤其是冲洪积扇顶部，为砂、砾石、卵石的连续沉积，地下水垂直运动明显。

天然状态下，浅层地下水的排泄方式主要是向下游径流、潜水蒸发，在枯水季节 通过河道排泄，或以泉的形式排泄。开采条件下，水位下降，浅层地下水向河流排泄或泉水排泄也基本上消失，目前浅层地下水排泄主要为向下游径流、潜水蒸发和人工开采。

(二)深层地下水循环模式

华北地区深层地下水无论在水平方向还是垂直方向上的补给条件，均比浅层地下水差。其主要补给来源包括山前边缘的隐伏碳酸盐岩岩溶水的顶托补给、山前主要冲洪积扇的侧向径流以及在开采条件下的越流补给等。其中，隐伏碳酸盐岩岩溶水的顶托补给主要分布在太行山东麓以及燕山南麓等碳酸盐岩分布区，其第四系堆积物直接覆盖于碳酸盐地层之上，形成“岩溶天窗”，岩溶水通过“天窗”顶托补给第四系深层孔隙水。在山前平原区主要冲洪积扇顶部，深层含水层一般厚达数十米，以含砾砂与含卵石砂为主，上覆地层亦以砂、砾石为主，具有较好的降水入渗补给条件，侧向径流补给发育;而在东部咸水分布区，由于含水层粒度变细，地下水水力坡度只有0.2‰～0.1‰，侧向补给量较小，故深层地下水的侧向补给条件亦较差。

在天然状态下，深层地下水无论在水平或垂直方向上的运动均非常缓慢;随着远离补给区和深度的加大，其径流速度更为缓慢，地下水运动几乎处于停滞状态，属半封闭盆地型承压水。

天然状态下，深层地下水主要以向下游侧向径流排泄为主。在大部分地区特别是东部自流区，由于深层水头远高于浅层水位，深层水向浅层水越流排泄也是主要形式之一。近50年来，随着人类活动对地下水系统的干扰，大量深层地下水被开采出来用于生产、生活及农业灌溉等，深层地下水输出，变为以开采为主，向下游侧向径流排泄和向浅层水越流排泄为辅。

四、华北地区区域水循环主要特征

1)人类开采对深、浅层地下水的输入与输出都具有影响。开采条件下浅层水输入增加了渠道渗漏补给和灌溉回归补给，输出增加了人工开采;深层地下水开采条件下输入增加了相邻含水层的越流补给，输出由天然条件下向下游侧向径流排泄为主变为以开采为主，向下游侧向径流排泄和向浅层水越流排泄为辅。

2)华北平原地下水的超采对地下水流系统影响很大，区域水流系统、中间水流系统和局部水流系统与天然状态相比产生很大变异，人为干扰的叠加是华北地下水流系统的显著特征。

3)天然状态下华北地区的地下水循环降水面状入渗与山区侧向补给、山前至滨海侧向径流、蒸发与滨海区排泄的基本水循环模式。在人类活动强烈扰动下，华北平原水循环模式发生了变化，山前至滨海的径流依然存在，但主要是在深层水中，中浅层地下水主要向大的区域漏斗侧向径流，地下水排泄以开采和向下游(漏斗中心)侧向径流为主。