Question

地下水循环系统

Answer 1

地下水在形成过程中，始终参与大陆和区域尺度水循环，并成为水循环中重要的子系统。自地球形成之日起，地下水循环系统就与大陆水圈同时伴随地球的演化而进行着同步的变化，而且不断改造和完善自身的循环系统。按区域地下水循环演化规律、空间位置和运动特点等，地下水循环系统分为上、下两个循环系统，即水循环系统（又称浅部地下水循环系统）和地质循环系统（又称深部水循环系统）。

一、浅部地下水循环系统

图4-1 水循环系统示意图

（据刘国纬，1997）

107—水分通量/（n×10³km³·a^-1）；（119）—水量/（n×10³km³）

浅部地下水循环是指发生于大气环流水和降水、地表水与地壳浅部地下水之间水量转化过程。水圈中水体通过蒸发、水汽输送、降水、地表径流、下渗，最后进入地下，补给地下水。在这一水文过程中，地下水与相邻层圈的所有水文要素紧密联系和互相作用，处于不断运动状态，形成一个区域性或流域性动态系统。浅部地下水循环系统不仅紧密联系着地球水圈的各个子系统，而且还是联系水圈与大气圈、生物圈和岩石圈的纽带，通过诸多不同尺度的子系统彼此耦合，构成区域或流域水循环系统（图4-1）。

浅部地下水循环系统主要特点是，赋存于地壳表部水系统（几百米深度以上）中，一般形成于第四纪时期，它与大气圈、土壤圈、生物圈关系极为密切，运动形式以水平方向为主，垂直方向为辅。浅部地下水循环系统是地表生态、环境演化的重要因素，是地表表生带层圈间物质和能量传输的纽带，受控于陆表地质、地形和构造，其动态变化与气候密切相关，与海洋环境紧密相联，在海岸带与海水有交替作用。

华北平原浅部地下水循环系统如图4-2所示，从上游补给区至渤海湾排泄区，经历了山前侧向补给和垂直入渗补给水文过程，然后进入向下游和深层地下水系统径流和排泄的水文过程。在海陆交互带，一部分地下水通过泉水方式排入海洋，还有一部分流入渤海湾海底地下水含水系统中。

图4-2 华北平原地下水循环系统框架图

（据张宗祜等，2000）

华北平原浅部地下水循环系统的实际地质断面，如图4-3所示。山前平原是区域地下水的主要入渗补给区，地下储水介质具有强渗透能力，62%的地下水资源储存在山前平原。在中部平原，分布有连续的弱透水层，厚度较大，以至其地下水具有承压特征，接受大气降水能力差。在滨海平原，透水、储水和给水能力都不如山前平原和中部平原，水循环缓慢。

二、深部地下水循环系统

在深部地下水循环系统（地质循环）中，水参与沉积、变质与岩浆作用过程，地壳浅部的水与地壳深部乃至地幔的水发生交换，循环路径长，循环速度十分缓慢（图4-4），此类水循环是在地质历史进程中进行的。深部地下水循环系统赋存于地下深部，与大气圈、土壤圈、生物圈无直接关系，直接与岩石圈相互作用，与大气水无直接补给关系，运动方式受控于深部地质构造特征，与地表地形、地表地质无直接关系，形成于第四纪以前不同地质时期的原生水、古沉积水，循环运动方式复杂、多种，以缓慢的垂直分异、迁移并与围岩作用为主。

图4-3 华北平原浅部地下水循环系统断面

（据张光辉等，2004）

图4-4 地幔不同深度绝对水平速度矢量分布图

（据Bai Wuming et al.，1992）

三、地下水循环系统与人类生存关系

地下水循环系统与人类生存环境和社会经济发展紧密相关。华北平原人类赖以生存的淡水资源中，68%来自浅部地下水循环系统。浅部地下水循环系统具有补给、更新、净化和时空调节功能，使得淡水资源既具有流动性，又具有可恢复性和可持续利用性，同时还使得浅层地下水具有环境功能和生态功能。

人类活动对浅部地下水循环系统演化的进程，在小尺度上具有明显的影响作用，例如近50a以来华北平原在山前大规模拦蓄和引用山区循环补给平原区的水量，同时平原区又大规模超采地下水，引起了陆地水资源数量、质量和时空分布的急剧变化，甚至在一些地区严重改变了区域水循环条件，导致人类自身生存环境劣变，如地面沉降、海水入侵和生态环境退化、常年河流干涸或变成季节性河流和水环境严重污染等。