地下水系统划分的主要依据及边界确定

一、地下水系统分区的主要依据及边界确定

(一)划分依据

1.大地构造

我国大地构造的宏观格架可概括为:“三横，两竖，两个三角”。“三横”指天山―燕山、昆仑山―秦岭―大别山和南岭3条基本做东西向展布的褶皱带;“两竖”指贺兰山―龙门山和太行山―雪峰山两条地形梯级带;“两个三角”指的是阿尔金-祁连山与松潘-甘孜两个地区，它们都以东昆仑―秦岭为底线而顶点分别指向北和南。这个宏观格架构成了中国大陆的大地构造单元的结合带，在宏观格架之间主要分布着华北地台、扬子地台、塔里木地台和天山-兴安地槽褶皱区，昆仑-秦岭地槽褶皱区，滇藏地槽褶皱区，喜马拉雅褶皱区，华南褶皱区以及台湾褶皱系(图1-3-1)。

大地构造对区域地下水循环具有重要的控制作用，不同构造单元常形成独立的地下水系统分区。譬如华北地台，北以阴山北缘深断裂与天山-兴安地槽褶皱区为界，南以秦岭北缘深断裂、确山-肥城深断裂与昆仑-秦岭地槽褶皱区分开，西界为贺兰山冲断带，东南以郯庐断裂、嘉川-响水断裂与扬子地台相隔，形成一个独立区域。由于周边都是深大断裂或褶皱带，区内地下水系统与外界不能产生水量和水质交换，形成一个独立的循环体系。此外，我国大地构造对区域地下水循环控制作用通过其控制地貌、气候和地表水系来体现，大地构造所表现的特征是决定各个地区不同自然地理条件的重要因素。秦岭为中国南北的分界，贺兰山为西北半干旱气候与干旱气候的分界，南岭是中国华中与华南的天然分界，也是长江与珠江的分水岭;抬升的喜马拉雅带构成的青藏高原，形成独立的自然区域。由构造控制作用形成的独立的地貌单元、气候分带以及地表水流域对区域地下水系统有着重要的影响作用。地下水系统分区时，要充分考虑宏观构造格局(一级构造单元)对区域地下水循环的影响，参照宏观的构造单元进行划分。

2.宏观地貌单元

宏观的地貌格局，是指大的地貌单元，即大型的山地、高原、盆地、平原等在平面上的排列组合形式与垂向上的高低起伏形态，它们直接受大地构造的控制，是构造的外在表现形式。我国宏观地貌格局主要由3个阶梯组成。青藏高原是最高一级阶梯，雄伟的喜马拉雅山脉、喀喇昆仑山脉耸立于高原的西南边缘，昆仑山脉、阿尔金山脉与祁连山脉构成高原北界;青藏高原的外缘至大兴安岭、太行山、巫山、雪峰山之间，是第二级阶梯，它包含有若干个大、中型高原和盆地，主要有云贵高原、黄土高原、内蒙古高原、塔里木盆地、准噶尔盆地和四川盆地等;大兴安岭、太行山、巫山、雪峰山一线以东为第三阶梯，以平原和低山丘陵为主，主要有东北平原、华北平原、长江中下游平原以及东南丘陵、辽东丘陵和长白山地等。

宏观地貌格局对区域地下水循环具有明显的控制作用，不同地貌单元常形成不同的地下水系统分区。宏观上来看，我国大型的高原、丘陵、盆地和平原之间，通常以高大山脉相连接，如青藏高原区与西北内陆盆地之间为昆仑山脉;西北内陆盆地与黄土高原之间为贺兰山脉;华中丘陵区与西北黄土高原、华北平原之间为秦岭山脉;东北平原与蒙北高原之间为大兴安岭(图1-3-2)。这些高大山脉常构成区域上气候分界线或地表、地下分水岭。由于山体的阻挡，不同地貌单元之间基本上不能通过边界产生物质和能量的交换，山脉两侧不同地貌单元中的地下水形成各自独立的循环体系，自成一体;划分地下水系统分区时，要充分考虑宏观地貌单元的特征，它是划分地下水系统区的一个主要依据。

3.气候分带

我国气候条件复杂，宏观上看，主要跨三个气候大区，即东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区。东部季风区从黑龙江省北部一直到南海诸岛，年内受冬夏季风的交替影响，气候具明显的季节 变化，降水主要集中在下半年，降雨量较大。西北干旱区占全国土地总面积的30%，主要特点是降水稀少，夏季炎热，蒸发强烈，冬季严寒，本区多为荒漠和草原。青藏高寒区由于本身高耸的地形决定了本地区具有温度低、气温年差小，太阳辐射以及垂直分布现象显著等特点。在上述大区的背景下，根据南北温度的差异可划分出不同的气候分带，主要有:华南亚热带湿润区;华中亚热带湿润区;华北暖温带亚湿润区;东北中温带湿润区、亚湿润区;蒙北高原中温带亚干旱区;西北中温带亚干旱区、干旱区、极干旱区;青藏高原寒带亚湿润区、干旱区以及亚寒带干旱区(图1-3-3)。

不同气候分带内常形成不同的地下水系统分区。气候条件对地下水系统的输入和输出有着很重要控制作用，不同气候分带内，由于降雨和蒸发的差别，区域地下水的补给、径流、排泄方式以及补给、排泄量都有很大的差异，地下水的循环特征各不相同。比如西北干旱区和华北平原由于气候条件相差很大，区域地下水的补排方式也有很大差异，西北干旱区降水稀少，地下水补给主要来源于山区的冰川、冰雪融水，地下水运移特征是由四周中高山向盆地中央汇集，主要通过蒸发排泄;华北平原属于暖温带亚湿润区，降水相对丰富，地下水补给主要来源于大气降水和地表水，地下水排泄方式主要是人工开采和侧向径流。划分地下水系统区时，气候分带是一个非常重要的依据，不同气候分带，地下水系统的输入和输出常存在很大的差别。

图1-3-1中国及邻区大地构造与沉积盆地分布略图(刘和甫等，1996，地球科学，VOL21.N04)

图1-3-2 中国地貌图据中国自然地理图集， 1989; 审图号GS (2009) 1582号

图1-3-3 中国气候区划图据中国自然地理图集. 1989; 审图号GS (2009) 1582

4.一级地表水系

按照河川径流的循环形式，我国河流流域可分为注入海洋的外流流域和流入封闭的湖沼或消失于沙漠，不与海洋沟通的内流流域。划分我国内外流域的主要分水界为北起大兴安岭西麓，经内蒙古高原南缘、阴山、贺兰山、祁连山、日月山、巴颜喀拉山、念青唐古拉山和冈底斯山，向西直抵国界，这一分界线以东，除鄂尔多斯黄土高原、松嫩平原和雅鲁藏布江南侧有小面积的内陆区外，全属外流流域，主要包括:黄河流域、长江流域、珠江流域、海河流域、东南诸河流域、西南诸河流域以及黑龙江等一级地表水流域。分界线以西地区中，除额尔齐斯河外，全属内流流域，主要由内蒙古、甘新、柴达木、藏北等内陆流域组成(图1-3-4)。

一级地表水系如黄河、长江，与地下水的关系极为密切，既可以构成地下水的补给基准，也可以形成地下水的排泄基准，对区域地下水循环尤其是对区域地下水系统的输入和输出有着巨大的影响作用。此外，一级地表水流域之间常以高大山脉形成地表分水岭，如长江流域和黄河流域之间以秦岭为界。长江流域与珠江流域以南岭为分水岭，黄河流域与西北内陆流域以贺兰山为界，西南诸河流域与西北内陆流域以冈底斯山和唐古拉山为界。这些地表分水岭常常也构成了地下分水岭，山脉两侧的地下水基本上不发生水量和水质的交换，形成一个独自系统区，有各自独立区域循环体系。一级地表水流域的分布范围常常与地下水系统区的范围重合，比如长江流域、黄河流域等，因此划分地下水系统时要充分突出一级地表水系的特征，要以一级地表水系形成的流域作为重要的分区依据。

5.海洋

海洋是地下水的最终排泄点，因此划分地下水系统分区时要充分考虑海陆边界。我国珠江三角洲、东南沿海、长江三角洲、黄淮海平原东部等临海地区，划分地下水系统区时要充分考虑海洋对地下水循环的影响，以海岸线作为分区边界。

实际划分时，既要全面考虑上述5个因素，又要有所侧重。根据各地区的实际情况，通过认真的研究分析，找出对该地区影响最大的1～2个因素，作为分区的主要依据，其他因素作为分区的辅助依据，综合考虑进行划分。

(二)边界确定

1)区域地质构造边界;

2)宏观地貌单元界线;

3)气候带分界线;

4)一级地表水系形成的地表分水岭;

5)国界线:是地下水系统区划分的唯一人工边界;

6)海岸线。

二、一级地下水系统划分主要依据及边界确定

(一)划分依据

地下水系统分区内包含若干个规模相当的盆地或一级流域，每个盆地或流域内都有各自独立、完整的水循环体系，与相邻盆地或流域之间没有物质和能量交换，具有独立性，可划分为若干个一级地下水系统。一级地下水系统主要受构造、地貌以及一级地表水系的控制，依据盆地分水岭或地表水流域分水岭划分，其中西北内陆地区主要依据一级盆地周边分水岭划分;黄河中游地区四周为山地，黄河及其支流为区域地下水排泄基准，主要依据四周山地分水岭划分;华北地区主要依据西、北、南三侧山地向渤海湾、黄海的区域水流系统特征划分;东北地区主要依据一级地表水流域分水岭(松嫩盆地为二级流域)，同时充分考虑地貌条件划分。

图1 - 3 - 4 中国水系图据中国水文志， 1997; 审图号GS (2009) 1582

主要遵循如下原则:

1) 一级地下水系统之间不通过边界产生物质和能量交换。

2) 一级地下水系统内部具有独立完整的区域水循环体系。

3) 依据区域水流系统划分。西北地区主要以整个盆地从周边山区到盆地排泄区的区域水流系统划分; 黄河中游地区以四周山地到黄河及其支流排泄基准的区域水流系统划分; 华北地区主要以西、北、南三侧山区到平原区排泄基准的区域水流系统划分; 东北地区主要以一、二级地表流域内山区到平原区排泄基准的区域水流系统划分。

4) 一级地下水系统内水文地质条件、水动力特征、水化学特征符合区域水循环基本规律。

5) 要位于同一构造单元、同一气候单元内。

6) 以盆地或一级流域为划分的基本单元，主要依据一级盆地分水岭边界或一级流域分水岭来划分地下水系统。

( 二) 边界确定

一级地下水系统是在地下水系统分区基础上继续划分的结果，所有地下水系统分区的界线都构成一级地下水系统的边界。一级地下水系统在地下水系统分区边界的基础上，重点考虑如下几种边界类型:

1) 构造边界;

2) 地貌边界;

3) 地表、地下分水岭;

4) 国界及海岸线。

三、二级地下水系统划分主要依据及边界确定

( 一) 划分依据

受次一级地形地貌和地表水系的影响，一级地下水系统内部可包含着若干规模相当的次级盆地或次级流域，它们与邻近的次级盆地或流域之间没有或只有少量的物质和能量交换，地下水循环和演化具有相对具独立，各具特点。因而，可在一级地下水系统的基础上，划分出若干个二级地下水系统。在一级地下水系统划分的基础上，二级地下水系统的划分主要遵循如下原则:

1) 具有相对独立和完整的区域地下水循环演化体系。

2) 依据区域水流系统的平面分区特征划分。在一级地下水系统的宏观区域水流系统内，在平面上常常存在一系列区域水流系统的分区，二级地下水系统主要按照区域水流系统的平面分区特征划分。如西北地区每一个大盆地常包含一系列次级盆地，每一个次级盆地都存在从山区到盆地排泄基准的区域水流系统，平面上常形成一系列区域水流系统分区; 东北地区在一级地表流域内常发育一系列的二级地表流域，每一个二级级流域也具有从山区到平原排泄基准的区域水流系统，平面上常形成一系列区域水流系统分区; 华北地区在西、北、南三侧山地向渤海湾、黄海区域水流系统内包含了滦河、海河、淮河一级地表水流域，每一个地表水流域都形成从山区向平原区排泄基准的区域水流系统，平面上形成一系列区域水流系统分区; 黄河中游地区包含若干个盆地，每一个盆地都存在从山区分水岭向黄河及其支流等排泄基准的区域水流系统，平面上形成一系列区域水流系统分区。

3) 与邻近的地下水系统没有或只有少量的物质和能量交换。

4) 充分考虑地貌因素，依据次级盆地的范围来划分地下水系统。

5) 充分考虑一、二级地表水流域的边界，依据一、二级流域的范围来划分地下水系统。其中华北地区主要依照一级地表流域分水岭，东北地区主要依照二级地表流域分水岭。

( 二) 边界确定

二级地下水系统在一级地下水系统边界的基础上，重点考虑了一级地下水系统内部的这几种边界类型:

1) 地表水分水岭;

2) 地下水分水岭。

四、三级地下水系统划分主要依据及边界确定

( 一) 划分依据

受更次一级地形地貌和地表水系的影响，二级地下水系统内部可包含着若干规模相当的更次一级盆地或流域，它们与邻近的地下水系统有少量的物质和能量交换，地下水循环和演化具有相对独立性。可在二级地下水系统的基础上，划分出若干个三级地下水系统。在二级地下水系统划分的基础上，三级地下水系统的划分主要遵循如下原则:

1) 具有相对完整的次级地下水循环体系 ( 次级水循环) ;

2) 主要依据中间水流系统或区域水流系统在平面上进一步细分来划分;

3) 与邻近的地下水系统只有少量的物质和能量交换;

4) 充分考虑三、四级地表水系的边界，依据三、四级流域的范围来划分地下水系统;

5) 充分考虑地貌因素，依据更次一级盆地的范围来划分地下水系统。

( 二) 边界确定

三级地下水系统在二级地下水系统边界的基础上，重点考虑了二级地下水系统内部的这几种边界类型:

1) 地表水分水岭;

2) 地下水分水岭。

五、四级地下水系统划分主要依据及边界确定

( 一) 划分依据

三级地下水系统内，山区和平原含水介质及地下水补径排条件有很大差异，各具特点。因而，在三级地下水系统划分的基础上，主要依据山区与平原含水介质的不同，可进一步划分若干个四级地下水系统。主要遵循如下原则:

1) 重点考虑含水介质的特征和岩相古地理特征，同一地下水系统要具有独立的含水层体系;

2) 主要依据局部水流系统划分;

3) 同一地下水系统要具有相对完整的补径排体系;

4) 同一地下水系统要具有统一的渗流场和化学场。

( 二) 边界确定

所有三级地下水系统的界线都构成四级地下水系统的边界。四级地下水系统在三级地下水系统边界的基础上，重点考虑岩相古地理边界，以山区与平原的构造或岩相界线划分地下水系统。

六、五级地下水系统划分主要依据及边界确定

( 一) 划分依据

在四级地下水系统的基础上，根据不同的调查、研究目的 ( 如水资源评价、合理开发利用研究、地下水功能评价等) ，依据地下水系统的边界类型，将四级地下水系统进一步划分成若干相对独立又相互联系的五级地下水系统。五级地下水系统的划分应遵循以下原则:

1) 划分目的具有统一性和单一性。五级地下水系统的划分是为某一明确的调查、研究目的服务的，因此五级地下水系统的划分应符合 “项目”的调查、研究目的;

2) 具有统一的水动力场、水化学场，便于分析总结地下水资源的成因和演化规律，易于建立水文地质概念模型;

3) 在时空分布上，应考虑地下水系统的层次性和时变性，如考虑局部地下水流场和区域地下水流场的关系;

4) 五级地下水系统边界条件应尽量简单可控。

( 二) 边界确定

应根据具体的构造、水文地质条件，将地下水系统的边界归纳处理成图 1-3-5 所示的几种边界类型情况。

图 1-3-5 地下水系统边界类型示意

1. 地表水体

1) 定水头边界。地表水与含水层有密切的水力联系，经动态观测证明有统一水位，地表水对含水层有无限的补给能力，降落漏斗不可能超越此边界线时，地表水体就可以确定为定水头补给边界。如果只是季节 性的河流，只能在有水期间定为定水头边界。如果只有某段河水与地下水有密切水力联系，则只将这一段确定为定水头边界。

2) 定流量边界。地表水与地下水没有密切水力联系或河床渗透阻力较大时，仅仅是垂直入渗补给地下水，则应作为二类定流量补给边界。

2. 断层接触边界

1) 隔水边界。如果断层本身不透水，或断层的另一盘是隔水层，则构成隔水边界。

2) 流量边界。如果断裂带本身是导水的，计算区内为富含水层，区外为弱含水层时，则形成流量边界。

3) 定水头边界。如果断裂带本身是导水的，计算区内为导水性较弱的含水层，而区外为强导水的含水层时 ( 这种情况，供水中少有，多出现在矿床疏干时) ，则可以定为定水头补给边界。

3. 岩体或岩层接触边界

岩体或岩层接触边界，一般多属于隔水边界或流量边界。凡是流量边界，应测得边界处岩石的导水系数及边界内外的水头差，算出水力坡度，计算出补给量或流出量。

4. 地下水的天然分水岭

地下水的天然分水岭，可以作为隔水边界，但应考虑开采后是否会移动位置。

5. 构造分水岭

由于构造，如褶皱、断层、单斜含水层等，使得地下水的补给区边界与地表分水岭或地下水的排泄区边界与地下水系统内地表水体不一致时，应考虑将构造分水岭作为隔水边界。

6. 人为流量边界

除上述情况之外，如果所研究的地下水系统的人类活动对平行或相交于地下水流线的界线影响很小，或这种影响可以通过勘探、调查加以控制，可将其定为人为流量边界。如局部地下水系统、亚区域地下水系统、区域地下水系统之间的界线，如果人类活动影响不到这些界线，可以将它们作为隔水边界。