地下水資源與地下水系統(tǒng)

1、第七章 地下水資源與地下水系統(tǒng) 1 地下水資源特點 2 地下水資源分類 3 地下水系統(tǒng)地下水資源與地下水系統(tǒng)第1頁思索：地下水與地表水共性？地下水與地表水差異性？地下水資源與地下水系統(tǒng)第2頁地下水與地表水共性: 地球上水資源組成部分均含有流動性和隨時間改變性，均是可更新和可再生資源，均由大氣降水轉化而來；依據(jù)自然界水循環(huán)特征分析，地表水與地下水之間相互轉化，聯(lián)絡親密，資源量存在很大重復性。地下水資源與地下水系統(tǒng)第3頁地下水與地表水差異性: 1. 地表水分布于地勢低洼處，組成當?shù)厍治g基準面，而地下水分布廣泛；2. 地表水分布受控于地形條件，而地下水分布則主要受地層、巖性和結構控制；地表水流域范圍

2、受地形分水嶺控制，而地下水系統(tǒng)范圍則不受地表水流域影響，有時可大于地表水流域，有時可小于地表水流域；地下水資源與地下水系統(tǒng)第4頁3. 地表水在重力作用下從上游向下游流動，而地下水得到運動不但受重力作用，也可同時受靜水壓力作用，局部地下水運動方向可與地形坡向相反；4. 地表水資源量主要決定于地表水流域范圍和降水強度，地下水資源量還與地表水入滲條件、巖層空隙和含水層分布等原因相關；5. 地表水易遭受污染，水質動態(tài)改變大，而降水、地表水向下滲透能夠濾去雜質等有害物質而到達自然凈化，因而地下水動態(tài)改變相對遲緩和穩(wěn)定；地下水資源與地下水系統(tǒng)第5頁地下水有較大儲量和調蓄能力，這是地下水資源和地表水資源主要

3、不一樣點。全球地表水平均更新期16天，對降水反應快速，儲量小，全球2.11012m3，地表水調蓄能力很差。地下水資源：地球上600米深度內淡水儲量105301012m3，為河網(wǎng)儲量5000倍，平均更新期長達14，因而地下水資源對降水反應遠不如地表水敏感。地下水資源與地下水系統(tǒng)第6頁7.地表水與地下水發(fā)育均含有系統(tǒng)性，但表現(xiàn)形式不一樣。 地表水系統(tǒng)性表現(xiàn)為在一定流域范圍內，由主河道與一系列支流組成河網(wǎng)系統(tǒng)。地下水賦存于巖石空隙之中，其系統(tǒng)性表現(xiàn)為：巖石中空隙都必定在巖體一定范圍內和一定程度上相互連通，巖體內相互連通空隙及其中含有水力聯(lián)絡水便組成一個系統(tǒng)（含水系統(tǒng)）。地下水資源與地下水系統(tǒng)第7頁

4、1 地下水資源特點一、地下水資源概念 地下水資源有使用價值各種地下水量總稱，它屬于整個地球水資源一部分。 地下水使用價值包含水質和水量兩個方面。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第8頁二、地下水資源特點 系統(tǒng)性 流動性 可恢復性 可調整性地下水資源與地下水系統(tǒng)第9頁二、地下水資源特點1、系統(tǒng)性是指由一定地質結構組織而成、含有親密水力聯(lián)絡統(tǒng)一整體。 如：水井、水源地、含水層、含水巖組、含水系統(tǒng)地下水資源與地下水系統(tǒng)第10頁一、地下水資源特點2、流動性 地下水是流體，是動態(tài)資源，在補給、徑流、排泄過程中，不停循環(huán)流動。地下水資源數(shù)量和質量隨外界條件改變而改變。 可用地下水流量表示地下水數(shù)量。地下水資源與地下

5、水系統(tǒng)第11頁一、地下水資源特點 3、可恢復性 地下水資源可恢復性(可再生性)是地下水資源可連續(xù)利用確保。地下水一直處于流動狀態(tài)，在不停接收外界水量和溶質補充同時，也將系統(tǒng)內部水量連同水中所含物質排泄出去。在天然條件下，補排水量多年間大致平衡，水量和水質保持相對穩(wěn)定。地下水資源與地下水系統(tǒng)第12頁一、地下水資源特點 4、可調整性 可調整性主要針對水量，指地下水在系統(tǒng)結構作用下，使不連續(xù)降水和水量輸入變?yōu)橄鄬B續(xù)、均勻輸出這種自然特征。普通來說，地表水系統(tǒng)水量調整能力較差，水量、水位動態(tài)改變與降水過程極為親密，滯后、延遲效應均不顯著，取得降水補給量能夠快速地排出。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第13頁

6、一、地下水資源特點4、可調整性 與地表水相比，地下水更含有調整性。集中降水補給可積蓄在季節(jié)變動帶中，然后遲緩釋放，遲緩徑流旅程效應可平抑各處來水波動，發(fā)揮削峰填谷作用。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第14頁 1 地下水資源特點1、系統(tǒng)性2、流動性3、可恢復性4、可調整性 地下水資源與地下水系統(tǒng)第15頁 2 地下水資源分類 一、地下水儲量分類 20世紀70年代前，采取HA普洛特尼科夫地下水儲量分類：天然儲量+開采儲量動儲量：單位時間內流經(jīng)含水層（帶）橫斷面地下水體積，即地下水天然徑流量；靜儲量：地下水位年變動帶以下含水層（帶）中儲存重力水體積；調整儲量：地下水位年變動帶內重力水體積；開采儲量：用技術經(jīng)

7、濟合理取水工程，能從含水層中取出水量，并要求開采期內不發(fā)生水量降低、水質惡化等不良后果。地下水資源與地下水系統(tǒng)第16頁二、我國地下水資源分類方案 國家計劃委員會1989年頒布國家標準(GBJ27-88)，建設部頒布供水水文地質勘察規(guī)范(GB50027-)中仍執(zhí)行該方案。 地下水資源劃分為補給量、儲存量和允許開采量三類： 地下水資源與地下水系統(tǒng)第17頁（一）補給量指天然狀態(tài)或開采條件下，單位時間內，經(jīng)過各種路徑進入含水層（或含水系統(tǒng)）水量。普通包含地下水徑流補給量、大氣降水入滲補給量、地表水入滲補給量、越流補給量和人工補給量等。 實際計算時，按天然狀態(tài)和開采條件下兩種情況進行。地下水資源與地下水

8、系統(tǒng)第18頁（一）補給量 首先計算現(xiàn)實狀態(tài)下地下水補給量，然后再計算擴大開采后可能增加補給量。 后者稱為補給增量（或稱誘發(fā)補給量、激發(fā)補給量、開采襲奪量、開采補充量等）。地下水資源與地下水系統(tǒng)第19頁1. 降水入滲補給增量：因為開采地下水形成降落漏斗，除漏斗疏干體積增加部分降水滲透外，還使漏斗范圍內原來不能接收降水滲透補給地域（比如沼澤、濕地等），騰出能夠接收補給儲水空間，因而增加了降水滲透補給量。因為地下水分水嶺向外擴展，增加了降水滲透補給面積，使原來屬于相鄰均衡水區(qū)或水文地質單元）一部分降水滲透補給量，變?yōu)楸韭┒穮^(qū)補給量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第20頁2. 地表水補給增量：當取水工程靠近地

9、表水時，因為開采地下水，使水位下降漏斗擴展到地表水體，可使原來補給地下水地表水補給量增大，或使原來不補給地下水，甚至排泄地下水地表水體變?yōu)檠a給地下水。地下水資源與地下水系統(tǒng)第21頁3. 相鄰含水層越流補給增量：因為開采含水層水位降低，與相鄰含水層水位差增大，可使越流量增加，或使相鄰含水層原來從開采含水層取得越流補給，變?yōu)檠a給開采層。地下水資源與地下水系統(tǒng)第22頁4. 相鄰地段含水層增加側向流入補給量：因為降落漏斗擴展，可奪取屬于另一均衡地段（或含水系統(tǒng)）地下水側向流入補給量。一些側向排泄量因漏斗水位降低，而轉為補給增量。5. 各種人工增加補給量：開采地下水后各種人工用水回滲量增加而多取得補給量

10、。地下水資源與地下水系統(tǒng)第23頁注意事項：注意1：補給增量不但與水源地所處自然環(huán)境相關。還與采水構筑物種類、結構和布局（開采方案和開采強度）相關。當自然條件有利、開采方案合理、開采強度較大時，奪取補給增量能夠遠遠超出天然補給量。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第24頁注意2：開采時補給增量不是無限制。在計算補給增量時，應全方面考慮合理襲奪，而不能盲目無限制地擴大補給增量。從“三水”轉化總水資源觀點考慮。地下水資源與地下水系統(tǒng)第25頁注意3：計算補給量時，應以天然補給量為主，同時考慮合理補給增量。地下水補給量是使地下水運動、排泄、水交替主導原因，它維持著水源地連續(xù)長久開采。計算補給量是地下水資源評價關鍵

11、內容。地下水資源與地下水系統(tǒng)第26頁二、我國地下水資源分類方案 （二）儲存量 指儲存在單元含水層中重力水體積。又指地下水在補給與排泄過程中，某一時間段內在含水層（或含水系統(tǒng)）中儲存重力水體積。地下水資源與地下水系統(tǒng)第27頁 （二）儲存量 在潛水含水層中，儲存量改變主要反應為水體積改變，稱為體（容）積儲存量，可用下式計算： W = F h 式中：W地下水儲存量(m3)； 含水層給水度； F潛水含水層面積(m2)； h潛水含水層厚度(m) 。地下水資源與地下水系統(tǒng)第28頁（二）儲存量 在承壓含水層中，承壓含水層除了容積儲存量外，還有彈性儲存量（承壓含水層壓力水頭改變主要反應彈性水釋放，稱為彈性儲存

12、量）。W彈*F h 式中：W彈承壓水彈性儲存量(m3)； *貯水(或釋水)系數(shù)； F 承壓含水層面積(m2)； h 承壓含水層自頂板算起壓力水頭高度(m)。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第29頁（二）儲存量地下水資源與地下水系統(tǒng)第30頁（二）儲存量 注意1： 儲存量在地下水運動交替和開采中起調整作用。天然條件下，儲存量呈周期性改變，有年周期或多年周期。開采條件下，假如開采量小于補給量，儲存量仍呈周期性改變；開采量超出補給量時，由儲存量來賠償超出開采量，使儲存量出現(xiàn)逐年降低趨勢性改變。地下水資源與地下水系統(tǒng)第31頁（二）儲存量注意2：一定時限內最小儲存量稱為永久儲存量或靜儲量,是在一定周期內不變儲存量

13、。最大與最小儲存量之差稱為暫時儲存量(調整儲量)。地下水徑流微弱地域，暫時儲存量數(shù)量幾乎靠近補給量，可將它作為允許開采量。普通情況下，計算允許開采量時不能考慮永久儲存量。假如動用了它，就會出現(xiàn)區(qū)域地下水位逐年連續(xù)下降趨勢，造成地下水源枯竭。地下水資源與地下水系統(tǒng)第32頁（二）儲存量注意3： 假如永久儲存量很大（如含水層厚度大、分布又廣大型貯水結構），每年適當動用一部分永久儲存量，使其在1或50年內總水位降深不超出取水設備最大允許降深也是能夠。 比如，美國得克薩斯州高平原地下水源地，主要是消耗靜儲量來維持開采，據(jù)計算，可連續(xù)開采4050年。地下水資源與地下水系統(tǒng)第33頁 衡水市第四系孔隙含水層組

14、水文地質剖面示意圖地下水資源與地下水系統(tǒng)第34頁衡水地域第四系地下水流系統(tǒng)框架地下水資源與地下水系統(tǒng)第35頁衡水市淺層地下水動力環(huán)境演化地下水資源與地下水系統(tǒng)第36頁衡水市淺層地下水動力環(huán)境演化 1980年后不均勻開采改變局部地下水徑流方向 水位呈整體下降趨勢，1975-全區(qū)平均累 計下降6.38m地下水資源與地下水系統(tǒng)第37頁衡水市深層地下水動力環(huán)境演化 冀棗衡漏斗底部越來越開闊、平展，呈整體 向縱深發(fā)展 全區(qū)水位呈整體下降趨勢，1970-均下 降1.28m。地下水資源與地下水系統(tǒng)第38頁第四系各含水組地下水位動態(tài)曲線對比地下水資源與地下水系統(tǒng)第39頁（三）允許開采量 可開采量，指經(jīng)過技術經(jīng)

15、濟合理取水構筑物，在整個開采期內出水量不會降低，動水位不超出設計要求，水質和水溫改變在允許范圍內，不影響已建水源地正常開采，不發(fā)生危害性環(huán)境地質現(xiàn)象等前題下，單位時間內從含水系統(tǒng)或取水地段中能夠取出水量。 經(jīng)過經(jīng)濟合理、技術可行辦法，在不引發(fā)生態(tài)環(huán)境惡化條件下允許從含水層中獲取最大水量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第40頁（四）允許開采量組成1. 允許開采量與開采量關系開采量是指當前正在開采水量或預計開采量，它只反應了取水工程產(chǎn)水能力。開采量不應大于允許開采量；不然，會引發(fā)不良后果。允許開采量取決于地下水補給量和儲存量大小，同時還受技術經(jīng)濟條件限制。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第41頁2. 開采量組成地

16、下水在開采以前，因為天然補給、排泄，補給與消耗總是不平衡發(fā)展著，形成了一個不穩(wěn)定天然流場。 從一個周期時間來看，這段時間總補給量和總消耗量是靠近相等，即Q補Q排。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第42頁在人工開采地下水時，增加了一個經(jīng)常定量地下水排泄點，改變了地下水天然排泄條件（在天然流場上又疊加了一個人工流場），這既破壞了補給、消耗之間天然動平衡，又力圖建立新、開采狀態(tài)下動平衡。 在開采最初階段，因為增加了一個人工開采量，必須降低地下水儲存量，使開采地段水位下降形成一個降落漏斗。隨漏斗擴大，流場發(fā)生了改變，使天然排泄量降低，促使補給量增加，即為補給增量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第43頁 在開采狀態(tài)下，

17、能夠用下面水均衡方程表示：式中：Q補開采前天然補給量（m3d）； Q補開采時補給增量（m3d）； Q排開采前天然排泄量（m3d）； Q排開采時天然排泄量降低值（m3d）； Q開人工開采量（m3d）； 含水層給水度； F開采時引發(fā)水位下降面積（m2）； t開采時間（d）； h在t時間段內開采影響范圍內平均水位降（m）地下水資源與地下水系統(tǒng)第44頁因為天然補給量與天然排泄量近似相等，即Q補Q排。 Q開 Q補 +Q排 + Fh/t 這個方程表明，開采量由三部分組成： 1）增加補給量（Q補），可稱為開采奪取量； 2）降低天然排泄量（Q排），可稱為開采截取量； 3）可動用儲存量（Fh/t）。地下水資源與

18、地下水系統(tǒng)第45頁（1）增加補給量：開采時奪取額外補給量；（2）降低天然排泄量：開采后潛水蒸發(fā)消耗量降低、泉流量降低或消失、側向流出量降低等。實質上就是由取水構筑物截獲天然補給量。它最大極限等于天然排泄量，靠近于天然補給量；（3）可動用儲存量是含水層中永久儲存量所提供一部分（枯水期抽水）地下水資源與地下水系統(tǒng)第46頁3. 允許開采量組成允許開采量中補給增量部分，只能合理地奪取，不能影響已建水源地開采和已經(jīng)開采含水層水量；地表水補給增量，也應從總水資源考慮，統(tǒng)一合理調度。地下水資源與地下水系統(tǒng)第47頁3. 允許開采量組成允許開采量中降低天然排泄量，應盡可能地截取，但也應考慮已經(jīng)被利用天然排泄量。

19、截取天然補給量多少與取水構筑物種類、布置地點、布置方案及開采強度相關。只要天然排泄量還未加以利用，就能夠用天然補給量或天然排泄量作為開采截取量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第48頁 3. 允許開采量組成允許開采量中可動用儲存量，應慎重確定。首先要看永久儲存量是否足夠大，再看現(xiàn)時技術設備最大允許降深是多少，然后算出從天然低水位至區(qū)域允許最大降深動水位這段含水層中儲存量，按1或50年平均分配到每年開采量中，作為允許開采量一部分。地下水資源與地下水系統(tǒng)第49頁三、地下水量之間關系地下水各種量之間是相互聯(lián)絡、不停轉化交替。永久儲存量（靜儲量）是指儲存水那部分空間體積一直在含水，并不是說那部分水是永久儲存不變

20、。它依然會轉化為排泄水流走，再由補給來水補充，一樣參加水循環(huán)。只有極少數(shù)在特殊條件下形成地下水，如處于封閉結構中沉積水，才沒有補給、排泄量，而只有靜儲量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第50頁三、地下水量之間關系 大多數(shù)自然條件下地下水都是由補給量轉化為儲存量，儲存量又轉化為排泄量，處于不停水交替過程中。 在開采條件下所取出來水，都是由儲存量中轉化來。因為儲存量降低，能夠奪取更多補給量來補充；同時，又截取了部分天然排泄量，則使天然排泄量降低。地下水資源與地下水系統(tǒng)第51頁三、地下水量之間關系天然狀態(tài)轉化關系：開采狀態(tài)轉化關系：地下水資源與地下水系統(tǒng)第52頁三、地下水量之間關系 各種量數(shù)量關系為：1.

21、在天然狀態(tài)下：若在均衡期內，則Q儲0，上式變?yōu)椋篞天補Q天排。地下水資源與地下水系統(tǒng)第53頁三、地下水量之間關系2. 在開采狀態(tài)下：式中：Q天補天然補給量； Q天排天然排泄量； Q儲儲存改變量； Q實開實際開采量； Q允許允許開采量； Q補補給增量； Q排降低排泄量； Q補合理開采奪取量； Q儲可動用儲存量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第54頁三、地下水量之間關系因為開采量與補給量不一樣關系，可出現(xiàn)三種開采動態(tài)類型水源地：穩(wěn)定型：任何時間Q開Q天補+Q補；調整型：雨季開采量小于總補給量，而旱季開采量可大于總補給量。但在一年或多年期間，累計總開采量仍應小于總補給量，即未動用儲存量（靜儲量）；消耗型：開

22、采量大于總補給量，須動用消耗儲存量（靜儲量）。地下水資源與地下水系統(tǒng)第55頁三、地下水量之間關系計算地下水允許開采量是地下水資源評價關鍵問題。計算允許開采量方法，也稱為地下水資源評價方法。允許開采量大小，主要取決于補給量，還與開采經(jīng)濟技術條件及開采方案相關。因為水文地質條件差異及不一樣勘察階段取得水文地質資料豐富程度不一，以及對結果要求精度不一樣，可采取不一樣計算方法。地下水資源與地下水系統(tǒng)第56頁 3 地下水系統(tǒng) 源于：系統(tǒng)論20世紀40年由貝塔朗菲提出 （老三論：系統(tǒng)論、信息論、控制論） （新三論：突變論、協(xié)同論、耗散結構論）發(fā)展于20世紀80年代：在荷蘭召開了首屆關于地下水系統(tǒng)國際學術討

23、論會（50個國家200多名代表參加）1983年底荷蘭水文與地質學家G.B.Engelen來華進行了講學，“地下水系統(tǒng)”。20世紀90年代起：在中國水文地質學界得以快速廣泛應用、研究與完善（地礦部陳夢熊院士，長春地院林學鈺院士，中國地質大學地下水系統(tǒng)小組等）地下水資源與地下水系統(tǒng)第57頁 3 地下水系統(tǒng) 系統(tǒng)：由相互作用和相互依賴若干組成部分結合而成含有特定功效整體相互作用，相互依賴不是各部分或零部件簡單堆集整體功效大于局部（要素）之和系統(tǒng)方法：用系統(tǒng)思想去分析與研究問題方法系統(tǒng)思想：把研究對象看作一個有機整體，從整體角度去考查、分析與處理問題方法系統(tǒng)目標系統(tǒng)整體功效最優(yōu)化（不是局部）地下水資源

24、與地下水系統(tǒng)第58頁一、地下水系統(tǒng)基本概念二、地下水系統(tǒng)特征三、地下水系統(tǒng)基本功效四、地下水系統(tǒng)基本結構五、地下水系統(tǒng)分析地下水資源與地下水系統(tǒng)第59頁地下水系統(tǒng)定義荷蘭阿姆斯特丹自由大學教授英格倫博士 地下水系統(tǒng)能夠看作在時間和空間上含有四維性質、能量不停新陳代謝有機整體。它能夠從出生、成長、一直到衰老或消失。 主要特征表現(xiàn)在： （1）邊界類型模式； （2）容積； （3）結構； （4）阻力或勢能轉換能力； （5）流出系統(tǒng) （6）相鄰系統(tǒng)之間聯(lián)絡； （7）水質類型和模式； （8）地下水系統(tǒng)發(fā)展“歷史”。 一、地下水系統(tǒng)基本概念地下水資源與地下水系統(tǒng)第60頁地下水系統(tǒng)定義 地下水圈展現(xiàn)一個多組分

25、復雜系統(tǒng)，其特點表現(xiàn)為系統(tǒng)內各組分和其相鄰系統(tǒng)（大氣圈、陸上水圈、生物圈、地幔層和宇宙）組分之間相互作用。地下水圈多組分概念是以運移條件和物質存在形式都不一樣各系統(tǒng)組分之間邊界條件存在為前提。在此基礎上進行著（水流和化學物質）和能量（熱能、勢能）轉換。蘇聯(lián)H.B.鮑柯夫斯卡婭 地下水資源與地下水系統(tǒng)第61頁地下水系統(tǒng)定義 地下水系統(tǒng)五個特征： （1）系統(tǒng)組成要素，包含含水層（承壓和無壓）、弱透水層、隔水層及其組合關系； （2）主要含水層含水空隙性質，包含原生與次生； （3）主要含水層巖性，包含可溶與不可溶； （4）主要含水層貯水與導水性； （5）主要含水層補排條件。 美國R.C.希斯 地下水資

26、源與地下水系統(tǒng)第62頁地下水系統(tǒng)定義 地下水系統(tǒng)是一個復雜，包含各種天然原因、人為原因所控制，含有不一樣等級互有聯(lián)絡又相互影響，在時空分布上含有四維性質和各自特征、不停運動演化若干獨立單元統(tǒng)一體。陳夢熊 地下水資源與地下水系統(tǒng)第63頁地下水系統(tǒng)定義 （1）地下水系統(tǒng)是由若干含有一定獨立性又相互聯(lián)絡、相互影響不一樣等級亞系統(tǒng)或次亞系統(tǒng)所組成。 （2）地下水系統(tǒng)是水文系統(tǒng)一個組成部分，與降水和地表水系統(tǒng)存在親密聯(lián)絡，相互轉化；地下水系統(tǒng)演化，很大程度上受地表水輸入與輸入與輸出系統(tǒng)控制。 （3）每個地下水系統(tǒng)都含有各自特征與演變規(guī)律，包含各自含水層系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、水動力系統(tǒng)、水化學系統(tǒng)等。 （4）

27、含水層系統(tǒng)與地下水系統(tǒng)代表兩種不一樣概念，前者含有固定邊界，而后者邊界是自由可變。 （5）地下水系統(tǒng)時空分布與演變規(guī)律，既受天然條件控制，又受社會環(huán)境、尤其是人類活動影響而發(fā)生改變。小 結地下水資源與地下水系統(tǒng)第64頁地下水系統(tǒng)示意圖石門寨地質圖地下水資源與地下水系統(tǒng)第65頁地下水系統(tǒng)示意圖柳江盆地石門寨地質剖面圖地下水資源與地下水系統(tǒng)第66頁二、地下水系統(tǒng)特征 2 地下水系統(tǒng) 1.地下水系統(tǒng)層次性 ； 2.地下水系統(tǒng)整體性和統(tǒng)一性 ； 3.地下水系統(tǒng)與環(huán)境； 地下水資源與地下水系統(tǒng)第67頁地下水系統(tǒng)特征 地下水系統(tǒng)由含水地質體及其輸入、輸出系統(tǒng)三部分組成，每一部分又由許多低層次子系統(tǒng)組成。

28、一個地下水系統(tǒng)能夠有若干個低層次子系統(tǒng)。低層次子系統(tǒng)隸屬并支撐高層次子系統(tǒng)或系統(tǒng)。地下水系統(tǒng)這種相對大小有序結構，稱為層次結構。它反應了地下水系統(tǒng)是由大小不等種種級別物質所組成。每一個子系統(tǒng)既含有獨立性又互有聯(lián)絡、相互影響，某一個子系統(tǒng)狀態(tài)改變必定會引發(fā)相鄰子系統(tǒng)狀態(tài)改變。 地下水系統(tǒng)層次性地下水資源與地下水系統(tǒng)第68頁地下水資源與地下水系統(tǒng)第69頁黃河流域地下水系統(tǒng)分布面積一覽表序號一 級 系 統(tǒng)二級（子系統(tǒng)）系統(tǒng)名稱代碼面積(104km2)名稱代碼面積(104km2)1祁連山青藏高原224617.84扎陵湖-鄂陵湖134705.91阿尼瑪卿山282035.82龍羊峽劉家峽347597.16

29、湟水河417492.62大通河514899.20洮河627887.132隴中黃土高原-銀川平原76295.29祖歷河137165.14清水河225381.64賀蘭山36218.26銀川平原47530.253鄂爾多斯高原北區(qū)161814.7.7都思兔河-苦水河133700.07庫布齊沙漠區(qū)222186.12無定河-窟野河373557.96潛水內流區(qū) 432370.554大青山河套平原58155.35大青山南麓137382.55河套平原220772.805呂梁山西麓39070.19天橋泉域118862.77柳林泉域27.426汾河流域運城盆地44708.66太原盆地123089.35臨汾盆地215

30、461.38運城盆地36157.937沁河-伊洛盆地48512.09沁水盆地115710.23伊洛盆地218993.05三門峽桃花峪313808.818渭河流域136145.58隴西黃土高原128778.59關中盆地219063.11秦嶺北麓38819.14渭北巖溶43168.67渭北黃土高原576316.079黃河下游39420.31黃河下游影響帶122634.23大汶河流域210132.04黃河三角洲36654.04總計（含潛水內流區(qū)）828740總計（不含潛水內流區(qū)）796369.5地下水資源與地下水系統(tǒng)第70頁地下水系統(tǒng)層次性地下水資源與地下水系統(tǒng)第71頁地下水系統(tǒng)層次性I-平原北部地

31、下水系統(tǒng)；II-平原中部地下水系統(tǒng)；III-平原南部地下水系統(tǒng)地下水系統(tǒng)劃分圖（據(jù)淺層地下水流場）I-平原北部地下水系統(tǒng)；II-平原中部地下水系統(tǒng)；III-平原南部地下水系統(tǒng)地下水系統(tǒng)劃分圖（據(jù)深層地下水流場）地下水資源與地下水系統(tǒng)第72頁地下水系統(tǒng)層次性河南平原第四系地下水系統(tǒng)劃分圖 地下水資源與地下水系統(tǒng)第73頁地下水系統(tǒng)特征 地下水系統(tǒng)是由若干子系統(tǒng)組成。這些子系統(tǒng)各自有自己組成特征及各自行為方式，但它們必須統(tǒng)一協(xié)調于地下水系統(tǒng)整體之中，必須以地下水系統(tǒng)整體功效到達最優(yōu)為準則，而不是追求某一子系統(tǒng)功效最優(yōu)。如一個地下水系統(tǒng)有多個開采子系統(tǒng)，應使全部開采子系統(tǒng)開采狀態(tài)到達最優(yōu)，而不是追求某

32、一個開采子系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。 地下水系統(tǒng)整體性和統(tǒng)一性地下水資源與地下水系統(tǒng)第74頁地下水系統(tǒng)特征 處于地下水系統(tǒng)外部，對其活動方式和行為有著重要影響因素稱為地下水系統(tǒng)環(huán)境。 地下水系統(tǒng)屬于水文循環(huán)一個組成部分，與自然環(huán)境、技術經(jīng)濟環(huán)境、社會環(huán)境有親密聯(lián)系。一方面環(huán)境對地下水系統(tǒng)輸入物質、能量和信息，并接收系統(tǒng)對環(huán)境種種輸出、維持系統(tǒng)物質流、能量流和信息流運動，不停更新交替；其次環(huán)境作用影響地下水系統(tǒng)結構，有序性和功能。 地下水系統(tǒng)與環(huán)境地下水資源與地下水系統(tǒng)第75頁地下水系統(tǒng)與環(huán)境地下水系統(tǒng)與環(huán)境示例河間地塊地下水系統(tǒng)，其地下水面形狀反應地下水系統(tǒng)某一時刻狀態(tài)。雨季，地下水面呈不對稱凸起，旱

33、季地下分水嶺消失，水面由水位高河流向水位較低河流一側傾斜，這種改變是環(huán)境，即大氣降水與河流在不一樣季節(jié)對該地下水系統(tǒng)作用不一樣而造成。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第76頁地下水系統(tǒng)特征研究地下水系統(tǒng)首先要區(qū)分哪些是系統(tǒng)內部要素，哪些是系統(tǒng)外部要素。把系統(tǒng)內部與外部環(huán)境分開界限，稱為系統(tǒng)邊界，地下水系統(tǒng)是經(jīng)過邊界與外部環(huán)境發(fā)生聯(lián)絡。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第77頁三、地下水系統(tǒng)功效 2 地下水系統(tǒng) 地下水系統(tǒng)功效在于接收物質、能量及信息輸入，經(jīng)過系統(tǒng)轉換（傳輸）在時間歷程中產(chǎn)生對應物質，能量及信息輸出。比如大氣降水入滲量是物質輸入，會產(chǎn)生對應地下水流出量為物質輸出；含水層上覆荷載改變是能量輸入，會形

34、成壓力水頭改變能量輸出。物質與能量是能夠相互轉換，大氣降水入滲量物質輸入，能夠產(chǎn)生水頭增加，這就是以能量方式輸出。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第78頁地下水系統(tǒng)功效當外部有輸入量進入，系統(tǒng)能夠接納并貯存，其能力大小與系統(tǒng)容積及給水（貯水）系數(shù)相關。 （1）貯存作用地下水資源與地下水系統(tǒng)第79頁地下水系統(tǒng)功效系統(tǒng)傳輸功效是聯(lián)絡系統(tǒng)輸入和輸出紐帶，輸入經(jīng)系統(tǒng)傳輸轉換為輸出。傳輸功效強弱與系統(tǒng)規(guī)模及含水介質導水系數(shù)或壓力傳導系數(shù)相關。傳輸有兩種方式，一個是物質傳遞，另一個是能量傳遞。對于地下水系統(tǒng)來說，物質流傳輸是其新陳代謝前提條件。 （2）傳輸功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第80頁傳輸功效地下水資源與地下

35、水系統(tǒng)第81頁地下水系統(tǒng)功效 系統(tǒng)在傳輸過程中，表現(xiàn)出輸出對輸入有一定時間滯后，稱為延時作用。如大氣降水入滲補給承壓含水層，有時需數(shù)十天甚至數(shù)月，承壓含水層才表現(xiàn)出水量增加或水頭升高。影響地下水系統(tǒng)延時作用原因很多，如包氣帶厚度、含水率、垂向滲透率；含水層導水性等。 （ 3 ）延時功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第82頁地下水系統(tǒng)功效延時功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第83頁地下水系統(tǒng)功效 當系統(tǒng)接納輸入后，在貯存及傳輸過程中起到“低通濾波”作用，表現(xiàn)出輸出峰（谷）值比輸入峰谷值相對平緩，這就是平滑作用。例：當不連續(xù)降水入滲（脈沖式）補給地下水系統(tǒng)時，經(jīng)過地下水系統(tǒng)平滑作用展現(xiàn)出連續(xù)平緩單峰輸出。研究地

36、下水系統(tǒng)平滑作用，能夠對地下水系統(tǒng)貯存功效和調整功效進行評價；平滑作用還能夠消除干擾，有利于提取有用信息。 （4）平滑功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第84頁地下水系統(tǒng)功效平滑功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第85頁四、地下水系統(tǒng)基本結構 2 地下水系統(tǒng) 1.水文地質實體2.輸入系統(tǒng)3.輸出系統(tǒng)地下水資源與地下水系統(tǒng)第86頁地下水系統(tǒng)基本結構 視研究對象而定！ 對于區(qū)域地下水系統(tǒng)，水文地質實體能夠是一個或幾個含水層系統(tǒng)，地下水系統(tǒng)結構在很大程度上受含水層系統(tǒng)制約。比如，系統(tǒng)邊界，含水介質規(guī)模與幾何形狀、水文地質參數(shù)、地下水運移與傳輸能力、水化學遷移交替等，都受到含水層系統(tǒng)結構、埋藏條件、水力特征、巖性、巖相以及地層結構原因影響。所以，對地下水系統(tǒng)中水文地質實體研究，就是研究含水層系統(tǒng)。1.水文地質實體地下水資源與地下水系統(tǒng)第87頁地下水系統(tǒng)基本結構 對于區(qū)域地下水研究，水文地質實體能夠是含水層系統(tǒng)某一部分。此時這個局部地段能否作為地下水系統(tǒng)進行研究呢？能夠！理由是： 我們是用系統(tǒng)工程理論和方法研究對象，所以任何研究對象都能夠當成系統(tǒng)去研究。 地下水系統(tǒng)邊界是自由可變，所以邊界不一定是自然邊界，能夠是人工邊界。 所以地下水系統(tǒng)不一定是一個或幾個完整水文地質單元。1.水文地質實體地下水資源與地下水系統(tǒng)第88頁