水循环系统空间结构模式
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发布时间：2022-04-24 16:38
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时间：2023-10-23 00:53
一、水循环机制
黑河流域水循环系统，包括浅层地下水系统，是一种开放系统，它与其环境之间存在着密切的物质和能量交换关系。在黑河流域，黑河干流和讨赖河等河流是联系山区大气降水、冰川冰雪融水及基岩裂隙地下水与平原区地下水系统之间纽带。在大气圈、岩石圈、生物圈和水圈之间，浅层地下水系统通过降水、蒸发、下渗和径流等水文过程，包括层间越流，不断与大气水、地表水、土壤水和深层地下水系统进行水分交换；在这种水交换过程中，地下水的数量、质量和水动力场状态都在不断地改变着，地下水流场、水化学场和生态环境势场也随之发生相应变化。
气候的冷暖变化，制约着黑河流域水循环演化规律，包括水的相变。水随着温度的不同，以固体、液体和气体3种状态在陆表水文循环系统中进行空间上的再分配。水不断进行相变，使水分在循环过程中的物质和能量转移或交换成为可能。祁连山区的降水和气温变化，是黑河流域水循环演化的重要驱动力。气候干冷，祁连山区雪线下移，冰雪资源增加，雨水和陆表水资源减少，平原区河流、湖泊萎缩及地下水补给减少；气候暖湿，祁连山区雪线退缩，冰雪资源减少，雨水和陆表水资源增加，平原区河流、湖泊扩张及地下水补给增大，这是黑河流域水循环演化自然过程。
水循环演化在改变黑河流域平原区水资源的数量、质量和时空上分布规律的同时，还改变与水密切相关的人类生存环境，包括湖泊、湿地等生态环境和地下水埋藏条件。在万年、千年尺度上，地面径流是改造平原区地形、地貌的重要动力。
降水丰、枯周期性变化，引起了河水流量和陆地水资源，包括地下水资源的周期性变化。从地球演变历史过程来看，随着它的形成和发展，黑河流域陆表水资源和生态环境也有其形成、发展和消亡过程的自然规律。当然，这不仅是受大气环流的气候变化影响，而且与地壳运动和人类活动影响密切相关。
在不同时间尺度上，都存在如下水文周期变化：降雨量多或少、降雨时间长或短，导致河水流量大或小，形成丰水期或枯水期，即旱涝周期变化。地壳上升或下降造成河床抬高或降低，改变河流侵蚀基准面，制约河流走向，改变地下水与地表水之间补排关系。水库拦蓄、渠系引水和开采地下水，都会影响地下水补给、径流和更新条件，引起地下水动态变化。
二、系统空间结构
在黑河流域，自祁连山源区至额济纳盆地，由于地势从海拔5000 m降至910 m，年降水量从400～600 mm减弱至不足50 mm，陆面蒸发量却逐渐增大，地下水补给与蕴藏条件趋差，以至造成水的资源、环境、生态和社会功能具有明显的区位分带性。
在空间结构上，由祁连山高山冰川融水补给分区→低山雪融水-地下水补给分区两个补给源区，经南部张掖盆地、酒泉盆地等4个河流-地下水循环分区，进入北部金塔-花海子盆地→额济纳盆地，形成完整的黑河流域河流-地下水循环系统，在平原区包括6个单层和4个多层地下水子系统，空间结构模式如图8-1所示。
图8-1 黑河流域地下水循环系统结构模式示意图
从图8-1可见，黑河流域水循环主框架，包括上游祁连山补给源区、中游南部盆地调蓄与绿洲耗水区、下游北部盆地生态脆弱区3大分区。
在上游祁连山补给源区中，包括2个子分区，分别为祁连山高山冰川融水-降水补给分区和祁连山低山雪融水-降水-地下水补给分区。
在中游南部盆地调蓄与绿洲耗水区中，包括4个子分区，分别为民乐-大马营盆地分区、张掖盆地分区、酒泉东盆地分区和酒泉西盆地分区。其中，民乐-大马营盆地分区由单层结构地下水子系统构成，张掖盆地分区由山前地带单层结构地下水子系统和中段、下段多层结构地下水子系统构成，酒泉东盆地分区也是由山前地带单层结构地下水子系统和中段、下段多层结构地下水子系统构成，酒泉西盆地分区是单层结构地下水子系统。
在下游北部盆地生态脆弱区中，包括2个子分区，分别为金塔-花海子盆地分区和额济纳盆地分区，它们都存在单层结构地下水子系统和多层结构地下水子系统。
在黑河流域，通过黑河干流和讨赖河等河流串联祁连山区、南部张掖盆地和酒泉盆地、中部花海子金塔盆地，以及北部额济纳盆地，形成了具有统一的“河流-地下水”特征的流域水循环系统。山区冰雪融水、基岩裂隙地下水和降水，经由河水输运，沿途转化，最终归宿额济纳盆地居延海。中游、下游区地下水形成能力依赖于上游（山区）区水循环变化状况，往往是通过上游区“河流-地下水系统”向下游排泄，下游区获取补给，依次自上游向下游实现水量输运和地表水-地下水之间水量转化。任一个盆地或任何一个子系统发生变化，必然导致其下游另一个子系统响应而发生反馈变化。
