地表水资源量与质的时空分布特点

第一章水资源系统本章主要内容：水资源的基本概念、水资源系统的构成及特点、水资源系统的变化与发展。教学目的要求：建立水资源系统的概念，能利用水资源系统的观点分析问题、解决问题。水体更替周期哪些形态的水体比较活跃？在开发利用水资源过程中，应当充分考虑各种水体的循环周期和活跃程度，合理开发以防止由于更替周期长或补给不及时，造成水资源的枯竭。第二节水资源系统的构成及特点一、地表水系统的组成要素及结构二、地表水资源量与质的时空分布特点三、地下水系统的组成要素及结构四、地下水含水系统与地下水流动系统五、水资源属性及分类二、地表水资源量与质的时空分布特点（一）、地表水水量的时空分布特点：1.空间分布不均：影响因素1）降水量降水量大的地区地表径流深、产水模数和河网密度大。2）流域特征不同导致局部流域地表产流数量、河网形态相差很大。①地表岩土的渗透性②坡度的陡缓③植被覆盖度④植被种类⑤坡向⑥水系形状二、地表水资源量与质的时空分布特点（一）、地表水水量的时空分布特点：1.空间分布不均：影响因素⑥水系形状据干、支流的分布及组合情况不同可分为如下几类：a.扇状水系：各支流的排列和分布如手指状分布呈扇形或近圆形分布。如华北的北运河、永定河、大清河、子牙河、南运河等五条河流于天津汇入海河。特点：来自不同方向的各支流较集中地几乎在同一处汇入干流，汇流时间短，如遇暴雨，在流域出口处易造成各支流洪水遭遇形成陡涨陡落的洪水过程。二、地表水资源量与质的时空分布特点（一）、地表水水量的时空分布特点：1.空间分布不均：影响因素⑥水系分类：b.羽毛状水系：支流从左右两岸相间汇入干流，且分布均匀而又近似平行成羽毛状排列。如滦河水系。特点：汇流时间较长，暴雨洪水过程较平缓。二、地表水资源量与质的时空分布特点（一）、地表水水量的时空分布特点：1.空间分布不均：影响因素⑥水系分类：c.平行状水系：若干近似平行的支流汇入干流水系。或主要支流先与干流平行再汇入干流下游。如淮河左岸、蚌埠以上地区水系分布。特点：洪水组成及聚集情况随暴雨的地区分布不同。如遇暴雨中心由上游向下游移动，易造成猛烈的洪水，反之则平缓。二、地表水资源量与质的时空分布特点（一）、地表水水量的时空分布特点：1.空间分布不均：影响因素⑥水系分类：d.树枝状水系：整个水系干支流的分布形状如同一棵枝叶繁茂的大树,干流接纳两侧众多的大小支流如闽江水系。干流与支流之间以锐角相交，主要发育在地面倾斜平缓、岩性比较一致的地区。平原地区的河系常属于此种类型。二、地表水资源量与质的时空分布特点（一）、地表水水量的时空分布特点：1.空间分布不均：影响因素⑥水系分类：e.混合状水系：较大水系因其幅员广阔，地形、地质复杂，水系内各河流的分布形态也复杂多样，常为上述各种水系状态组合而成如长江水系的上游金沙江、雅砻江、大渡河为平行状，嘉陵江为扇状，汉江为羽毛状，湘江、赣江为树枝状等，这些不同类型的干支流分布，使长江成为混合状水系。二、地表水资源量与质的时空分布特点（一）、地表水水量的时空分布特点：1.空间分布不均：影响因素3）地表水系统的结构特点：如河道分支性、流域嵌套性。水量叠加，上、下游水资源共享。4）地表水与地下水的补排关系：干旱季节降水少，地下水排泄补给地表水（河流、湖泊等流域中地势低的区域）。使有些小流域有常年性水流。地下水的排泄基准面若位于河流下游，则上游流域有可能成为地下水的补给源。使小流域旱季无地表水，或某一河段有水某些河段无水。如山区和内陆河流域。（一）、地表水水量的时空分布特点：1.空间分布不均：4）地表水与地下水的补排关系：潜水补给河水河水补给潜水左岸潜水补给河流右岸河流补给潜水二、地表水资源量与质的时空分布特点二、地表水资源量与质的时空分布特点（一）、地表水水量的时空分布特点：2.时间分布不均：影响因素1）降水。南方汛期：4-7月。北方汛期6-9月。多年少水和丰水现象交替出现。2）流域结构：地表水系统缺乏水量调节功能。坡面面积/流域面积在天然流域中可达80%-90%。坡面满流时间长：粗糙地面、渗透性强的表土、平缓的坡度和茂盛的植被。3）地表水与地下水的季节性互补关系：互补使地表水的流量（水量）多年平均变化不大。二、地表水资源量与质的时空分布特点（二）、地表水水质的时空分布特点：1.空间分布不同：主要指标2.时间上也有季节性和年际变化规律。地表水水量和质量的时空变化规律取决于大气降水、地表水系统的结构特征及地表水系统与地下水水量水质的交换关系。（三）、解决措施：1.建水库等调水工程增加水量在时间空间上的稳定性。2.以需定供，将多余水量保证入海量和生态用水量。3.建海洋水库。4.流域内湖泊扩容5.建地下水库三、地下水系统的组成要素及结构1.地下水：指地壳浅部赋存于岩石空隙中的水，包括重力水、毛细水和结合水。其含水介质为岩石。结合水——受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水称为结合水。重力水——重力的影响大于固体表面的吸引力，在自身重力下能运动的那部分水。岩土空隙中的重力水能够自由流动。井泉取用的地下水，都属于重力水。毛细水——松散岩石中细小的孔隙通道构成毛细带，在地下水面以上的包气带中广泛存在毛细水。上述各形态的水在地壳中分布有一定规律性。三、地下水系统的组成要素及结构1.地下水：上述各形态的水在地壳中分布有一定规律性。如右图所示。2.地下水系统组成：赋存于岩石空隙中的水、具有空隙的岩层。三、地下水系统的组成要素及结构3.地下水分类：（1）地下水按其埋藏条件，可分上层滞水、潜水和承压水三种。上层滞水：存在于地面以下局部不透水层上面的滞水，分布范围有限，是季节性或临时性的水源。潜水：埋藏于地面以下第一个隔水层以上具有自由水面的地下水。潜水面的标高称为地下水位。承压水：充满于两个隔水层之间的含水层中，承受有超静水压力的地下水。承压水不易被污染，可作供水水源。三、地下水系统的组成要素及结构3.地下水分类：(2)按含水介质（空隙类型）分为：孔隙水、裂隙水、岩溶水（下图）。孔隙水：赋存于松散沉积物颗粒构成的空隙网络之中的水。裂隙水：贮存运移于裂隙基岩中的水；岩溶水：贮存并运移于岩溶化岩层中的水称（喀斯特水）。(3)从成因的角度又可分为渗入水、沉积水和内生水。三、地下水系统的组成要素及结构3.地下水分类：（4）不同岩石或地层的透水性存在差异，把透水性好、其中的地下水在重力作用下可自由移动的地层或岩石称为含水层，反之把透水性差的地层或岩石称为滞水层（或隔水层）。含水层是指能够给出并透过相当数量水的岩体。这类含水的岩体大都呈层状，如砂层、砾石层和碳酸盐类岩石都是很好的含水层。隔水层是指那些既不能给出又不能透过水的岩层，或者它给出或透过的水量都极少。如致密岩石（花岗岩、闪长岩、石英岩等）。三、地下水系统的组成要素及结构3.地下水分类：（4）含水层和隔水层的相对性：含水层与隔水层的划分是相对的，它们之间并没有绝对的界线，在一定条件下两者可以相互转化。如粘土层，在一般条件下，由于孔隙细小，饱含结合水，不能透水与给水，起隔水层作用。但在较大的水头压力作用下，部分结合水发生运动，从而转化为含水层。从广义上讲，自然界没有绝对不含水的岩层。含水层存在的条件：第一、岩层有储水空间：即有孔隙、裂隙和溶隙等空隙。第二、有储存和聚集地下水的地质构造：。即下部要有隔水层托住重力水，并在水平方向上具有某种隔水边界，使之不致完全流失，水能在岩层空隙中保存住，从而形成含水层。也就是说，透水岩层与隔水岩层组合起来，才能成为含水层如单斜岩层不利于地下水聚集和埋藏，只能是透水层。又如向斜构造能大量聚集地下水。第三、要有足够的水源，使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层三、地下水系统的组成要素及结构4.地下水系统的结构：（1）硬结构：是介质的空隙特征及其空间分布格局,它与地层的成因、岩相分布、岩性、地质构造及地貌特征有直接的关系。如阿克苏河（是塔里木河的主要支流,）、渭干河流域山前倾斜平原由十几条大小不同的河流形成的由北向南的冲洪积扇相连而成,扇的上部砂砾石带介质为卵砾石和砂砾石,岩性较为单一,为良好的含水介质,向南过渡到细土平原,介质为细砂、粉砂、夹粘性土,含水介质不均匀程度加剧,其过渡带为潜水溢出带。塔里木河冲积平原沉积物主要来自西部,其介质主要为粉、细砂夹薄层亚粘土和亚砂土,由西向东呈条带状分布,整个地区无连续的区域隔水介质。（2）软结构：指的是地下水的运动形式,水量与水质的空间分布及不同子系统间水量、水质的交换关系。四、地下水含水系统与地下水流动系统系统——是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体（钱学森，1978）。核心：是把所研究的对象看作一个有机的整体（系统），并从整体的角度去考察、分析与处理事物。系统的思想与方法→渗入到水文地质领域→地下水系统。（一）.地下水含水系统：1.定义：是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。2.分类：（1）基岩构成的含水系统：由固结成岩的地层圈闭，含水性取决于岩石的构造裂隙发育程度。是相对独立的含水地质体。基岩含水系统的边界：有相对隔水的和透水的边界。P25图1.4四、地下水含水系统与地下水流动系统（一）.地下水含水系统：2.分类：（2）松散沉积物构成的含水系统：由未经过成岩阶段的介质圈闭，含水性取决于介质空隙大小。空隙直径较大的介质如卵砾石、砂砾石、中粗砂等，有良好的导水储水性。一个完整的松散堆积物含水系统一般具有很大的规模，而实际工作中研究区的范围要小得多，以含水系统进行划分边界较难。（二）地下水流动系统：1.定义：是指由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程地下水体。2.区别：控制含水系统发育的，主要是地质结构（沉积、构造、地质发展史）；控制地下水流动系统发育的，主要是水势场。3.边界：由流面群圈闭。所以一个地下水流动系统中存在不同流面群圈闭的子系统。（二）地下水流动系统：4.研究意义：可帮助确定地下水的补给、径流和排泄过程。源：补给区汇：排泄区（1）地下水的补给：大气降水、地表水体、凝结水、含水层之间和人工补给。含水层之间的补给：承压水补给潜水、潜水补给承压水、越流四、地下水含水系统与地下水流动系统在天然条件下，地下水由大气降水获得补给，通过非饱和带渗入地下饱和带；地下水的补给也可以通过地表水体获得。饱和带的地下水以泉、溪流、湖泊、湿地和植物蒸发蒸腾等形式进行排泄。地下水从补给区到排泄区的三维流动水体组成地下水流动系统（下图）。地下水流动系统的面积从几平方米到上万平方米不等，地下水径流通道从几米到几百米不等。地下水流动系统的补给区和排泄区之间具有一定的水力联系。（二）地下水流动系统：4.研究意义（1）地下水的补给：（2）地下水的径流：地下水在岩石空隙中的流动过程。地下水径流量：地下径流模数M=Q/365*86400*AA:地下水径流面积，km2Q:一年内在面积A上的地下水径流量，m3。四、地下水含水系统与地下水流动系统（二）地下水流动系统：4.研究意义（1）地下水的补给：（2）地下水的径流：（3）地下水的排泄：方式有泉、河流、蒸发、人工排泄等。四、地下水含水系统与地下水流动系统1—隔水层；2—透水层；3—坚硬岩层；4—岩脉；5—导水断层；6—地下水位；7—下降泉；8—上升泉地下水资源以系统的形式埋藏、分布。是一开放系统。地下水的数量和质量与气候、水文、地质条件有关，表现出地域性的分区特点。地下水的数量和质量在地下水系统的结构控制下具有分带性。（一）地下水分布的地域性：1.降水：我国地下水的补给量与降水的分布特点有相同的趋势。P28表1.4。2.地形和地质条件：（1）孔隙水的分布：赋存于松散沉积物孔隙中的地下水。五、地下水资源量与质的分布特点