水资源是地球上最重要的自然资源之一，对于人类社会的生存和发展具有不可替代的作用。中国作为一个地理环境复杂、气候多样的国家，其水文地质和水循环过程具有显著的区域性和独特性。水文地质主要研究地下水的形成、分布、运动规律及其与地表水、大气水之间的相互作用，而水循环则是地球上水分子在不同形态和空间位置上的循环流动过程。两者密切相关，共同影响着中国的水资源状况和环境质量。中国地下水分布广泛，类型多样。根据含水介质的空隙特征和地下水赋存状态，地下含水岩类分为五个类型：（1）松散沉积物孔隙水岩类——主要为第四系未胶结的冲、洪、湖、海积和风积等成因的不同粒级的砂、砾、卵石及各类土质沉积物，多呈层状分布，含水均匀，地下水的埋藏常与岩层埋藏一致，水质受其沉积环境、交替运移及气候条件影响，水平分带明显；（2）碳酸盐岩裂隙岩溶水岩类——主要为不同地史时期的海相沉积的碳酸盐类，有灰岩、白云岩、白云质灰岩、泥质灰岩等，地层时代为古生代和中生代，裸露可溶岩南方多于北方，地下水的赋存主要受地质构造及岩溶发育程度控制，水质为重碳酸钙镁型淡水；（3）碎屑岩孔隙、裂隙水岩类——主要为中、新生界半胶结、胶结及古生界胶结的沉积岩你、浅变质岩和火山碎屑岩，含水岩层一般多呈互曾互层分布，地下水的赋存取决于岩层的胶结程度和节理裂隙发育状态，其水质与古地理沉积环境有关；（4）结晶岩裂隙水岩类——包括各期的花岗岩、闪长岩、安山岩、流纹岩及深变质岩等，仅在其表层风化裂隙和构造裂隙带赋存裂隙水，多为潜水，含水层厚度随裂隙带发育程度而变化；（5）熔岩裂隙孔洞水岩类——主要指晚侏罗世至第四纪喷出玄武岩类，由于间歇喷发，熔岩多呈层状，一般构成水平状高台地，原生裂隙及柱状节理较为发育，伴有气孔状空洞，有利于充水，而且多为优质水。根据含水介质的不同，地下水可分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水等类型。其中，松散岩类孔隙水主要分布于平原和河谷地区，储量大、易于开采，是农业灌溉和工业生产的重要水源；基岩裂隙水广泛分布于山区和丘陵地带，其赋存和运移受地形地貌和岩性控制；岩溶水则主要赋存于可溶性岩石中，如石灰岩、白云岩等，其分布和运移规律具有独特性。中国区域水文地质特征受地貌、地质条件，以及气候的影响，使得区域水文地质条件复杂化，根据水文地质特征全国分为八大区域：（1）东北松辽平原区——主要分布有第四系松散沉积物孔隙水岩类，最大厚度约250m，自平原边缘向中心逐渐增厚，整个平原广泛汇水，为一地下水丰富的储水盆地；大部分地下水为矿化度小于1.0g/L的淡水，仅在平原中部和南端沿渤海湾的滨海区域水质变咸，矿化度大于1.0g/L，乃至达到3.0g/L；（2）黄淮海平原区——为一大型沉降区，由山前向渤海湾方向倾斜，似簸箕形状，第四系沉积物厚度为200-600m，南部沿淮河较薄，自南向北增厚，属半干旱气候带，巨厚的松散沉积物孔隙水岩类构成浅部和深部两个含水层组；在这两个层组间有一厚度不等的咸水体（矿化度大于2.0g/L），在黄河以北地区该咸水体由渤海湾呈舌状楔入平原中部黄河三角洲滨海地带，咸水层厚度大于500m；（3）东南、中南丘陵山地区——为广泛分布结晶岩的丘陵山地，主要为侵入岩和侏罗纪—白垩纪火山岩，伴有少量变质岩，海拔高度500-1000m，属于亚热带气候特征，多年年降水量为900-2200mm，由西北向东南递增；地下水赋存、运移于构造裂隙带及表层风化裂隙中，含水层厚度取决于裂隙带发育深度，沿风化壳或构造裂隙、断层处多有泉水出露，但一般水量甚微，有时呈间歇泉形式，时而断流，水质均较好，多数为淡水；（4）北部内蒙古高原区——包括阴山山地、河套平原、鄂尔多斯高原等区域，为海拔1000m以上的开阔高原；地处干旱—半干旱气候区，年降水量自东或东南向西或西北递减，年蒸发量为年降水量的4-17倍；河套平原和毛乌素沙漠为松散沉积物孔隙水岩类，阴山山地主要为结晶岩裂隙水岩类，鄂尔多斯高原及阴山山间盆地内，主要为孔隙裂隙水岩类，大部分地区含水层分布比较稳定，且具承压性，矿化度1-3g/L；（5）中部黄土高原区——为我国黄土堆积厚度最大、分布最广的地区，在气候上跨半干旱和半湿润两个气候带，黄土连续分布面积达44万多平方公里，局部厚度近400m，沟谷深切，地形复杂，塬梁峁及台塬与沟谷相间展布，由于黄土状土与古土壤层的孔隙与空洞相对发育，所以常常形成地下水富水层，其地下水出水量和水位埋深取决于塬面规模及其与沟谷的距离；关中和山西省五大断陷盆地中沉积有松散沉积物孔隙水岩类，蕴藏较丰富的地下水；（6）西北内陆盆地区——包括准噶尔、柴达木、塔里木与河西走廊等大型中新生代内陆盆地，以及昆仑山、阿尔金山、天山、祁连山、阿尔泰山等高大山系；全区属于中纬度干旱气候带，年降水量小于250mm，年蒸发量大于1500mm，高山地区降水量400-800mm，山顶有冰川和多年积雪，为地下水提供补给来源；（7）西南岩溶丘陵山地区——主要分布有碳酸盐岩裂隙岩溶水岩类，属亚热带季风气候区，年降水量在1000mm以上；水质普遍良好，矿化度在0.5-1.0g/L之间；（8）青藏高原区——世界上地势最高、面积最大的高原，平均海拔在4000m以上；多年冻土呈连续展布，并有明显的垂直分带性；由于多年冻结层常构成相对隔水层，故其上部分布有冻结层上水，下部埋藏有冻结层下水；冻结层上水由于季节融化层厚度很薄，所以赋存水量有限；冻结层下水相对水量较丰富。中国不同区域的水文地质特征差异显著。华北地区由于长期过量开采地下水，导致地下水位持续下降，形成了大范围的地下水漏斗区；长江流域则拥有丰富的地表水和地下水资源，但近年来受人类活动和气候变化影响，水资源分布不均和污染问题日益突出；西北地区干旱少雨，水资源匮乏，地下水成为当地生活和农业用水的主要来源；青藏高原地区则以其独特的冰川融水和冻土水文地质条件而闻名，对区域水循环和生态环境具有重要影响。 图1中国水文地质图 水循环是地球上水分子在不同形态和空间位置上的循环流动过程，包括降水、蒸发、径流等基本环节。降水是水循环的起始环节，对中国水资源的形成和分布具有决定性影响；中国降水受季风气候影响显著，年降水量和降水季节分布不均；夏季风带来的丰沛水汽使得中国大部分地区降水充沛，而冬季则相对干燥少雨。这种降水特征导致中国水资源存在明显的时空变异；蒸发是水循环中的重要环节，对地表水和地下水的消耗具有重要影响；中国蒸发量受多种因素影响，包括温度、湿度、风速等。在干旱和半干旱地区，蒸发量往往大于降水量，导致水资源短缺和生态环境恶化；径流是水循环中的关键环节，包括地表径流和地下径流。地表径流主要受到地形地貌和降水量的影响，而地下径流则与水文地质条件密切相关；在中国，不同地区的径流特征差异显著，对当地的水资源利用和生态环境保护具有重要影响。中国水循环的时空变异特征显著。在空间上，由于地形复杂多样，中国水循环过程呈现出明显的地域差异。在时间上，受气候变化和人类活动的影响，中国水循环过程呈现出明显的年际和季节变化。这些时空变异特征导致中国水资源分布不均，加剧了水资源的供需矛盾。气候变化对中国水循环过程产生了显著影响。全球气候变暖导致极端气候事件频发，如暴雨、干旱等，这些极端事件对水循环过程产生了显著影响。暴雨事件会导致地表径流增加，引发洪涝灾害；而干旱事件则会导致水资源短缺，影响农业生产和生态环境。此外，气候变化还会影响蒸发速率和降水分布，进一步加剧水资源的不均衡分布。中国水循环过程对气候变化具有敏感的响应。降水模式的改变直接影响径流和地下水的形成和运动；蒸发量的变化则影响地表水体的数量和分布。这些水循环过程的变化反过来又会影响气候系统，形成复杂的相互作用机制。气候变化是水循环过程变化的主要驱动力之一。全球气温升高、降水模式改变等气候变化因素直接影响中国水循环过程的各个环节。同时，人类活动也是影响水循环的重要因素之一，通过改变地表覆盖、修建水利工程等方式影响水循环过程。水文地质条件对水循环过程具有重要影响。地下水的赋存和运动规律会影响地表径流的形成和分布，进而影响水资源的可利用性。此外，地下水的补给和排泄过程也会影响水循环的平衡状态。不同地区的水文地质条件对水循环过程的影响表现出不同的特点。例如，在华北平原地区，由于含水层系统发达，地下水对地表径流具有较强的调节作用。在雨季，地下水通过补给作用增加地表径流量；在旱季，地下水则通过排泄作用维持地表水体的稳定。而在西南地区，由于地形复杂、气候湿润，地下水与地表水之间的联系更为紧密。地下水通过渗漏作用补给河流、湖泊等地表水体，同时地表水也通过入渗作用补给地下水。水循环的变化也会对水文地质条件产生影响。降水、蒸发等环节的变化会直接导致地下水补给来源和排泄条件的变化，进而影响地下水的赋存和运动状态。同时，地表径流的变化也会对地下水系统产生直接或间接的影响。极端气候事件会导致地下水位波动加剧，甚至引发地质灾害如地面沉降、塌陷等。此外，人类活动如农业灌溉、工业开采等也会改变水循环过程，进而影响地下水资源的数量和质量。例如，长期过量开采地下水会导致地下水位下降、水质恶化等问题，对区域水资源安全和生态环境造成威胁。年降水量是指一年内某一地区降水的总量，是评价一个地区水资源丰歉程度的重要指标。在中国，由于气候、地形等多种因素的影响，年降水量呈现出显著的时空变化特征。这种变化不仅影响地表水资源的形成和分布，还对地下水的赋存和运动状态产生深远影响。中国年降水量分布不均，呈现出东多西少、南多北少的总体格局。东部地区受季风影响显著，年降水量较为充沛；西部地区则受高原山地气候影响，年降水量相对较少。南部地区气候湿润，年降水量较多；北部地区则气候干燥，年降水量较少。此外，中国年降水量还呈现出显著的季节变化和年际变化特征。夏季是降水的主要季节，尤其是东部沿海地区，夏季降水量占全年降水量的很大比例。而冬季则相对干燥，降水量较少。年际变化方面，受气候变化和人类活动等多种因素的影响，年降水量呈现出波动变化的趋势，有时会出现极端降水事件，对当地的水资源和生态环境造成严重影响。 图2中国年降水量图 年降水量作为评价一个地区水资源丰歉程度的重要指标，对水文地质条件具有显著影响。一方面，年降水量通过补给作用影响地下水的赋存状态和运动规律；另一方面，年降水量通过改变地表径流和蒸发条件间接影响地下水系统。年降水量是地下水补给的主要来源之一。在降水充沛的地区，大量的雨水通过入渗作用补给地下水，使得地下水位上升，水资源量增加。而在降水较少的地区，地下水补给量相对较少，地下水位较低，水资源相对匮乏。因此，年降水量的变化直接影响地下水的补给量和补给速度。年降水量不仅影响地下水的补给量，还影响其运动规律。在降水丰富的季节，地下水补给量增加，地下水流速加快，地下水位上升；而在降水较少的季节，地下水补给量减少，地下水流速减缓，地下水位下降。这种季节性的变化使得地下水运动呈现出明显的周期性特征。年降水量还通过改变地表径流和蒸发条件间接影响地下水系统。降水量的增加会导致地表径流量增加，进而通过渗漏作用补给地下水；而降水量的减少则会导致地表径流量减少，地下水的补给来源受到限制。同时，降水量的变化也会影响蒸发条件，进而影响地下水的消耗量和补给量。水文地质条件作为地下水形成、分布和运动的基础，对年降水量也具有一定的响应机制。不同地区的水文地质条件对年降水量的响应方式和程度各不相同。含水层系统是地下水赋存和运动的主要场所，对年降水量具有显著的响应能力。在降水丰富的季节，含水层系统通过接受大量降水补给，使得地下水位上升，水资源量增加；而在降水较少的季节，含水层系统则通过释放储存的地下水来维持一定的水位和水资源量。因此，含水层系统的规模和特性对年降水量变化具有缓冲和调节作用。地下水流动系统是由一系列相互联系的含水层、隔水层和补给排泄区构成的复杂网络。年降水量的变化会直接影响地下水流动系统的补给和排泄条件，进而改变地下水的流动方向和速度。例如，在降水量增加的情况下，地下水流动系统的补给量增加，地下水流速加快，可能导致地下水位上升和地下水资源的增加；反之，降水量减少则可能导致地下水流速减缓和水资源减少。极端降水事件是指降水量超过一定阈值的极端气候现象，对水文地质条件具有显著影响。在极端降水事件发生时，大量降水迅速补给地下水，可能导致地下水位急剧上升，甚至引发地质灾害如地面塌陷、滑坡等。同时，极端降水事件还可能改变地下水的化学成分，对水质产生负面影响。因此，研究水文地质条件对极端降水事件的响应机制，对于预防和应对地质灾害、保护水资源具有重要意义。中国地下水的化学成分受到多种因素的影响，包括地形、气候、地质、水文地质条件等。这些因素共同决定了地下水中各种离子的来源、运移和分布规律。根据地下水中的主要离子成分和浓度，可以将中国地下水划分为多个不同的类型，如碳酸盐岩类地下水、硫酸盐型地下水、氯化物型地下水等。这些不同类型的地下水在化学成分上具有明显的差异，反映了不同的水文地质条件和形成过程。 图3中国地下水化学图 地下水化学成分的形成和变化受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：岩石矿物成分是地下水化学成分的主要来源之一。不同类型的岩石中含有不同的矿物成分，这些矿物在地下水的作用下会发生溶解、沉淀等化学反应，从而改变地下水的化学成分。例如，碳酸盐岩地区地下水中通常含有较高的钙离子和碳酸根离子；硅酸盐岩地区地下水中则可能含有较高的硅酸根离子。气候条件对地下水化学成分的影响主要体现在降水和蒸发作用上。降水量的大小和分布直接影响地下水的补给量和补给来源，进而影响地下水的化学成分。蒸发作用则会导致地下水中某些离子的浓度增加，如氯化物、硫酸盐等。人类活动对地下水化学成分的影响不容忽视。工业废水、农业灌溉、城市生活污水等都可能对地下水造成污染，改变地下水的化学成分。此外，地下水开采、水利工程等人类活动也可能对地下水的水文地质条件产生影响，进而改变地下水的化学成分。不同水文地质条件下，地下水的化学成分呈现出不同的变化规律。以碳酸盐岩地区为例，由于碳酸盐岩的溶解作用，地下水中通常含有较高的钙离子和碳酸根离子，形成硬水。在硫酸盐型地下水区域，地下水中的硫酸盐含量较高，这可能与含硫矿物的氧化作用有关。而在氯化物型地下水区域，地下水中的氯化物含量较高，这可能与海水入侵、盐岩溶解等因素有关。此外，地下水的流动和混合作用也会对化学成分产生影响。在地下水流动过程中，不同来源、不同化学成分的地下水可能发生混合，导致地下水化学成分的变化。这种变化可能表现为离子浓度的增加或减少、离子比例的变化等。年径流深度是指一年内通过河流断面的水量在垂直方向上的平均分布，它反映了地表径流对水资源的贡献程度。中国年径流深度的分布受到多种因素的影响，包括地形、气候、植被覆盖等。总体来说，中国年径流深度呈现出东多西少、南多北少的空间分布格局。东部地区地势平坦，气候湿润，降水充沛，因此年径流深度较大；西部地区地势高峻，气候干燥，降水稀少，年径流深度相对较小。南部地区气候湿润，植被覆盖良好，有利于径流的形成和汇集；北部地区气候干燥，植被覆盖较差，径流形成和汇集能力较弱。 图4中国年迳流深度图 年径流深度作为地表径流的重要指标，对水文地质条件具有显著影响。这种影响主要表现在以下几个方面：年径流深度的大小直接影响地下水的补给量。在年径流深度较大的地区，地表径流携带的大量水分可以通过入渗作用补给地下水，使得地下水位上升，水资源量增加。而在年径流深度较小的地区，地表径流补给地下水的量相对较少，地下水位较低，水资源相对匮乏。年径流深度不仅影响地下水的补给量，还可能改变地下水的化学成分。地表径流在形成过程中会携带一定量的溶解物质，这些物质在入渗过程中可能进入地下水系统，影响地下水的化学成分。例如，地表径流中可能含有较高的盐分或重金属元素，这些物质在入渗过程中可能污染地下水，导致地下水质量下降。年径流深度的变化还会影响地下水的动力场。当地表径流增加时，地下水的补给量增大，地下水流速加快，流场范围扩大；而当地表径流减少时，地下水的补给量减少，地下水流速减缓，流场范围缩小。这种变化会影响地下水的运动规律和分布状态，进而影响地下水的可利用性。水文地质条件作为地下水形成、分布和运动的基础，对年径流深度也具有一定的响应机制。不同地区的水文地质条件对年径流深度的响应方式不尽相同，主要体现在以下几个方面：含水层系统作为地下水储存和运移的主要场所，对年径流深度具有显著的调节作用。在降水充沛的季节，含水层系统能够有效地储存和调蓄地表径流，减少径流的直接流失，从而增加年径流深度。而在降水较少的季节，含水层系统则通过释放储存的地下水来补充地表径流，维持河流的基本流量，对年径流深度起到稳定作用。地下水与地表水之间存在着密切的相互补给关系。在某些地区，地下水是地表径流的重要补给来源，当地下水位较高时，地下水通过侧向补给或底部补给的方式进入河流，增加河流的径流量，从而提高年径流深度。相反，当地下水位较低时，地表径流则可能成为地下水的主要补给来源，但这种补给作用相对较小，对年径流深度的贡献有限。地质构造对径流的形成和分布具有重要影响。在地质构造复杂的地区，地形起伏大，岩石破碎，有利于降水形成地表径流。这些地区通常具有较大的年径流深度。相反，在地质构造简单的地区，地形平坦，岩石完整，降水更容易形成地下水而非地表径流，因此年径流深度相对较小。中国地下热水资源分布广泛，类型多样。根据地质构造、地热背景和水文地质条件的不同，地下热水可分为火山型、断裂型、盆地型等多种类型。这些地下热水在温度、化学成分、流量等方面表现出显著的差异。一般来说，火山型地下热水温度较高，化学成分复杂；断裂型地下热水则受断裂构造控制，流量变化较大；盆地型地下热水则相对稳定，温度适中。 图5中国地下热水分布图 中国地域辽阔，地质条件复杂多样，这决定了中国地下热水的形成与分布受到多种水文地质因素的影响。首先，地质构造是控制地下热水形成与分布的关键因素。在构造活跃区，如断裂带、火山活动区等，地热异常现象明显，地下热水资源丰富。其次，地层岩性也对地下热水的形成与分布产生重要影响。不同岩性的地层具有不同的导热性能和储水能力，从而影响了地下热水的赋存状态和运移规律。此外，水文地质条件如地下水的补给、径流和排泄等也对地下热水的形成与分布产生影响。地下热水与水文地质条件之间存在着密切的相互作用关系。一方面，地下热水的形成和运移受到水文地质条件的制约。在特定的地质构造和水文地质条件下，地下热水通过深循环作用形成并沿断裂带、裂隙等通道运移。另一方面，地下热水的存在和活动也会对水文地质条件产生影响。例如，地下热水的流动会改变地下水的流场和渗流路径，影响地下水的补给和排泄条件；同时，地下热水的高温也会对周围岩石产生热蚀作用，改变岩石的物理和化学性质。全球气候变化是当前人类面临的重要挑战之一，它涉及到地球系统的多个方面，包括大气、海洋、陆地等。作为地球系统的重要组成部分，水文地质条件与全球气候变化之间存在着密切的相互作用关系。中国作为一个地域辽阔、地质条件复杂多样的国家，其水文地质条件受到全球气候变化的深刻影响。 图6全球三维云中水量变化图（2024年3月18日数据） 全球气候变化主要表现为温度升高、降水模式改变、极端气候事件频发等特征。这些变化对中国的影响主要体现在以下几个方面：温度升高：全球气候变暖导致中国大部分地区的气温持续上升，尤其是北方和西部地区。这种变化对水文地质条件产生了显著影响，如加速冰川融化、改变地下水补给来源等。降水模式改变：全球气候变化导致中国降水模式的改变，部分地区降水量增加，而另一些地区则出现干旱或洪涝灾害。这种降水模式的改变对地下水的补给和排泄条件产生了重要影响。极端气候事件频发：全球气候变化还导致极端气候事件如暴雨、干旱、台风等频发。这些极端事件对水文地质条件造成了严重的破坏，如引发山体滑坡、泥石流等地质灾害，破坏地下水系统的稳定性。中国地域辽阔，地质条件复杂多样，水文地质条件也呈现出明显的区域差异。在全球气候变化的影响下，中国水文地质条件发生了以下变化：地下水位变化：全球气候变化导致降水模式的改变，进而影响了地下水的补给条件。一些地区由于降水量减少或蒸发量增加，地下水位出现下降；而另一些地区则由于降水量增加或水文循环加速，地下水位上升。水质变化：全球气候变暖导致地表水体温度升高，加速了水体中有机物的分解和微生物的繁殖，从而影响了水质。此外，极端气候事件如暴雨和台风可能引发地表水体污染，进而对地下水水质造成威胁。水循环变化：全球气候变化改变了水文循环的模式和速度，影响了地下水的补给、径流和排泄过程。例如，冰川融化加速可能导致河流径流量增加，进而改变地下水的补给来源；而降水模式的改变则可能影响地下水的排泄条件。中国水文地质及水循环过程具有复杂性和地域性特点，对水资源管理和环境保护具有重要意义。通过加强基础研究、提升监测技术水平、加强水资源管理与保护以及推动国际合作与交流等措施，中国可以更好地应对当前面临的挑战，实现水资源的可持续利用和生态环境的保护。展望未来，随着科技的不断进步和社会经济的持续发展，中国水文地质及水循环研究将迎来更为广阔的发展空间。我们期待在不久的将来，中国能够形成更为完善的水文地质和水循环理论体系，为水资源管理和环境保护提供更加全面、深入的科学支持。致谢：中国地质调查局、中国地质科学院、中国地质环境监测院、焦淑琴、董华、戴喜生等研究团队，微信及百度等网络媒体。
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