4. 1. 1 水资源系统的划分
4. 1. 1. 1 地表水流系统
黑河流域各河流汇水面积大于 100km2的有 19 条，年径流量超过 100×104m3的有 38 条; 流域内水系除个别小河流发源于流域东部的大黄山外，其他河流均发源于南部的祁连山区，其代表性的河流主要有黑河、梨园河、洪水坝河、北大河等。
黑河流域从整体上为一独立的地表水流系统，依据系统内地表水与地下水的水力联系及其归属，可分为东、中、西三个地表水流子系统 ( A、B、C) ———子水系 ( 图 1. 1) 。
东部子水系 ( A) : 由黑河干流和梨园河及其左右 20 条小河组成，除梨园河供山前灌溉引水后尚有余水注入黑河外，其余各河出山后或被引灌或渗失于山前冲洪积扇均未注入黑河; 黑河干流从莺落峡出山后流经张掖、临泽、高台于正义峡穿越北山，过鼎新、东风场区、额济纳最终注入东、西居延海，全长约 800km。
中部子水系 ( B) : 为酒泉马营河—丰乐河诸小河流水系，为浅山短流，归宿于肃南裕固族自治县明花区—高台盐池盆地。
西部子水系 ( C) : 为酒泉洪水河—北大河等水系，亦为浅沟短流，只有洪水河和北大河可贯穿酒泉盆地，北大河经鸳鸯池水库进入北部金塔盆地，最后由盆地东北角的 “营盘”注入黑河干流，从而把西部子水系与干流水系联在一起; 但自 20 世纪 50 年代以来，营盘北大河断流，不再有地表水注入黑河，东、西部水系再无地表水力联系，故金塔盆地成了西部子水系的最后归宿。
4. 1. 1. 2 地下水流系统与含水层系统
黑河流域从整体上也为一独立的区域地下水流系统，依据系统内地质构造、地下水的循环条件、水力性质、水化学与环境同位素和地下水位动态以及含水层结构 ( 图 1. 6～图 1. 32、图 4. 1)等方面的差异，可分为上游山丘 ( 与沙漠) 区、中游南盆地和下游北盆地三个地下水流子系统( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) 和 16 个地下水流亚系统及单层与多层两个含水层系统 ( 表 4. 1) 。
上游山丘区 ( Ⅰ) : 主要为南部的祁连山山区，包括中部的龙首山—合黎山、北山山体，以及北部的马鬃山山丘区，分布有基岩裂隙和碎屑岩类裂隙孔隙潜水含水层。地下水多以沟域为单元自成补径排系统，就地接受降水和冰雪融水的补给，顺沟势径流，最终排泄于沟谷之中参与河川径流。
中游南盆地 ( Ⅱ) : 包括大马营、张掖、盐池、酒泉东、酒泉西等五个盆地，盆地从山前向中部由单一的砾卵石孔隙潜水含水层渐变为多层的砂、砂砾石孔隙潜水－承压水含水层。盆地承接来至祁连山区降水、冰雪融水和地下水形成的河川径流，并形成山前河水大量下渗补给地下水、盆地中部地形低洼地地下水大片溢出成泉补给河水的水资源相互转换关系。
下游北盆地 ( Ⅲ) : 包括鼎新谷地、额济纳盆地和金塔盆地，水文地质特征与中游盆地基本类同，但在补给水源与含水层渗透性等方面较中游盆地明显变差。下游盆地主要接受中游盆地出境地表水的补给，由于中游盆地耗水量大，其流入下游盆地的地表水量大幅度减少，造成地下水补给量的不足，下游盆地的地下水主要耗散于蒸发蒸腾。
图 4. 1 盐池盆地 ( 明海凹陷) 含水层基底与地下水位等值线图
表 4. 1 黑河流域地下水流系统与含水层系统划分表
4. 1. 1. 3 水资源系统
根据地表水流系统与地下水流系统的特征及其组合关系，黑河流域可表示为 3 个地表水流子系统 ( A、B、C) 与 3 个地下水流子系统 ( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，及其 16 个亚系统) 的水资源系统 ( 图4. 2、表 4. 2) 。
图 4. 2 黑河流域水资源系统
表 4. 2 黑河流域水资源系统划分表
注: 编号组合 A－Ⅱ2———表示东部子水系－南盆地－张掖盆地水资源系统。
黑河流域水资源系统是由地表水流系统与地下水流系统叠置的二元结构水资源系统。中游盐池盆地内的明海凹陷与北部盐湖区的存在，以及地表水和地下水向盐湖径流排泄的水流特征 ( 图4. 1) ，是中部子系统独立于东部子系统和西部子系统的重要标志; 下游金塔盆地的地表水自 20 世纪 50 年代以来不再注入黑河干流，以及鼎新谷地基底下陷而显著低于西侧金塔盆地基底的水文地质结构特征 ( 图 1. 12) ，是分离东部子水系和西部子水系的重要佐证。各子系统内的地质构造( 图 1. 6，如永固隆起、嘉峪关大断裂、哨马营基底隆起等) ，则是进一步划分亚系统的重要依据。
4. 1. 2 水资源系统的结构与功能
黑河流域是一个闭合的流域，水资源主要通过大气圈层与域外发生水汽交换，从年或多年的时间尺度平衡，这种域内、外水汽交换的净输入量或净输出量相对于域内的水资源总量是很小的。所以，黑河流域水资源系统可以视为一个 “封闭系统”，系统内的地表水和地下水是其组成部分，亦即水资源系统是由地表水流系统与地下水流系统组成的水资源流动系统。
水资源系统内部具有自组织、自协调、自修复等功能，表现为系统内水资源形成—运移—耗散的有序组织和协作功能，以及系统内水资源受到外部干扰后自我修复与调整的功能。因此，系统内水资源的形成与耗散，河水与地下水的相互转化，以及水资源开发利用引起的水资源时空再分配等，都具有明显的地域性和一定的宏观规律性。
4. 1. 3 系统内水资源的形成、耗散与循环
系统内的水资源主要形成于南部的祁连山区，主要耗散于南、北盆地; 水资源总体上由南向北运移，最终以北部的东西居延海为其归属地。因此，南部的祁连山区是系统内水资源的形成径流区，南、北盆地则为系统内水资源的径流耗散区。
祁连山区的冰川、地下水、河水的总补给源是大气降水，降水及泄入沟谷的地下水和冰川融水组成了河川的地表径流。山区的地表水径流和地下水径流进入平原后，约有 60%～70%水以蒸发蒸腾等形式耗散于中游盆地，剩余不足 40%的水流入下游盆地并耗散进入大气; 中游盆地水资源受到人为因素 ( 渠道引灌河水、井采地下水) 的强烈干扰，是其加速蒸发蒸腾耗散过程的重要原因之一。大气圈的水汽不断输往山区，并在山区以降水回落地面产生新的径流，从而形成了水资源系统内部的水循环过程。
4. 1. 4 系统内河水与地下水的相互转化关系
河水与地下水之间相互转化完全受地质构造、地形地貌条件的限制，系统内的水资源按照自然规律由南向北完成其水循环的过程中，河水与地下水也经历了多次相互转化 ( 图 4. 3) ，其总特征如下。
图 4. 3 黑河流域河水与地下水相互转化关系分带示意图
在祁连山区，受山麓丘陵阻滞地下水径流的控制及中高山地密集、深切的水文网影响，绝大部分地下水在中高山区排泄于河谷而转化为河水，地下水泄出量12. 58×108m3/ a，约占出山河水总径流量 ( 37. 69×108m3/ a) 的 33%。
在南盆地，山前洪积扇群带河流水位一般高出地下水水位 10～20m，河水流经洪积扇群带大量渗漏转化为地下水，河水总入渗量 7. 72×108m3/ a，约占河水总径流量的 20%; 盆地中部洪积扇缘和北部细土平原，由于地形坡度变缓，含水层导水性减弱，地下水径流受阻使地下水位抬升而高于河流水位，地下水在低洼地带溢出地表汇集成泉及河水; 盆地最北端的走廊北山阻隔了地下水的径流，地下水在盆地北部除耗散于蒸发蒸腾 ( 6. 96×108m3/ a) 外几乎全部溢出转化为河水，地下水总溢出量 12. 04×108m3/ a，约占河水总径流量的 32%。
在北盆地，天然条件下河水与地下水之间的关系基本上是一个随河川径流河水逐渐渗入转化为地下水的过程，在河流量大的时期将有少量河水流入居延海，河流量小的时候则全部渗失于径流途中，河水总入渗量 6. 49×108m3/ a; 盆地内地下水没有溢出，地下水的排泄几乎完全依赖于盆地北部大面积的蒸发蒸腾，地下水总蒸发量 11. 42×108m3/ a。
河水与地下水之间的水力关系，以及河水与地下水之间在运动循环过程中反复、大量的转化现象，反映了系统内河水与地下水在成因上不可分割的联系，可以认为南北盆地的水资源主要是祁连山区水资源的重复。
4. 1. 5 系统内水资源时空再分配
系统内的水资源流经南北盆地，不仅表现为河水与地下水之间的相互转化关系，而且还受到渠道引灌河水、机井开采地下水等人为因素的强烈干扰，迫使盆地内的水资源在空间和时间上重新分配。
祁连山区进入盆地的河流及盆地内的地下水，由渠系、机井等引提水工程将河水和地下水引入灌区，渠系水与灌溉水于农灌期在灌区内大量渗漏补给地下水，渠田水总渗漏补给量达 10. 47×108m3/ a，占到盆地地下水总补给量 ( 32. 64×108m3/ a) 的 32%，其南、北盆地的比例分别为 39%和 14%。
（ 1）河川径流形成、利用、消失分区明显
河川径流可划分为径流形成区、径流利用区和径流消失区。上游祁连山区降水较多，又有冰川融水补给，下垫面为石质山区且植被良好，是黑河径流形成区。祁连山出山口以上径流量占全河天然水量的 88.0%。山区径流深自山岭向山脚递减，自东向西递减，山岭径流中心位于大渚麻河上游，径流深约500毫米左右，逐渐向山口减至5毫米。
中游河西走廊和下游阿拉善高平原南部，降水少而蒸发强烈，下垫面是深厚的第四系沉积层，成为良好的地下贮水场所，一般强度的降水均耗散于蒸发，偶尔一次强度较大的降水，也下渗补给了地下水，所以基本上不产流。上游来的河水被大量引用，河川径流沿程减少，属于径流利用区。最下游河流尾闾附近，地下径流和余留的河川径流以土壤潜水层蒸发和流入居延海水面蒸发的形式，为尾闾地区生态所消耗，属于径流消失区。
（ 2）河川径流以降水补给为主
黑河流域源头分布有大小冰川 100平方公里，估计冰储量27.5亿立方米 ，年平均冰川融水1.0亿立方米 ，仅占河川天然径流量的4%左右，其余96%的径流量均由降水补给。
（ 3）河川径流年际变化不大
由于河川径流受冰川补给的影响，径流年际变化相对不大，干流莺落峡站多年平均径流 15.8亿立方米，最大年径流23.2亿立方米（1989年），最小年径流11.2亿立方米（1973年），年径流的最大值与最小值之比为2.1，年径流变差系数Cv值为0.15左右。 （ 4）径流年内分配集中
河川径流年内分配不均匀。 10月～翌年2月，为径流枯水期，莺落峡站该时期径流量占年径流量的17.4%；从3月开始，随着气温的升高，冰川融化和河川积雪融化，径流逐渐增加，至5月出现春汛期，3～5月径流量占年径流量的14.8%；6～9月是降雨最多的季节，而且冰川融水也多，其径流量占年径流量的67.8%，其中7～8月份径流量占年径流量的41.6%。
（ 5）中游地表水～地下水转换频繁
地表水和地下水多次转化和重复利用，是内陆河最为独特的水文现象。河流出山后，流入山前冲积扇，一部分被引入灌溉渠系和供水系统，消耗于农、林业的灌溉以及人畜饮用、工业用水，其余则沿河床下泄，并沿途渗入地下，补给了地下水。被引灌的河水，除作物吸收蒸腾、渠系和田间蒸发外，相当一部分下渗补给了地下水，地下水以远比地面平缓的水面坡度向前运动，在细土平原一带出露成为泉水，或者再向前回归河流，或者再被引灌，连同打井抽取的地下水，再进行一次地表、地下水转化。在中游非灌溉引水期的 12月～翌年3月，由于前期灌溉水回归河道，正义峡断面的径流量较莺落峡断面大2.5～3.0亿立方米。水资源多次转换并被多次重复利用的同时，也增加了无效消耗的次数和数量。
