黑龍江(阿穆爾河)流域水文地質(zhì)區(qū)劃研究

戴長雷，李夢(mèng)玲，張兆廷

(1.黑龍江大學(xué)a.寒區(qū)地下水研究所；b.水利電力學(xué)院；c.中俄寒區(qū)水文和水利工程聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 哈爾濱 150080；2.東北聯(lián)邦大學(xué) 地質(zhì)勘探系，俄羅斯 雅庫茨克 677000；3.俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院麥爾尼科夫凍土研究所 凍區(qū)地下水和地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，俄羅斯 雅庫茨克 677000)

0 引 言

水文地質(zhì)區(qū)劃是對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件的高度概括性總結(jié)，對(duì)流域進(jìn)行水文地質(zhì)區(qū)劃能夠反映流域水文地質(zhì)的綜合情況及地下水分布特征[1]。對(duì)地下水資源區(qū)劃研究、編制地下水資源區(qū)劃圖，已成為能夠完善反映流域水文地質(zhì)特征的必要手段[2]。黑龍江(阿穆爾河)作為中俄重要的國際界河，流域內(nèi)水系發(fā)達(dá)，共有7條較大支流，是重要的國際河流[3]。黑龍江(阿穆爾河)流域地跨4國的特殊地理位置使其水文地質(zhì)情況、水資源特征、區(qū)域水資源開發(fā)等問題成為關(guān)鍵。

近年來國內(nèi)外對(duì)黑龍江(阿穆爾河)流域的研究主要涉及水文地理環(huán)境、水文水資源特征、冰壩凌汛等方面[4-5]。韓再生等[6]對(duì)黑龍江(阿穆爾河)中游盆地的跨界含水層情況進(jìn)行了研究；董華等[7]分析了流域水環(huán)境變化條件下生態(tài)環(huán)境的變化。俄羅斯科學(xué)院遠(yuǎn)東分院水資源與生態(tài)問題研究所的Kim V I[8]與Makhinov A N等[9]對(duì)黑龍江(阿穆爾河)流域冰情特征、洪水形成過程進(jìn)行了分析。Кулаков В В等[10]以黑龍江(阿穆爾河)流域中的哈巴羅夫斯克地區(qū)為例，對(duì)俄羅斯聯(lián)邦自然資源開發(fā)管理體系進(jìn)行了介紹，并提出了能夠可持續(xù)發(fā)展的自然資源管理意見。

黑龍江(阿穆爾河)流域及其鄰區(qū)涉及的中國、俄羅斯、蒙古、朝鮮4國，在流域水文地質(zhì)條件、地下水資源量等方面的區(qū)劃研究較少，且甚少從全流域的角度對(duì)水文地質(zhì)進(jìn)行研究?；趯?duì)黑龍江(阿穆爾河)流域的研究基礎(chǔ)，分析流域水文地質(zhì)條件，以全流域的角度對(duì)流域水文地質(zhì)進(jìn)行區(qū)劃，繪制水文地質(zhì)區(qū)劃圖，并對(duì)流域內(nèi)跨國界含水層進(jìn)行分析討論，為以后黑龍江(阿穆爾河)流域的研究提供參考。

1 流域特征

黑龍江(阿穆爾河)流域位于亞洲東北部，處于42°0′N～55°45′N，108°21′E～141°21′E，流域面積為184.3×104km2。黑龍江(阿穆爾河)流域作為國際河流，流域內(nèi)共涉及中國、俄羅斯、蒙古和朝鮮4個(gè)國家的15個(gè)省級(jí)行政區(qū)。我國有4個(gè)，分別為黑龍江省、吉林省、遼寧省以及內(nèi)蒙古自治區(qū)。俄羅斯有5個(gè)，分別為外貝加爾邊疆區(qū)、阿穆爾州、猶太自治州、哈巴羅夫斯克邊疆區(qū)以及濱海邊疆區(qū)。蒙古國有5個(gè)，分別是東方省、東戈壁省、蘇赫巴特爾省、肯特省、中央省。朝鮮有1個(gè)，為兩江道。15個(gè)省級(jí)行政區(qū)中，面積最大的是我國的黑龍江省，其次是俄羅斯的阿穆爾州。4國的15個(gè)省級(jí)行政區(qū)基本情況見表1。

表1 黑龍江(阿穆爾河)流域涉及的政區(qū)情況

2 區(qū)劃原則與方法

2.1 區(qū)劃原則

對(duì)流域地下水資源與環(huán)境條件的研究，可建立流域水文地質(zhì)分類；對(duì)流域水文地質(zhì)問題的研究，則可將流域水文地質(zhì)分類與人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)及其后果聯(lián)系在一起。這兩個(gè)方面的研究形成了流域水文地質(zhì)區(qū)劃的基礎(chǔ)[11-12]。

在進(jìn)行流域水文地質(zhì)區(qū)劃時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：①區(qū)域性：將研究區(qū)的地下水作為一個(gè)整體，從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)統(tǒng)一進(jìn)行區(qū)劃；②綜合性：把控制與影響地下水的自然因素與人為因素綜合在一起，統(tǒng)一考慮地下水的水質(zhì)與水量的保護(hù)；③預(yù)見性：在作區(qū)劃時(shí)應(yīng)預(yù)見到進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)及開發(fā)利用地下水的過程中，可能出現(xiàn)的地下水環(huán)境的惡化。

2.2 區(qū)劃方法

以全流域的視角對(duì)黑龍江(阿穆爾河)流域水文地質(zhì)進(jìn)行區(qū)劃，涉及范圍較廣，信息較復(fù)雜。一般涉及流域地質(zhì)、地貌條件、水文、氣象等自然要素，地下水資源評(píng)價(jià)，以及地下水污染和水質(zhì)惡化有關(guān)的表層地質(zhì)條件等基本情況。

首先根據(jù)流域地貌情況，以流域地下水合理開發(fā)利用與保護(hù)為主要因素進(jìn)行初步劃分；然后根據(jù)流域地下水的主要類型，結(jié)合開發(fā)利用和保護(hù)地下水的主要對(duì)策進(jìn)行區(qū)域劃分；最后結(jié)合因人類活動(dòng)而出現(xiàn)水文地質(zhì)問題的局部區(qū)域，最終確定流域水文地質(zhì)分區(qū)。以黑龍江(阿穆爾河)流域及鄰區(qū)地質(zhì)圖[13]、亞洲水文地質(zhì)圖、中國水文地質(zhì)圖為基礎(chǔ)底圖資料，依托制圖軟件完成流域水文地質(zhì)區(qū)劃圖繪制。

3 流域自然地理

3.1 地形地貌

黑龍江(阿穆爾河)流域地域遼闊，經(jīng)緯度跨度較大，流域自然地理?xiàng)l件十分復(fù)雜，流域內(nèi)多為山地，平原面積少于山地面積[14]。黑龍江(阿穆爾河)流域北部，由斯塔諾夫山脈(外興安嶺)與勒拿河流域隔開，西側(cè)沿著肯特山脈，但在蒙古國南方的分水線不明顯，向東沿著大興安嶺的南支，松花江和遼河之間也沒有明顯分水線，南側(cè)的長白山脈與老爺嶺將黑龍江(阿穆爾河)流域和黃海及日本海流域分開，之后，流域的界限沿著錫霍特山脈向北，直至黑龍江口。這些山脈都是黑龍江(阿穆爾河)干支流的發(fā)源地。黑龍江(阿穆爾河)流域地形見圖1。

圖1 黑龍江(阿穆爾河)流域地形

黑龍江(阿穆爾河)流域中的山地或多山地區(qū)，具有明顯的分隔地形的特點(diǎn)?？咸厣矫}是黑龍江(阿穆爾河)的發(fā)源地，黑龍江(阿穆爾河)流域內(nèi)部也有許多山脈，如大興安嶺、完達(dá)山、布列英亞山及札雷迪山等，作為分水嶺隔離著黑龍江(阿穆爾河)的支流和干流，其基本特征見表2。

表2 黑龍江(阿穆爾河)流域山脈特征

流域內(nèi)的平原和低地所占面積不大，大部分在黑龍江(阿穆爾河)中下游干支流兩岸及其相會(huì)處。如三江平原、松嫩平原及黑龍江下游沿江低地等。此外，還有由結(jié)雅河沖積而成的結(jié)雅河平原、黑龍江(阿穆爾河)中下游盆地、位于阿姆貢河及黑龍江(阿穆爾河)干流下游之間的阿姆貢河平原等。

3.2 氣候氣象

黑龍江(阿穆爾河)流域地處寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。受中緯度西風(fēng)帶和西伯利亞寒冷空氣影響，具有春季干旱多大風(fēng)、夏季溫?zé)岫嘤辍⑶锛厩缋錅夭畲?、冬季?yán)寒而漫長的氣候特點(diǎn)，年均氣溫呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異。流域內(nèi)氣溫變化較為劇烈，年內(nèi)氣溫最大差值可達(dá)80 ℃[15-16]。上游區(qū)域的年均氣溫通常低于0 ℃，多年平均氣溫為-10～8 ℃，全年氣溫呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異。

流域內(nèi)多年平均降水量為400～600 mm，自西向東呈逐漸增加的趨勢(shì)，上游小于下游，降水量高值區(qū)在錫霍特山、長白山部分地區(qū)，可達(dá)800 mm以上。全年不同季節(jié)的降水量存在顯著差距[17]。流域降水變化受區(qū)域氣候和地形地貌等因素的影響，年內(nèi)降水主要發(fā)生在6～9月，降水量約占年降水量的70%。流域內(nèi)各地區(qū)間的降水分布隨地形條件和距海洋遠(yuǎn)近而逐漸變化，通常表現(xiàn)為由平原到山區(qū)，降水隨高程增加而增加；由東向西，降水隨距海洋距離增加而減少[18]。

流域內(nèi)水面蒸發(fā)能力較弱，年蒸發(fā)量500～600 mm，低值區(qū)域與高值區(qū)域分別位于結(jié)雅河上游的外興安嶺西南區(qū)域和松嫩平原的西南部。在該流域內(nèi)，內(nèi)陸年蒸發(fā)量一般為300～400 mm，峰值區(qū)在東南部，最大年蒸發(fā)量400～500 mm，低值區(qū)在西南部，年蒸發(fā)量200～300 mm，年蒸發(fā)量呈現(xiàn)顯著的區(qū)域性特征，體現(xiàn)了不同氣候、地形以及植被等因素對(duì)其的影響。

3.3 水系特征

黑龍江(阿穆爾河)有南北兩源，南源為額爾古納河，北源為石勒喀河，南北兩源在中國黑龍江省漠河以西的洛古河村附近匯合為黑龍江(阿穆爾河)干流，在俄羅斯的尼古拉耶夫斯克(廟街)注入韃靼海峽[19]。

黑龍江(阿穆爾河)流域的大支流主要有7條，加上匯流形成的干流，就是七支一干。支流分別為河源區(qū)的石勒喀河和額爾古納河，俄羅斯側(cè)的結(jié)雅河(精奇里江)、布列亞河(牛滿河)以及阿姆貢河(興滾河)，中國側(cè)的松花江和作為中俄界河的烏蘇里江。各支流及干流水系特征見表3。其中額爾古納河、黑龍江干流、烏蘇里江均為中俄界河，界河總長度超過4 000 km[20]。

表3 黑龍江(阿穆爾河)流域水系特征表

4 水文地質(zhì)區(qū)劃

4.1 水文地質(zhì)條件

黑龍江(阿穆爾河)流域位于太平洋流域內(nèi)，在亞洲水文地質(zhì)分區(qū)中絕大部分的區(qū)域?qū)儆跂|北亞山地、平原溫帶半濕潤、濕潤水文地質(zhì)區(qū)，流域西北部的少部分屬于蒙古高原溫帶半干旱、干旱水文地質(zhì)區(qū)[21]。

根據(jù)流域內(nèi)多年凍土分布的特點(diǎn)，可分為3種類型：連續(xù)多年凍土、不連續(xù)多年凍土、島狀多年凍土。連續(xù)型多年凍土分布帶占區(qū)域面積的90%以上，特點(diǎn)是最低的溫度(-2～-12 ℃)和顯著的厚度(150～500 m以上)，主要分布在流域的斯塔諾夫山脈和布列亞山脈的部分區(qū)域。不連續(xù)多年凍土分布帶占區(qū)域面積的50%～90%，特點(diǎn)是溫度較低(-1～-3 ℃)和厚度較大(25～200 m)，主要分布在河谷的底部。島狀永久凍土分布帶占區(qū)域面積的0～50%，特點(diǎn)是溫度高(0～-1 ℃)，厚度不明顯(0～50 m)，主要分布在結(jié)雅河流域、布列亞山脈的低地，以及錫霍特山脈的個(gè)別山峰。黑龍江(阿穆爾河)流域季節(jié)性凍土區(qū)域分布較為廣泛，其凍結(jié)和融化層的厚度，取決于覆蓋沉積物的組成和其他因素，在0.23～6.0 m變化。流域內(nèi)我國和蒙古國的區(qū)域大部分為季節(jié)性凍土，其中我國境內(nèi)的凍土主要分布在大、小興安嶺，主要受緯度地帶性控制，所處海拔不高，凍結(jié)期一般為7～8個(gè)月[22-23]。

在亞洲水文地質(zhì)圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)黑龍江(阿穆爾河)流域邊界范圍，形成黑龍江(阿穆爾河)流域水文地質(zhì)圖，見圖2。流域內(nèi)地下水類型以孔隙水和裂隙水為主，其中裂隙水的區(qū)域大于孔隙水。在松嫩平原和三江平原區(qū)域的地下水類型大部分為良好孔隙水，少部分為較好孔隙水；在結(jié)雅河流域內(nèi)地下水類型主要為較好孔隙水；在蒙古高原部分，地下水類型為較差的孔隙水。

圖2 黑龍江(阿穆爾河)流域水文地質(zhì)圖

4.2 區(qū)劃結(jié)果

根據(jù)黑龍江(阿穆爾河)流域地形地貌，氣候水文等因素，在對(duì)流域地跨的中國、俄羅斯、蒙古、朝鮮4國的水文地質(zhì)資料進(jìn)行整理分析的基礎(chǔ)上，對(duì)黑龍江(阿穆爾河)流域水文地質(zhì)進(jìn)行初步分區(qū)，繪制水文地質(zhì)分區(qū)圖，將流域劃分為9個(gè)水文地質(zhì)區(qū)，見圖3。分別是Ⅰ(蒙古高原干旱氣候帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅱ(西北山區(qū)凍層帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅲ(外興安嶺凍層帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅳ(結(jié)雅河平原濕潤氣候帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅴ(布列亞山地濕潤氣候帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅵ(阿姆貢河平原海洋氣候帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅶ(松嫩平原濕潤氣候帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅷ(中下游平原海洋氣候帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅸ(長白山濕潤氣候帶水文地質(zhì)區(qū))。

圖3 黑龍江(阿穆爾河)流域水文地質(zhì)分區(qū)圖

在9個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)流域地下水賦存條件、巖性等特征，結(jié)合流域地下水資源開發(fā)利用和保護(hù)地下水的主要對(duì)策，汲取前人相關(guān)圖件的編制經(jīng)驗(yàn)，對(duì)流域水文地質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步區(qū)劃。對(duì)各地質(zhì)分區(qū)邊界進(jìn)行調(diào)整完善，并將Ⅰ(蒙古高原干旱氣候帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅱ(西北山區(qū)凍層帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅶ(松嫩平原濕潤氣候帶水文地質(zhì)區(qū))、Ⅷ(中下游平原海洋氣候帶水文地質(zhì)區(qū))4個(gè)區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步劃分，最終劃分為12個(gè)水文地質(zhì)區(qū)，見表4。繪制水文地質(zhì)區(qū)劃圖見圖4。

圖4 黑龍江(阿穆爾河)流域水文地質(zhì)區(qū)劃圖

表4 黑龍江(阿穆爾河)流域水文地質(zhì)區(qū)劃表

4.3 跨國界含水層特征

跨國界含水層是指其組成部分位于不同國家的含水層或含水層系統(tǒng)[24]?？鐕绾畬邮菂^(qū)域內(nèi)國家非常珍貴的水資源，是全球地下水資源的重要組成部分，跨國界含水層的管理和研究，對(duì)建設(shè)和諧世界具有重要的意義。在中國國界上的跨國界含水層，主要有中國、俄羅斯國界上的黑龍江(阿穆爾河)流域跨國界含水層，中國、哈薩克斯坦國界上的伊犁河河谷平原和額爾齊斯河河谷，以及中蒙、中朝、中越、中緬國界上跨國界的含水層。其中黑龍江(阿穆爾河)流域跨國界含水層是中國部分面積最大的跨國界含水層。

黑龍江(阿穆爾河)流域內(nèi)共有3處跨國界含水層，分別為額石高原中蒙俄跨界含水層、結(jié)布遜平原中俄跨界含水層、黑龍江中下游中俄跨界含水層，見圖5。全流域范圍內(nèi)的3個(gè)跨國界含水層在平原和高原地區(qū)都是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，關(guān)于它們的研究是流域的熱點(diǎn)之一。

圖5 黑龍江(阿穆爾河)流域跨國界含水層

跨國界含水層的研究主要為兩國水量交換情況及交換方式。在前期的研究工作中，主要針對(duì)黑龍江中下游中俄跨國界含水層的地下水資源以及俄羅斯側(cè)的區(qū)位特征進(jìn)行了分析。基于流域內(nèi)3處跨國界含水層，下一步的研究工作要加強(qiáng)與俄羅斯、蒙古的合作研討，建立合理有效的水情交流機(jī)制，為流域跨國界含水層的進(jìn)一步研究建立基礎(chǔ)。

5 結(jié) 論

基于對(duì)黑龍江(阿穆爾河)流域的研究基礎(chǔ)，梳理流域自然地理特征，水文地質(zhì)條件，對(duì)流域水文地質(zhì)進(jìn)行區(qū)劃分析，并編制流域水文地質(zhì)區(qū)劃圖，主要結(jié)論如下：

1)黑龍江(阿穆爾河)流域不同凍土類型所占的面積：連續(xù)<不連續(xù)<島狀<季節(jié)性凍土。季節(jié)性凍土主要分布在流域的南部范圍內(nèi)，我國境內(nèi)的凍土主要分布在大、小興安嶺。流域內(nèi)地下水類型以裂隙水為主，其次為孔隙水。

2)依據(jù)流域地形地貌，氣候水文等因素，結(jié)合流域地跨的中國、俄羅斯、蒙古、朝鮮4國的水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)，對(duì)流域進(jìn)行初步區(qū)劃，將流域分為9個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)。為流域水文地質(zhì)進(jìn)一步區(qū)劃提供依據(jù)。

3)基于9個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)，依據(jù)流域地下水賦存條件、巖性等特征，將水文地質(zhì)分區(qū)邊界進(jìn)行調(diào)整，并將其中3個(gè)分區(qū)進(jìn)行細(xì)化，最終形成12個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)。對(duì)流域地下水資源的管理、地下水開采、保護(hù)等提供參考。

4)黑龍江(阿穆爾河)流域內(nèi)含有3個(gè)跨國界含水層：額石高原中蒙俄跨界含水層、結(jié)布遜平原中俄跨界含水層、黑龍江中下游中俄跨界含水層?；诳鐕绾畬拥倪M(jìn)一步研究，應(yīng)加強(qiáng)與俄羅斯、蒙古兩國的合作研討，建立合理有效的水情交流機(jī)制。