黑龍江省和薩哈共和國地下水賦存特征分析研究戴

長雷，于 淼，張曉紅

(1.黑龍江大學 寒區地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080； 3.黑龍江大學 中俄寒區水文和水利工程聯合實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080； 4.東北聯邦大學 東方學院，雅庫茨克 俄羅斯 677000)

黑龍江省是中國緯度最高的寒區，薩哈共和國是俄羅斯西伯利亞東北部最典型的寒區。兩地關于地下水賦存特征的相關研究各有特點，但又有一些相同之處。在分析中俄相關資料的基礎上，對兩者的賦存特征進行對比分析，以期為相關的研究提供參考和借鑒。

1 相關研究平臺

研究機構是研究地下水賦存特征不可或缺的平臺之一，通過對兩地典型研究機構的級別和研究內容進行對比分析，可更加便捷地了解兩地的研究水平。

俄羅斯薩哈(雅庫特)共和國境內的俄羅斯科學院西伯利亞分院麥爾尼科夫凍土研究所(該研究所在中國通常被稱為“西伯利亞凍土所”)成立于1960年，具有近60 a的凍土水文研究歷史，擁有完備的實驗基礎，是世界一流的寒區地下水科研機構。該所致力于對自然和人為因素有關的凍土水文方面的研究。以凍土所為中心，帶動了整個西伯利亞乃至全俄羅斯的凍土水文研究，為世界寒區地下水及其相關領域的理論、實踐研究做出了重要的貢獻[1]。另外俄羅斯東北聯邦大學自然科學研究所對永久凍土生態系統也有著相關研究。

黑龍江大學寒區地下水研究所成立于2007年，是中國高校中目前唯一一所專門從事寒區地下水研究的科研團體。該所長期致力于黑龍江中下游中俄跨國界含水層地下水資源分析與評價工作和融雪過程中凍土層水鹽入滲特征試驗、積雪和凍土保墑監測試驗、溢流積冰的地下水補給通道物探勘測等試驗性監測工作[2-4]。借鑒了加拿大先進的寒區地下水研究經驗[5]；與美國阿拉斯加大學安克雷奇分校開展了寒區地下水相關合作[6-9]；成功發起了“龍江地下水學術研討會”，對黑龍江省地下水的現狀與問題進行了深入探究。另外，省內的東北農業大學、哈爾濱工業大學、黑龍江省水文局、黑龍江省水利科學研究院等單位對黑龍江寒區地下水領域的研究也做出了相應的智力支持。

綜上所述，從級別來講，西伯利亞凍土所是國家級的研究機構，擁有深厚的研究背景，而寒區地下水研究所是校級科研團體，二者相差甚遠。但從研究內容而言，兩所研究機構均對地下水賦存特征進行較為深入的研究，且均為專門研究寒區地下水的研究機構。

2 相關成果

2.1 文獻的選擇

科研成果主要以文獻的形式體現，其作用是通過相互交流使得信息快速流通，從而促進該領域的發展。文獻涵蓋專著、期刊和報紙等，其中，專著更能體現研究人員對該領域長時間研究的成果[10-11]。通過同行資料交換，黑龍江大學中俄寒區水文和水利工程聯合實驗室資料交換和搜索引擎搜索等方法，搜集整理兩地地下水研究的專著，專著類文獻列于表1[12-21]。

表1 黑龍江省和薩哈共和國地下水相關專著

隨著全球對寒區水科學問題關注的提高，從2000年開始，兩地專著類文獻數量明顯增多。本文共選用專著類文獻10部，黑龍江省和薩哈共和國地下水相關專著各5部。歸納整理各專著主題詞，具體比例如圖1所示。

圖1 地下水相關專著主題詞餅狀圖

2.2 典型專著的對比分析

地下水賦存特征的研究需要相關專著類文獻的理論支撐。根據主題詞出現的頻率，分別選取薩哈共和國和黑龍江省地下水相關專著中主題詞出現頻率最高的《寒區凍結層上水》和《黑龍江省水文地質志》進行對比分析。

薩哈(雅庫特)共和國科學院院士、俄羅斯工程院通信院士維克多·瓦西里耶維奇·舍佩廖夫是著名的凍土水文學家。由他所著的《寒區凍結層上水》深化了現有的關于凍結層上水形成、分布、排泄和水體動態方面的研究，對地球冰凍巖石圈及其水交換作用重新定義，闡明了在自然水圈一體化和相態變化的條件下自然水循環的方式及多年凍土分布區的包氣帶及其地理生態作用，提出了判斷全球氣候變化與凍土區城市抗凍的方法，且對冰泉及其水文地質作用進行了詳實的研究。

黑龍江地質礦產局第一水文地質工程地質勘察院韓振新所著的《黑龍江省水文地質志》系統地總結了黑龍江省近40 a的水文地質成果，全面敘述了黑龍江省水文地質工作的開始、發展與開拓前進的歷史過程；系統論述了地下水形成的自然背景條件、賦存條件與分布規律；采用系統論的觀點，針對黑龍江省進行了地下水資源評價；全面論述黑龍江省主要城市地下水資源與環境及主要環境水文地質問題、礦息水與地熱資源，并結合地下水開發利用現狀對地下水進行了區劃。

綜上所述，就研究方向而言，維克多·瓦西里耶維奇·舍佩廖夫更多地從事寒區凍結層上水方面的理論研究，就研究方向而言，《寒區凍結層上水》偏向于寒區地下水的理論研究，而《黑龍江省水文地質志》對區域地下水特別是黑龍江省的研究更為深入。就研究內容來講，兩部著作均包含對地下水賦存特征的研究。

3 地下水賦存背景對比分析

3.1 區位與地形地貌對比分析

地理位置對于地下水賦存的影響十分重要。黑龍江省是中國位置最北、緯度最高的省份。黑龍江省面積為45.48×104km2，占全國面積4.7%，是中國第6大省。薩哈共和國位于俄羅斯西伯利亞的東北部，面積為310.32×104km2，占俄羅斯總面積的18.12%[22-23]。

總體來看，黑龍江省與薩哈共和國僅相隔阿穆爾州，但薩哈共和國緯度更高，面積更大，擁有更廣袤的寒區環境，但人口相對稀少。通過搜集大量相關圖件，繪制出黑龍江省和薩哈共和國區位圖，兩地具體區位如圖2所示(圖略，有需要請聯系作者)。

地形地貌會影響河流走向，進而影響地下水賦存，通過對兩地地形地貌的對比分析，有利于分析兩地地下水賦存特征。

黑龍江省地勢大致是西北部、北部和東南部高，東北部、西南部低。省內有6座主要山脈，分別是大興安嶺、小興安嶺、伊勒呼里山、老爺嶺、完達山和張廣才嶺，省內的最高點位于海拔1690 m的大禿頂子山[24]。東北部的三江平原、西部的松嫩平原，是中國面積最大的平原——東北平原的一部分，平原占全省總面積的37.0%，平均海拔為50～200 m，2條主要河流分別是黑龍江(包括嫩江、松花江干流、黑龍江干流和烏蘇里江)與綏芬河[25]。

薩哈共和國大部分的地區被山脈和臺原占居，這兩者占有全境2/3的面積，剩余1/3則是海拔小于200 m低地。境內有兩座主要山脈，分別為上揚斯克山脈和切爾斯基山脈，最高點位于海拔3147 m的勝利山[26-29]。雅庫特地區可劃分為兩大地質構造部分，即西部的西伯利亞平原和東部上揚斯克——楚克奇褶皺山地。境內主要河流有勒拿河、維柳伊河、奧列尼奧克河、阿爾丹河、科雷馬河。其中勒拿河流域面積249×104km2，水能豐富，長度與流域面積在俄羅斯河流中僅次于葉尼塞河與鄂畢河而居第3位，流量居第2位，為世界著名大河[30-33]。

總體來看，山脈均為兩地重要的組成部分，其中薩哈共和國勝利山的最高點海拔要高于黑龍江省的大禿頂子山，另外臺地和平原也是兩地不可或缺的一部分。舉世聞名的大河兩地各占一條，分別是黑龍江(阿穆爾河)和勒拿河。從流域面積上來講，黑龍江(阿穆爾河)要小于勒拿河；從長度上來講，兩條河流相差不多。

3.2 氣候特征對比分析

氣候特征會影響蒸發量和降水量，進而影響地下水賦存。主要從氣候、溫度和降水量3方面對兩地氣候特征進行對比分析。

黑龍江省位于歐亞大陸東部、太平洋西岸、中國最東北部，氣候為溫帶大陸性季風氣候。全省年平均氣溫多在-5～5℃之間，全省年降水量多介于 400～650 mm之間，中部山區多，東部次之，西、北部少。降水資源比較穩定，尤其夏季變率小，一般為 21%～35%[34]。

雅庫特地處俄羅斯東北部高緯度地區，氣候屬于典型的大陸性氣候，冬季漫長，夏季短暫。全年夏季最高溫與冬季最低溫溫差較大，可達到100 ℃。大氣降水少，氣候干燥。薩哈共和國各部分降水量變化較大，東北部降水最少(155～170 mm)，降水最多的是在上揚斯克、科雷馬，和薩哈共和國南部地區(400～500 mm)。全境年內降水變化較大，10月到次年4月降水量最小，5—9月降水量最大，占全年降水量的75～80%[35]。

總體來看，從氣候的角度來講，兩地均屬大陸性氣候，全年夏季最高溫與冬季最低溫溫差較大；從溫度的角度來講，薩哈共和國的平均溫度較黑龍江省更低；從降水量的角度來講，黑龍江省年降水量要高于薩哈共和國，且薩哈共和國年降水的穩定程度不及黑龍江省。

4 地下水區劃與分析

地下水區劃是對一個地區地下水賦存特征的高度概括性總結。所以，地下水區劃能夠綜合地反映出研究區域的區域地下水與周圍介質相互作用下的形成規律和分布規律[36]。地下水分區圖不僅能揭示出水文地質科學領域內各種具有科學意義和應用價值的水文地質規律，同時還能揭示地下水與地質、地貌、構造、水文，以及氣候等各種自然因素的關系。采用地下水區劃的概念編制地下水分區圖，是目前公認的可較好反映出該地區地下水賦存特征的手段[37-38]。

進行地下水分區圖的編制時，首先應根據地形地貌條件、水文地質資料及有關的基本圖件，對地下水的補給、運動和排泄特征進行分析。地下水區劃設計時需要的信息量大，設計的范圍也廣，一般包括地表水分區、地下水資源、行政區劃的基本情況。在選取底圖的時候，所包含的要素應盡量的全面、詳細，在此基礎上所顯示的地理信息必須準確、精度合適規范、現實性強，同時要有相應的軟件與之兼容，便于設計時參考和使用[39]。

黑龍江省和薩哈共和國的地域廣、信息復雜，以亞洲水文地質圖、兩地行政區劃圖和兩地地表水分區圖等已有資料為基礎底圖資料，并參考《中國水文地質分區圖》的編制原則，由于資料的局限性，兩者根據不同的區劃標準進行分析，黑龍江省地下水分區圖根據地下水所處的區域進行劃分，而薩哈共和國地下水分區圖則按照地下水類型(孔隙水、巖溶水、裂隙水和裂隙孔隙水)進行劃分。依托于相關制圖軟件，按照地下水條件、地表水條件和行政區劃分別進行單因素分區，然后再綜合各因素進行耦合分區，得到兩地地下水分區圖，如圖3、圖4所示(圖略，有需要請聯系作者)。

其中，黑龍江省地下水分區示意圖編號含義如表2所示。薩哈共和國地下水分區示意圖編號含義如表3所示。

表2 黑龍江省地下水區劃編號含義

表3 薩哈共和國地下水區劃編號含義

續表3

通過地下水、地表水和行政三因素進行耦合得到分區圖，在研究地下水賦存特征時可同時兼顧地表水和地下水，又可更為直觀的表示出對應行政單位開發利用地下水資源和地表水資源的相關方式。

5 小結與展望

綜上所述，就科研機構而言，中國黑龍江省寒區地下水方面的研究機構數量較多，但相對分散且級別不高。就科研成果而言，中國寒區地下水相關領域的專著數量較多，類型較全面，但多數偏向于區域性研究，理論研究較少，且不夠系統。在此基礎上，從地理位置與人口、地形地貌和氣候特征3方面詳細剖析并對比分析了兩地地下水賦存背景。兩地僅相隔阿穆爾州，但薩哈共和國緯度更高，面積更大，擁有更廣袤的寒區環境。兩地山脈數量眾多，且水系發達，均屬大陸性氣候，全年夏季最高溫與冬季最低溫溫差較大，且整體溫度較低?？傮w而言，通過對兩地區位、地形地貌、氣候特征等因素進行對比分析，可有利加強對兩地地下水賦存特征的研究。當前階段，可在綜合兩地寒區地下水的相關研究資料的基礎上，開展地下水賦存區劃的研究。從黑龍江省的角度來看，根據地下水的賦存區域可大致分為10個區。從薩哈共和國角度來看，根據地下水類型大致可分為4個區。

為推動兩地地下水賦存特征相關研究，可以開展地下水領域的相關交流與合作。派出了黑龍江大學水利電力學院代表團到位于俄羅斯薩哈(雅庫特)共和國首府雅庫茨克市的俄羅斯科學院西伯利亞分院麥爾尼科夫凍土研究所進行了“中俄寒區水利工程聯合實驗室及人才培養”項目和“極地凍土水文氣象監測人才培訓”項目，建立中俄寒區水文和水利工程聯合實驗室，并且預備開展亞歐大陸北部凍結層上水類型與賦存規律的相關研究。另外，也可到美國阿拉斯加和加拿大等地開展更廣闊的寒區水文地理研究。