大興安嶺北段地區水文地質區劃與分析

吳志剛戴長雷陳 末高 帥

（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）

1 引言

本文所討論的“大興安嶺北段地區”是指由黑龍江省的齊齊哈爾市、黑河市、大興安嶺地區和內蒙古自治區呼倫貝爾市組成的區域。該區域位于我國黑龍江省西北部和內蒙古自治區東北部,地處中蒙俄三國邊界處。研究區處在我國最北端,是高緯度高寒地區,處在中溫帶和寒溫帶,屬于溫帶季風型氣候,多年平均氣溫低。

研究區由兩省自治區的四個地市區組成,面積達44.74萬km2,區域內地形地貌復雜,自然資源豐富,中部隆起的大興安嶺山脈從北至南縱穿整個區域,向西緩慢過渡至呼倫貝爾高平原,向東急劇下降至松嫩平原,形成了整體以山地地貌為主的大興安嶺北段地區地貌特征,山地地貌面積占比達65%,其中占比最大的為大興安嶺山地。

國內水文地質調查自二十世紀五十年代開展以來,已經有著豐富的水文地質調查成果,在黑龍江省和內蒙古自治區也完成了相應的水文地質調查工作。研究區“大興安嶺北段地區”是在兩省（自治區）的四個地市（地區）,兩省（自治區）在水文地質調查當中的工作程度和成果會存在差異,而對于跨省區的研究區而言,需要做好區劃銜接工作,因此需要收集研究區內水文地質相關數據,依據水文地質學理論,按照相應的原則與方法,對該地區水文地質分區展開探討,并對分區結果進行歸類分析。

2 材料與方法

2.1 基礎資料的選擇

水文地質分區在設計時有覆蓋范圍大和信息量多的特點,包括地表水、地下水和行政區劃的基本情況。選定底圖時,需要盡可能大地將各種要素考慮進去,以此基礎上,需對顯示的地理信息規范化、準確化和實用化,和使用的軟件相兼容,利于分區時參考[1]。大興安嶺北段地區水文地質分區涉及到的范圍廣、信息量多,本文以黑龍江省行政分區圖和內蒙古自治區行政分區圖為底圖,結合研究區水文地質條件和地形地貌等條件,將中國水文地質圖編制原則作為參照依據使用相關的制圖軟件進行繪制。

在繪制的過程中,首先需選定分區方法,依據各種分區方法的優劣勢和地區資料掌握程度,選擇空間疊加法,實現對研究區的分區工作。確定以行政分區圖為底圖的基本思路,在此基礎之上,結合地表水流域和自然地貌等條件進行一級分區,并得到相應的圖層；以次一級地貌和水文地質條件為前提的基礎下,主要體現含水層和蓄水構造的地下水賦存類型,并以含水層的巖性和相對富水層度為參照因素,可對研究區進行二級分區,并探究不同地區的含水層成井深度與水文地質條件之間的異同。

2.2 分區方法

水文地質區劃是可以反映地區水文地質條件和特征分布規律的方法[2]。區劃是對地區進行劃分,建立以分區圖為成果的分區方案,針對區劃要素對區域進行合理布局。水文地質區劃要把水文地質特征相同的地方和相異的地方區分開來,不同地區的水文地質條件是存在著差異的,需要以區劃目的為導向,明確區劃方法,將地區劃分成不同的水文地質單元[3]。

水文地質條件的相似性作為區劃的主要原則。在多種自然條件的共同作用下,在不同地貌的區域,水文地質條件明顯不相同；山地和平原,在地貌上差異極大,水文地質條件等存在著明顯的差異,同一大區具有相似性[4-5]。

為達到大興安嶺北段地區的水文地質區劃的目的,首先對研究區地形地貌、水文地質條件和行政區劃等因素進行分區,得到相應的圖層,依據空間疊加方法,將得到的各個圖層進行疊加處理,可得到多個因素的分區圖件,并可對研究區內不同地區水文地質條件差異與成井深度之間的關系進行探究和總結。

首先,根據研究區內整體地形地貌、地質構造及地表水流域的特點作一級劃分,將該類型地區劃做5個一級類型地區。在此基礎上,以次一級地形地貌、地下水類型、富水性作二級分區,體現含水層結構和蓄水結構的不同,進一步劃分為20個二級類型區。

3 結果與分析

3.1 山原分區

大興安嶺北段地區地貌特征明顯,區內主要地貌為山區和平原區,山地區和平原區地貌差異大,地表徑流匯集和地下水補徑排條件與地形地貌關聯度較高,依據相似性與獨立性、完整性和獨立性原則,在山區和平原區,地表徑流匯集區大致邊界與山原邊界線重合；其他自然條件和水文地質條件在空間上也存在著明顯的差異,在同一區域內,水文地質條件等因素是相似的[6-8]。

依據地形地貌和地表水流域對研究區實現山丘區和平原區的劃分,研究區地形地貌特征通過下載研究區的DEM（數字高程模型）數據,將其在GIS平臺做出相應的數據處理,可以依據高程變化將研究區的地貌作初步分區；將研究區的DEM數據導入到GIS平臺后,使用水文分析工具中的流向功能,可得每個像元到其最陡下坡相鄰點的流向柵格；在得到流向柵格圖后,使用GIS平臺水文分析工具的地表水分水嶺功能,得到研究區的地表水一級分區,結合地下水和地質構造則得到一級水文地質分區。

圖3 研究區山原分區圖

從分區結果上來看,地形形貌和地質構造為主導因素的分區圖和地表水分水嶺分區圖在大體上,邊界范圍基本一致,證明在該研究區內地表水和地下水邊界線基本保持一致,在補徑排條件下也保持較大的聯系,也在一定程度上說明分區結果的可靠性。在整體上,是將研究區分成了山丘區和平原區兩種類型區,其中山丘區面積占總面積的65%,平原區面積占總面積的35%,平原區又分為一般平原區和高平原區,其中高平原區占總面積的17%；從面積占比上來看,山丘區面積占比最高,接近于平原區面積的兩倍,單一面積最大的水文地質單元是大興安嶺山地水文地質區。

表1 大興安嶺北段地區一級水文地質分區

3.2 綜合分區與成果分析

對地區水文地質條件按照水文地質區劃原則與方法進行劃分,首先按照地形地貌特征等條件進行一級分區,分為5個一級類型區；然后按照地下水類型、富水性等水文地質特征進行二級分區,分為20個二級類型區。

研究區從整體上分為山丘區和平原區,山地地貌為主,占總面積的65%,其中面積占比最大的單一水文地質區是大興安嶺山地水文地質區,占比高達60%,最小的是遜河平原水文地質區,僅占比2.4%；山丘區地下水量分布不均衡,在本文中并未做富水性等級和成井深度方面的描述,在平原區和高原區部分,對含水層各類特性指標進行表述和分析,在河谷平原區,地下水埋深較潛,含水層巖性多以砂礫石為主,為地下水的賦存提供良好的地質條件；富水性較好的區域在河谷平遠處,成井深度也以淺井為主,在富水性一般的坡地和山前臺地,一般適合中深井相結合的方式；富水性豐富的二級區僅有一個嫩江河谷平原區,富水性一般的二級區有3 個,豐富的有3 個,平原區其余的為貧乏、中等區8 個,1 個不均衡區是五大連池玄武巖層區。

圖4 大興安嶺北段地區水文地質分區

表2 大興安嶺北段地區水文地質分區

續表2

4 結論

（1）依據研究區地形地貌、構造單元和地表水流系,將研究區做一級分區,分為平原區和山丘區兩種類型區,其中平原區有一般平原區和高原區；分成松嫩平原水文地質區、呼倫貝爾高原水文地質區、遜河平原水文地質區、大興安嶺山地水文地質區和小興安嶺水文地質區,共計5 個一級類型區；山丘區依據次一級地貌和蓄水構造單元進行二級分區,平原區依據次一級地貌和含水層類型和分布進行二級分區,研究區共計劃分為20 個二級類型區。

（2）從富水性等級上看,平原區富水性要好于山丘區,其中,極豐富區1 個,豐富區3 個,中等區4 個,一般區3 個,貧乏區4 個；平原區富水性等級為極豐富的面積占比為2%,平原區富水性中等的面積占比達12.1%；成井深度和地區的含水層富水性和地下水埋深有關,在河谷平原地區,水量豐富,一般以淺井為主,坡地和山前臺地區以中深井相結合的方式。

（3）在山丘區地下水類型主要以基巖裂隙水為主,水量分布及其不均衡,在山間河谷地帶水量相對較大,靠近坡頂地區,水量相對較小；平原區和高原區地下水類型主要以松散巖類孔隙水為主,總體上富水性較好,在河谷漫灘地帶,富水性好,單井涌水量大,適宜淺井。