黑龍江口地區水文地質區劃與分析

張兆廷,文 楷,戴長雷,李善智

(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.衡陽興欣水土保持咨詢有限公司，湖南 衡陽 421400)

1 研究區的選定

黑龍江,俄羅斯稱為阿穆爾河，是亞洲東北部的一條國際界河，起源于蒙古肯特山。由石勒喀河和額爾古納河的交匯并向東穿過中國黑龍江省北部邊界和俄羅斯遠東聯邦地區南部，向東北穿越哈巴羅夫斯克邊疆區，最終流入韃靼海峽。其主流長2824 km，若以海拉爾河(即中國境內，緊鄰中俄交界處)為源頭計算，則總長度約4444 km。黑龍江流域經度范圍是東經110°～140°，北緯45°～55°。黑龍江流域西面為雅布洛諾夫山脈，北面為外興安嶺，東面為錫霍特山，南面為長白山，總面積為185.5×104km2，其中俄羅斯部分為85.7×104km2，占總面積的46.2%。黑龍江(阿穆爾河)流域季風氣候明顯，整個流域降水豐富。黑龍江流域有200多條支流，其中較大的有松花江、烏蘇里江、解亞河、布列亞河等，同時還有興凱湖、貝爾湖、呼倫湖等湖泊，以及黑瞎子島、珍寶島等[1-2]。且流域內地貌豐富，含平原、山地、丘陵、湖泊、濕地等[3]。

黑龍江出海口位于哈巴羅夫斯克邊疆區的尼古拉耶夫斯基縣，故將研究區選定于此，如圖1。其地表水、地下水資源較為豐富[4]。

圖1 研究區位置示意

研究區擁有黑龍江出海口，緊鄰韃靼海峽與鄂霍茨克海，是俄羅斯遠東地區重要港口之一，冰期主要在冬、春兩季，漁業與造船業較為重要。其氣候屬于溫帶季風氣候，距哈巴羅夫斯克邊疆區首府伯力約977 km，距共青城(俄遠東主要城市)約578 km。研究區面積約為17 km2，地形多以丘陵山地為主，而黑龍江出海口段所在地勢較為平坦。在臨近黑龍江出海口段的北部方向有一較小的湖泊，雨季時，降雨徑流多匯集于湖泊內。

2 水文地質區劃與分析

2.1 水文地質

水文地質是一個研究地下水的學科，區域的發展離不開地下水。水文地質包括地下水的分布、形成規律、地下水資源及其合理利用等。同時，地下水分布廣泛，便于當地開發利用；地下水清潔，不易污染，水質總體較好；不占用地表空間；動態相對穩定；受氣候變化影響較小，具有調節和存儲容量大的優點。通過水文地質的區劃與分析對地區的發展有著重要意義。

在研究區中主要有兩個涉及到水文地質條件的因素。第一是地下水因素，包括孔隙水與裂隙水、自流盆地與非自流盆地。其中孔隙水是賦存在土層沉積物中的地下水，裂隙水則是賦存在巖石中的地下水；自流盆地通常包含補給區、承壓區、排泄區。自流盆地的存在會對地表徑流產生影響，地勢對自流盆地也有影響，見圖2。同時也會影響地下水的含鹽量。第二是季節性凍結巖石區與非凍土區[5]。研究區中存在季節性凍土區，由于凍土區地下冰的存在，對地下水、地表水補給具有較大意義。當地下冰融化時，會使河水的流量處于地下冰的消融而增大。在地下冰消融處往往形成泉源和河流的源頭，而后補給湖泊。地表水因地下冰消融，其水量增大，水位上漲，進而引起洪水泛濫，造成災害；特別是當地下冰埋藏于地表下深度不大處，待消融后往往形成各種熱現象，這種現象可能導致建筑物和構筑物破壞、路基塌陷等事故[6]。

圖2 研究區高程

2.2 區劃的原則與方法

區劃需要根據不同的水文地質條件以及相應的分類原則來進行劃分。研究區的水文地質條件主要有孔隙水、裂隙水、季節性凍結巖石等[7-8]。基于某種因素對某一區域進行劃分，可依據降水、地質特征以及水系等諸多因素。

研究的成果以圖件的形式呈現。其中使用GIS類軟件進行繪制，選定比例尺1∶20 000、投影坐標系下的WGS 1984 UTM ZONE 53N坐標系對圖件進行繪制。將所獲取三個單因素的底圖數據導入軟件中，創建要素進行填充可完成圖件。其中為了自流盆地與非自流盆地通過軟件自帶的水文分析功能，對研究區進行河網提取，見圖3。

圖3 研究區河網示意

2.3 研究區基于水文地質因素區劃

相比于僅含單因素的區劃分析，雙因素甚至多因素耦合分析更為復雜和全面，將多個不同的因素進行疊加，如在哈巴羅夫斯克邊疆區地下水分布資料的基礎上加上阿穆爾河流域多年凍土分布資料，再結合黑龍江口地區數字高程模型(DEM，來自地理空間數據云)等相關資料，就能提出更為可靠的區劃方式，如圖4。再如在阿穆爾河流域自流盆地布局資料的基礎上結合黑龍江口區的地質地貌特征、含水層特征等，從而對看不到的地下水以區域為單位進行管理，同樣能有效地達到提出更加精準、科學區劃方案的目的。

圖4 研究區地下水—多年凍土—自流盆地區耦合分區

不同耦合的水文過程在時空尺度上具有匹配關系。首先，從時間上看，地表水一般以時和日為單位記錄徑流或降雨，而地下水流動較為緩慢、時間較長，一般以周、月為單位；其次，從空間上看，地下水與地表水線有時不重合，導致空間分布不統一的問題。地下水的水污染問題同時也是突出問題[9]。

3 區劃結果分析

按照研究區的區劃原則，以水文地質因素為主導因素為劃分依據，即孔隙水與裂隙水、季節性凍結巖石與非凍土區、自流盆地與非自流盆地因素，將這三個因素耦合進行研究。通過凍土區與地下水的耦合分析，找出該地區的季節及空間分布不均程度，制定水資源評價方案，更好地調控水資源。

通過對研究區地下水因素耦合分區圖實現了對研究區的資料的補充。耦合分區圖較為復雜，分區見表1。

在小范圍的研究區中，為了體現自流盆地與非自流盆地的區劃，需要利用GIS軟件進行河網提取以便更好的進行水文分析，但是在提取過程中閾值的設定比較關鍵，如何確定流域的閾值應該進行進一步研究。另外，用GIS類軟件分析DEM柵格數據時，對于坡度較大的山地、丘陵地區河網的提取效果與實際較為吻合，但是在地勢平坦的的地方，提取的結果會與實際有偏差。在以后的研究中，如果研究范圍內主要的地形為平原，應該另換其他軟件分析數據以避免誤差[10]。

表1 三因素耦合分區

4 結 論

通過孔隙水與裂隙水、季節性凍結巖石與非凍土區、自流盆地與非自流盆地三點對研究區三因素耦合分區，共計9個分區。

孔隙水區域其中裂隙水—非多年凍土區—非自流盆地區、裂隙水—季節性凍結巖石—非自流盆地區、裂隙水—非多年凍土區—非自流盆地區在研究區內所占比例較大，裂隙水—季節性凍結巖石—非自流盆地區、裂隙水—非多年凍土區—自流盆地區所占比例較小。三因素耦合分區圖結合研究區河網示意圖可對之后的水文研究提供參考。