黑龙江省和萨哈共和国地下水赋存特征分析研究戴

长雷，于 淼，张晓红

(1.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080； 3.黑龙江大学 中俄寒区水文和水利工程联合实验室，黑龙江 哈尔滨 150080； 4.东北联邦大学 东方学院，雅库茨克 俄罗斯 677000)

黑龙江省是中国纬度最高的寒区，萨哈共和国是俄罗斯西伯利亚东北部最典型的寒区。两地关于地下水赋存特征的相关研究各有特点，但又有一些相同之处。在分析中俄相关资料的基础上，对两者的赋存特征进行对比分析，以期为相关的研究提供参考和借鉴。

1 相关研究平台

研究机构是研究地下水赋存特征不可或缺的平台之一，通过对两地典型研究机构的级别和研究内容进行对比分析，可更加便捷地了解两地的研究水平。

俄罗斯萨哈(雅库特)共和国境内的俄罗斯科学院西伯利亚分院麦尔尼科夫冻土研究所(该研究所在中国通常被称为“西伯利亚冻土所”)成立于1960年，具有近60 a的冻土水文研究历史，拥有完备的实验基础，是世界一流的寒区地下水科研机构。该所致力于对自然和人为因素有关的冻土水文方面的研究。以冻土所为中心，带动了整个西伯利亚乃至全俄罗斯的冻土水文研究，为世界寒区地下水及其相关领域的理论、实践研究做出了重要的贡献[1]。另外俄罗斯东北联邦大学自然科学研究所对永久冻土生态系统也有着相关研究。

黑龙江大学寒区地下水研究所成立于2007年，是中国高校中目前唯一一所专门从事寒区地下水研究的科研团体。该所长期致力于黑龙江中下游中俄跨国界含水层地下水资源分析与评价工作和融雪过程中冻土层水盐入渗特征试验、积雪和冻土保墒监测试验、溢流积冰的地下水补给通道物探勘测等试验性监测工作[2-4]。借鉴了加拿大先进的寒区地下水研究经验[5]；与美国阿拉斯加大学安克雷奇分校开展了寒区地下水相关合作[6-9]；成功发起了“龙江地下水学术研讨会”，对黑龙江省地下水的现状与问题进行了深入探究。另外，省内的东北农业大学、哈尔滨工业大学、黑龙江省水文局、黑龙江省水利科学研究院等单位对黑龙江寒区地下水领域的研究也做出了相应的智力支持。

综上所述，从级别来讲，西伯利亚冻土所是国家级的研究机构，拥有深厚的研究背景，而寒区地下水研究所是校级科研团体，二者相差甚远。但从研究内容而言，两所研究机构均对地下水赋存特征进行较为深入的研究，且均为专门研究寒区地下水的研究机构。

2 相关成果

2.1 文献的选择

科研成果主要以文献的形式体现，其作用是通过相互交流使得信息快速流通，从而促进该领域的发展。文献涵盖专著、期刊和报纸等，其中，专著更能体现研究人员对该领域长时间研究的成果[10-11]。通过同行资料交换，黑龙江大学中俄寒区水文和水利工程联合实验室资料交换和搜索引擎搜索等方法，搜集整理两地地下水研究的专著，专著类文献列于表1[12-21]。

表1 黑龙江省和萨哈共和国地下水相关专著

随着全球对寒区水科学问题关注的提高，从2000年开始，两地专著类文献数量明显增多。本文共选用专著类文献10部，黑龙江省和萨哈共和国地下水相关专著各5部。归纳整理各专著主题词，具体比例如图1所示。

图1 地下水相关专著主题词饼状图

2.2 典型专著的对比分析

地下水赋存特征的研究需要相关专著类文献的理论支撑。根据主题词出现的频率，分别选取萨哈共和国和黑龙江省地下水相关专著中主题词出现频率最高的《寒区冻结层上水》和《黑龙江省水文地质志》进行对比分析。

萨哈(雅库特)共和国科学院院士、俄罗斯工程院通信院士维克多·瓦西里耶维奇·舍佩廖夫是著名的冻土水文学家。由他所著的《寒区冻结层上水》深化了现有的关于冻结层上水形成、分布、排泄和水体动态方面的研究，对地球冰冻岩石圈及其水交换作用重新定义，阐明了在自然水圈一体化和相态变化的条件下自然水循环的方式及多年冻土分布区的包气带及其地理生态作用，提出了判断全球气候变化与冻土区城市抗冻的方法，且对冰泉及其水文地质作用进行了详实的研究。

黑龙江地质矿产局第一水文地质工程地质勘察院韩振新所著的《黑龙江省水文地质志》系统地总结了黑龙江省近40 a的水文地质成果，全面叙述了黑龙江省水文地质工作的开始、发展与开拓前进的历史过程；系统论述了地下水形成的自然背景条件、赋存条件与分布规律；采用系统论的观点，针对黑龙江省进行了地下水资源评价；全面论述黑龙江省主要城市地下水资源与环境及主要环境水文地质问题、矿息水与地热资源，并结合地下水开发利用现状对地下水进行了区划。

综上所述，就研究方向而言，维克多·瓦西里耶维奇·舍佩廖夫更多地从事寒区冻结层上水方面的理论研究，就研究方向而言，《寒区冻结层上水》偏向于寒区地下水的理论研究，而《黑龙江省水文地质志》对区域地下水特别是黑龙江省的研究更为深入。就研究内容来讲，两部著作均包含对地下水赋存特征的研究。

3 地下水赋存背景对比分析

3.1 区位与地形地貌对比分析

地理位置对于地下水赋存的影响十分重要。黑龙江省是中国位置最北、纬度最高的省份。黑龙江省面积为45.48×104km2，占全国面积4.7%，是中国第6大省。萨哈共和国位于俄罗斯西伯利亚的东北部，面积为310.32×104km2，占俄罗斯总面积的18.12%[22-23]。

总体来看，黑龙江省与萨哈共和国仅相隔阿穆尔州，但萨哈共和国纬度更高，面积更大，拥有更广袤的寒区环境，但人口相对稀少。通过搜集大量相关图件，绘制出黑龙江省和萨哈共和国区位图，两地具体区位如图2所示(图略，有需要请联系作者)。

地形地貌会影响河流走向，进而影响地下水赋存，通过对两地地形地貌的对比分析，有利于分析两地地下水赋存特征。

黑龙江省地势大致是西北部、北部和东南部高，东北部、西南部低。省内有6座主要山脉，分别是大兴安岭、小兴安岭、伊勒呼里山、老爷岭、完达山和张广才岭，省内的最高点位于海拔1690 m的大秃顶子山[24]。东北部的三江平原、西部的松嫩平原，是中国面积最大的平原——东北平原的一部分，平原占全省总面积的37.0%，平均海拔为50～200 m，2条主要河流分别是黑龙江(包括嫩江、松花江干流、黑龙江干流和乌苏里江)与绥芬河[25]。

萨哈共和国大部分的地区被山脉和台原占居，这两者占有全境2/3的面积，剩余1/3则是海拔小于200 m低地。境内有两座主要山脉，分别为上扬斯克山脉和切尔斯基山脉，最高点位于海拔3147 m的胜利山[26-29]。雅库特地区可划分为两大地质构造部分，即西部的西伯利亚平原和东部上扬斯克——楚克奇褶皱山地。境内主要河流有勒拿河、维柳伊河、奥列尼奥克河、阿尔丹河、科雷马河。其中勒拿河流域面积249×104km2，水能丰富，长度与流域面积在俄罗斯河流中仅次于叶尼塞河与鄂毕河而居第3位，流量居第2位，为世界著名大河[30-33]。

总体来看，山脉均为两地重要的组成部分，其中萨哈共和国胜利山的最高点海拔要高于黑龙江省的大秃顶子山，另外台地和平原也是两地不可或缺的一部分。举世闻名的大河两地各占一条，分别是黑龙江(阿穆尔河)和勒拿河。从流域面积上来讲，黑龙江(阿穆尔河)要小于勒拿河；从长度上来讲，两条河流相差不多。

3.2 气候特征对比分析

气候特征会影响蒸发量和降水量，进而影响地下水赋存。主要从气候、温度和降水量3方面对两地气候特征进行对比分析。

黑龙江省位于欧亚大陆东部、太平洋西岸、中国最东北部，气候为温带大陆性季风气候。全省年平均气温多在-5～5℃之间，全省年降水量多介于 400～650 mm之间，中部山区多，东部次之，西、北部少。降水资源比较稳定，尤其夏季变率小，一般为 21%～35%[34]。

雅库特地处俄罗斯东北部高纬度地区，气候属于典型的大陆性气候，冬季漫长，夏季短暂。全年夏季最高温与冬季最低温温差较大，可达到100 ℃。大气降水少，气候干燥。萨哈共和国各部分降水量变化较大，东北部降水最少(155～170 mm)，降水最多的是在上扬斯克、科雷马，和萨哈共和国南部地区(400～500 mm)。全境年内降水变化较大，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]。

总体来看，从气候的角度来讲，两地均属大陆性气候，全年夏季最高温与冬季最低温温差较大；从温度的角度来讲，萨哈共和国的平均温度较黑龙江省更低；从降水量的角度来讲，黑龙江省年降水量要高于萨哈共和国，且萨哈共和国年降水的稳定程度不及黑龙江省。

4 地下水区划与分析

地下水区划是对一个地区地下水赋存特征的高度概括性总结。所以，地下水区划能够综合地反映出研究区域的区域地下水与周围介质相互作用下的形成规律和分布规律[36]。地下水分区图不仅能揭示出水文地质科学领域内各种具有科学意义和应用价值的水文地质规律，同时还能揭示地下水与地质、地貌、构造、水文，以及气候等各种自然因素的关系。采用地下水区划的概念编制地下水分区图，是目前公认的可较好反映出该地区地下水赋存特征的手段[37-38]。

进行地下水分区图的编制时，首先应根据地形地貌条件、水文地质资料及有关的基本图件，对地下水的补给、运动和排泄特征进行分析。地下水区划设计时需要的信息量大，设计的范围也广，一般包括地表水分区、地下水资源、行政区划的基本情况。在选取底图的时候，所包含的要素应尽量的全面、详细，在此基础上所显示的地理信息必须准确、精度合适规范、现实性强，同时要有相应的软件与之兼容，便于设计时参考和使用[39]。

黑龙江省和萨哈共和国的地域广、信息复杂，以亚洲水文地质图、两地行政区划图和两地地表水分区图等已有资料为基础底图资料，并参考《中国水文地质分区图》的编制原则，由于资料的局限性，两者根据不同的区划标准进行分析，黑龙江省地下水分区图根据地下水所处的区域进行划分，而萨哈共和国地下水分区图则按照地下水类型(孔隙水、岩溶水、裂隙水和裂隙孔隙水)进行划分。依托于相关制图软件，按照地下水条件、地表水条件和行政区划分别进行单因素分区，然后再综合各因素进行耦合分区，得到两地地下水分区图，如图3、图4所示(图略，有需要请联系作者)。

其中，黑龙江省地下水分区示意图编号含义如表2所示。萨哈共和国地下水分区示意图编号含义如表3所示。

表2 黑龙江省地下水区划编号含义

表3 萨哈共和国地下水区划编号含义

续表3

通过地下水、地表水和行政三因素进行耦合得到分区图，在研究地下水赋存特征时可同时兼顾地表水和地下水，又可更为直观的表示出对应行政单位开发利用地下水资源和地表水资源的相关方式。

5 小结与展望

综上所述，就科研机构而言，中国黑龙江省寒区地下水方面的研究机构数量较多，但相对分散且级别不高。就科研成果而言，中国寒区地下水相关领域的专著数量较多，类型较全面，但多数偏向于区域性研究，理论研究较少，且不够系统。在此基础上，从地理位置与人口、地形地貌和气候特征3方面详细剖析并对比分析了两地地下水赋存背景。两地仅相隔阿穆尔州，但萨哈共和国纬度更高，面积更大，拥有更广袤的寒区环境。两地山脉数量众多，且水系发达，均属大陆性气候，全年夏季最高温与冬季最低温温差较大，且整体温度较低。总体而言，通过对两地区位、地形地貌、气候特征等因素进行对比分析，可有利加强对两地地下水赋存特征的研究。当前阶段，可在综合两地寒区地下水的相关研究资料的基础上，开展地下水赋存区划的研究。从黑龙江省的角度来看，根据地下水的赋存区域可大致分为10个区。从萨哈共和国角度来看，根据地下水类型大致可分为4个区。

为推动两地地下水赋存特征相关研究，可以开展地下水领域的相关交流与合作。派出了黑龙江大学水利电力学院代表团到位于俄罗斯萨哈(雅库特)共和国首府雅库茨克市的俄罗斯科学院西伯利亚分院麦尔尼科夫冻土研究所进行了“中俄寒区水利工程联合实验室及人才培养”项目和“极地冻土水文气象监测人才培训”项目，建立中俄寒区水文和水利工程联合实验室，并且预备开展亚欧大陆北部冻结层上水类型与赋存规律的相关研究。另外，也可到美国阿拉斯加和加拿大等地开展更广阔的寒区水文地理研究。