大兴安岭北段地区水文地质区划与分析

吴志刚戴长雷陈 末高 帅

（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）

1 引言

本文所讨论的“大兴安岭北段地区”是指由黑龙江省的齐齐哈尔市、黑河市、大兴安岭地区和内蒙古自治区呼伦贝尔市组成的区域。该区域位于我国黑龙江省西北部和内蒙古自治区东北部,地处中蒙俄三国边界处。研究区处在我国最北端,是高纬度高寒地区,处在中温带和寒温带,属于温带季风型气候,多年平均气温低。

研究区由两省自治区的四个地市区组成,面积达44.74万km2,区域内地形地貌复杂,自然资源丰富,中部隆起的大兴安岭山脉从北至南纵穿整个区域,向西缓慢过渡至呼伦贝尔高平原,向东急剧下降至松嫩平原,形成了整体以山地地貌为主的大兴安岭北段地区地貌特征,山地地貌面积占比达65%,其中占比最大的为大兴安岭山地。

国内水文地质调查自二十世纪五十年代开展以来,已经有着丰富的水文地质调查成果,在黑龙江省和内蒙古自治区也完成了相应的水文地质调查工作。研究区“大兴安岭北段地区”是在两省（自治区）的四个地市（地区）,两省（自治区）在水文地质调查当中的工作程度和成果会存在差异,而对于跨省区的研究区而言,需要做好区划衔接工作,因此需要收集研究区内水文地质相关数据,依据水文地质学理论,按照相应的原则与方法,对该地区水文地质分区展开探讨,并对分区结果进行归类分析。

2 材料与方法

2.1 基础资料的选择

水文地质分区在设计时有覆盖范围大和信息量多的特点,包括地表水、地下水和行政区划的基本情况。选定底图时,需要尽可能大地将各种要素考虑进去,以此基础上,需对显示的地理信息规范化、准确化和实用化,和使用的软件相兼容,利于分区时参考[1]。大兴安岭北段地区水文地质分区涉及到的范围广、信息量多,本文以黑龙江省行政分区图和内蒙古自治区行政分区图为底图,结合研究区水文地质条件和地形地貌等条件,将中国水文地质图编制原则作为参照依据使用相关的制图软件进行绘制。

在绘制的过程中,首先需选定分区方法,依据各种分区方法的优劣势和地区资料掌握程度,选择空间叠加法,实现对研究区的分区工作。确定以行政分区图为底图的基本思路,在此基础之上,结合地表水流域和自然地貌等条件进行一级分区,并得到相应的图层；以次一级地貌和水文地质条件为前提的基础下,主要体现含水层和蓄水构造的地下水赋存类型,并以含水层的岩性和相对富水层度为参照因素,可对研究区进行二级分区,并探究不同地区的含水层成井深度与水文地质条件之间的异同。

2.2 分区方法

水文地质区划是可以反映地区水文地质条件和特征分布规律的方法[2]。区划是对地区进行划分,建立以分区图为成果的分区方案,针对区划要素对区域进行合理布局。水文地质区划要把水文地质特征相同的地方和相异的地方区分开来,不同地区的水文地质条件是存在着差异的,需要以区划目的为导向,明确区划方法,将地区划分成不同的水文地质单元[3]。

水文地质条件的相似性作为区划的主要原则。在多种自然条件的共同作用下,在不同地貌的区域,水文地质条件明显不相同；山地和平原,在地貌上差异极大,水文地质条件等存在着明显的差异,同一大区具有相似性[4-5]。

为达到大兴安岭北段地区的水文地质区划的目的,首先对研究区地形地貌、水文地质条件和行政区划等因素进行分区,得到相应的图层,依据空间叠加方法,将得到的各个图层进行叠加处理,可得到多个因素的分区图件,并可对研究区内不同地区水文地质条件差异与成井深度之间的关系进行探究和总结。

首先,根据研究区内整体地形地貌、地质构造及地表水流域的特点作一级划分,将该类型地区划做5个一级类型地区。在此基础上,以次一级地形地貌、地下水类型、富水性作二级分区,体现含水层结构和蓄水结构的不同,进一步划分为20个二级类型区。

3 结果与分析

3.1 山原分区

大兴安岭北段地区地貌特征明显,区内主要地貌为山区和平原区,山地区和平原区地貌差异大,地表径流汇集和地下水补径排条件与地形地貌关联度较高,依据相似性与独立性、完整性和独立性原则,在山区和平原区,地表径流汇集区大致边界与山原边界线重合；其他自然条件和水文地质条件在空间上也存在着明显的差异,在同一区域内,水文地质条件等因素是相似的[6-8]。

依据地形地貌和地表水流域对研究区实现山丘区和平原区的划分,研究区地形地貌特征通过下载研究区的DEM（数字高程模型）数据,将其在GIS平台做出相应的数据处理,可以依据高程变化将研究区的地貌作初步分区；将研究区的DEM数据导入到GIS平台后,使用水文分析工具中的流向功能,可得每个像元到其最陡下坡相邻点的流向栅格；在得到流向栅格图后,使用GIS平台水文分析工具的地表水分水岭功能,得到研究区的地表水一级分区,结合地下水和地质构造则得到一级水文地质分区。

图3 研究区山原分区图

从分区结果上来看,地形形貌和地质构造为主导因素的分区图和地表水分水岭分区图在大体上,边界范围基本一致,证明在该研究区内地表水和地下水边界线基本保持一致,在补径排条件下也保持较大的联系,也在一定程度上说明分区结果的可靠性。在整体上,是将研究区分成了山丘区和平原区两种类型区,其中山丘区面积占总面积的65%,平原区面积占总面积的35%,平原区又分为一般平原区和高平原区,其中高平原区占总面积的17%；从面积占比上来看,山丘区面积占比最高,接近于平原区面积的两倍,单一面积最大的水文地质单元是大兴安岭山地水文地质区。

表1 大兴安岭北段地区一级水文地质分区

3.2 综合分区与成果分析

对地区水文地质条件按照水文地质区划原则与方法进行划分,首先按照地形地貌特征等条件进行一级分区,分为5个一级类型区；然后按照地下水类型、富水性等水文地质特征进行二级分区,分为20个二级类型区。

研究区从整体上分为山丘区和平原区,山地地貌为主,占总面积的65%,其中面积占比最大的单一水文地质区是大兴安岭山地水文地质区,占比高达60%,最小的是逊河平原水文地质区,仅占比2.4%；山丘区地下水量分布不均衡,在本文中并未做富水性等级和成井深度方面的描述,在平原区和高原区部分,对含水层各类特性指标进行表述和分析,在河谷平原区,地下水埋深较潜,含水层岩性多以砂砾石为主,为地下水的赋存提供良好的地质条件；富水性较好的区域在河谷平远处,成井深度也以浅井为主,在富水性一般的坡地和山前台地,一般适合中深井相结合的方式；富水性丰富的二级区仅有一个嫩江河谷平原区,富水性一般的二级区有3 个,丰富的有3 个,平原区其余的为贫乏、中等区8 个,1 个不均衡区是五大连池玄武岩层区。

图4 大兴安岭北段地区水文地质分区

表2 大兴安岭北段地区水文地质分区

续表2

4 结论

（1）依据研究区地形地貌、构造单元和地表水流系,将研究区做一级分区,分为平原区和山丘区两种类型区,其中平原区有一般平原区和高原区；分成松嫩平原水文地质区、呼伦贝尔高原水文地质区、逊河平原水文地质区、大兴安岭山地水文地质区和小兴安岭水文地质区,共计5 个一级类型区；山丘区依据次一级地貌和蓄水构造单元进行二级分区,平原区依据次一级地貌和含水层类型和分布进行二级分区,研究区共计划分为20 个二级类型区。

（2）从富水性等级上看,平原区富水性要好于山丘区,其中,极丰富区1 个,丰富区3 个,中等区4 个,一般区3 个,贫乏区4 个；平原区富水性等级为极丰富的面积占比为2%,平原区富水性中等的面积占比达12.1%；成井深度和地区的含水层富水性和地下水埋深有关,在河谷平原地区,水量丰富,一般以浅井为主,坡地和山前台地区以中深井相结合的方式。

（3）在山丘区地下水类型主要以基岩裂隙水为主,水量分布及其不均衡,在山间河谷地带水量相对较大,靠近坡顶地区,水量相对较小；平原区和高原区地下水类型主要以松散岩类孔隙水为主,总体上富水性较好,在河谷漫滩地带,富水性好,单井涌水量大,适宜浅井。