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大兴安岭多年冻土区地下水特征

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【摘 要】大兴安岭多年冻土区,地下水可以说是与其他非多年冻土区的成因、分布、排泄有所不同,因为它受到水文、气象、纬度、气温、地温、地质岩性、构造关系、加之多年冻土的分布直接的影响了地下水的生成、发展、运移规律,为此该区地下水由于冻土存在形成了独特的特点。

【关键词】多年冻土;冻土区地下水;大兴安岭

1.自然地理概况

1.1气象水文条件

大兴安岭地处我国东北部,该区广泛分布着多年冻土,冻土面积占该区面积的70~80 %左右,主要分布在北纬47°00′~53°30′左右,平均海拔600~800m,是典型的寒温带大陆性气候,冬季严寒漫长,夏季多雨短暂,但年降水量不大,年平均气温一般为-2~5.5℃,在最北部极端最低气温可达-52.3℃,月平均负温期长达6~7个月,年平均气温差较大,夏季短暂,冬季漫长。而此区多为寒冷植物生长,由于森林的存在有利于涵养地下水。该地平均地温一般在-1~-2.5℃,冻土厚度北部最厚,最大在130m左右,随着纬度降低,冻土厚度逐渐的有所减少,如南部边缘地区,冻土存在的厚度仅为5-10m左右。季节融化层分布厚度不等,视岩性不同、地质不同、朝向不同、水文气象不同、植被不同等等诸多因素,大兴安岭季节融化层厚度也有所差异,由于岩性不同,最大厚度可到3-3.5m(如融区),最小厚度0.2-0.3m左右(如沼泽湿地区)。该区年降水量450~550mm左右,由于在多年冻土区,地表水入渗条件较差,多以地表径流排泄,大气降水也是如此。

1.2区域地质地貌情况

①大兴安岭多年冻土区多为中低山区,在其沟谷部分为山间河谷冲洪积平原区,其成因:中低山区为区域地质多时期构造运动的结果,构造发育断层较多,为地下水补给储存提供了有利的条件;②山间河谷冲积平原区,大部分多为多年冻土,仅在大河两侧出现部分融区,为融区地下水提供了储存条件;③在大兴安岭多年冻土区也同样存在着坡积层、残积层冻结层上水供水意义不大,水量随冻结时间的变化逐渐减少,甚至没有; ④水文情况:大兴安岭分布着多条河流,如呼玛河、塔河、阿穆尔河等十多条河流,在河流两岸存在程度不等冻土分布,越往下多年冻土面积减少,融区补给条件良好,为各类地下水补给提供了有利条件。

2.多年冻土区地下水类型及特点

2.1多年冻土区地下水类型

多年冻土区地下水的类型与其他地区有所不同。按地下水存在的类型来说,分融区地下水、多年冻土层下地下水等,其种类繁多,成因复杂,涉及到冻土的分布、冻土的厚度、冻土的埋藏条件等。由于冻土的存在,直接的控制了地下水的储存条件及分布规律,改变了非多年冻土区的补、径、排条件,为地下水寻找与探寻造成了不利条件。另外,该区的水文、气象、植被、河流等,均受多年冻土的控制和影响。如在北部地区融区较少,甚至大的河流也有连底冻的情况,为地下水的探寻与寻找造成了极其不利的条件。综合上述诸多因素,对地下水进行如下的分类:无论是在片状多年冻土区还是岛状融区多年冻土区、岛状多年冻土区,随着纬度的降低,补给条件的改变,冻土的退化,气温的升高,改变了多年冻土区的储存分布条件,越往下融区地下水、融区构造水、融区风化裂隙水、融区风化构造裂隙水提供了有利的条件,供水意义较好。按上述诸多因素对于多年冻土地下水类型可按杨润田、林凤桐著作中[1]的分类方法进行如下分类,见表2.1: 经作者验证认为该分类方法比较符合我国的实际情况。

表2.1 多年冻土区地下水分类系统表

2.2大兴安岭多年冻土区地下水的补、径、排特点

①片状多年冻土区约70-80%的连续,由于多年冻土分布特点是:厚、大、深,为地下水补、径、排提供了极为不利的条件,造成地下水补给方式单一,如有些大气降水根本无法渗入。另外,因多年冻土层的存在阻碍了大气降水和河水的渗入,为大气降水的补给、径流、排泄造成不利条件,补给方式单一,补给路径较长,多靠大河融区及构造裂隙远区补给,此水因为远区补给源较高,多为承压自流水,如图2.1和表2.2。

表2.2 霍拉河盆地部分钻孔富水性及冻土厚度[2]

根据上述情况,对多年冻土区地下水特征累述如下:

①分布特征:多年冻土区地下水补、径、排的控制条件,除了受非多年冻土区的控制因素影响外,主要受多年冻土的分布所制约,随着纬度的升高,冻土分布的面积及厚度都有所增加,地温变低,多年冻土对地下水的补给及排泄起到严格的控制作用。在此区,大气降水往往以地表径流方式排泄于河流,而在北部,河谷地区有时也存在多年冻土,所以不管是大气降水补给,还是河水补给,其补给条件都受多年冻土的控制。

②融区地下水补给条件改变的规律:在北部,片状多年冻土区,地下水补给方式单一,补给速度缓慢,随着融区面积逐渐增大,越往南部,地下水补给条件有所改观,补给方式也有所增多,不论是地表水、地下水还是大气降水都有密切联系,因此,水量随着纬度的降低有所增加,水质类型也有所改变。

③分布条件:片状多年冻土区的地下水补给源往往较远,多以大型的江、河、湖构造断裂带为补给通道,因大气降水不能直接渗入,补给区的形成路径较远,补给速度缓慢,因此,该区地下水水量多出现滞后型,即丰枯水期补给差异性较大,滞后时间约一到两个月。随着纬度降低,补给条件有所改善,补给途径及方式均有所增多,由远区河流补给、近区融区的河流潜水补给及其它的大气降水补给等均有所加强,补给方式多变,补给条件较好,水量增大,水位下降较小,具有一定开采能力和供水意义。

④排泄条件:在片状多年冻土区地下水排泄方式单一,以远区排泄方式为主,近区排泄次之,大部分水通过断裂带溢出而形成泉水,这种排泄方式多出现冰椎和冰丘。另外,随纬度的降低,排泄途径也有所改变,如排泄于融区及断裂构造带中等。

3.结论

从上述论述情况来看,多年冻土地下水形成条件、分布规律是复杂多变的,随着纬度的逐渐降低,地下水的补、径、排条件有所改变,不仅含水条件较好,补给条件也有所加强,从单一补给方式,逐渐的变为多种形式的补给因素,对于多年冻土区开发地下水起到了良好的作用。因多年冻土区是一种特殊土的地区,一切工作都在探索之中,尤其是对今后多年冻土区地下水的研究与分析更应该加以深入探讨,且今后开发冻土区建设应多多积累经验,为社会主义开发建设提供有利的条件。

【参考文献】

[1]杨润田,林凤桐.多年冻土区水文地质及工程地质学[M].哈尔滨:东北林业大学出版社,1986,8:54-58.

[2]林凤桐,涂光中.大兴安岭霍拉盆盆地冻土水文地质特征.中国地理学会冰川冻土学术会议论文选集(冻土学)[C].北京:科学出版社,1982:22-28.

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