，，

(1. 武警黃金第八支隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830057；2.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 新疆干旱區(qū)環(huán)境污染與生態(tài)修復(fù)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；3.武警黃金指揮部，北京 100055)

烏魯木齊市山前礫質(zhì)平原水文地質(zhì)條件及地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

戚冉1，宋文娟2，沈睿文3

(1. 武警黃金第八支隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830057；2.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 新疆干旱區(qū)環(huán)境污染與生態(tài)修復(fù)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；3.武警黃金指揮部，北京 100055)

隨著新疆烏魯木齊市社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，區(qū)域地下水資源的開發(fā)強(qiáng)度不斷加劇，需要對(duì)烏魯木齊市山前礫質(zhì)平原含水層富水性特征以及地下水水位變幅情況進(jìn)行研究。本文在對(duì)研究區(qū)水文地質(zhì)詳查的基礎(chǔ)上，通過(guò)水文地質(zhì)鉆探、抽水試驗(yàn)、樣品分析等手段，查明了區(qū)內(nèi)含水層的結(jié)構(gòu)及富水性特征、埋深以及流量等參數(shù)，探討了地下水補(bǔ)徑排情況和水化學(xué)特征，并對(duì)研究區(qū)內(nèi)的地下水水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：研究區(qū)及其外圍主要出露的地層為新生界第四系上更新統(tǒng)沖洪積層和第四系全新統(tǒng)沖洪積層，地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要為南部河谷地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，其次為大氣降水和灌溉水入滲補(bǔ)給，而區(qū)域地下水的排泄主要用于農(nóng)業(yè)開采，剩余地下水由南向北以地下徑流的方式排泄至北部；研究區(qū)內(nèi)地下水具有鍋垢很多，有硬沉淀物及半腐蝕性水的特點(diǎn)，需處理后可用作工業(yè)鍋爐用水，而根據(jù)灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和灌溉用水危害類型的劃分，研究區(qū)內(nèi)地下水的灌溉系數(shù)為13.7<18，在潛水排水條件好時(shí)，適于灌溉。研究結(jié)果為后期該地區(qū)地下水資源開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

礫質(zhì)平原；地下水；水文地質(zhì)條件；水質(zhì)評(píng)價(jià)；烏魯木齊

近年來(lái)隨著烏魯木齊城市用水量不斷增加，地下水開發(fā)強(qiáng)度不斷加劇，地下水位埋深逐年下降。因此，為了進(jìn)一步了解烏魯木齊市山前礫質(zhì)平原含水層富水性特征以及地下水水位變幅情況，本文在收集烏魯木齊市現(xiàn)有區(qū)域水文地質(zhì)資料和烏魯木齊市近年來(lái)地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，并結(jié)合相關(guān)研究成果[1-5]，通過(guò)在烏魯木齊市山前礫質(zhì)平原區(qū)施工一眼300 m的試驗(yàn)孔，對(duì)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，并從生活飲用水水質(zhì)、一般鍋爐用水水質(zhì)以及灌溉用水水質(zhì)等三方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)烏魯木齊市山前礫質(zhì)平原區(qū)水文地質(zhì)條件的分析和地下水水質(zhì)的評(píng)價(jià)，進(jìn)而可以為烏魯木齊市山前礫質(zhì)平原區(qū)的地下水的合理開發(fā)利用規(guī)劃提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)條件概況

1.1 交通位置

本文以烏魯木齊市二宮鄉(xiāng)三宮村一帶作為研究區(qū)域，面積約10 km2。該研究區(qū)東鄰湖州路，西鄰規(guī)劃中的長(zhǎng)春北路延伸段，交通較為便利。該研究區(qū)行政區(qū)劃隸屬于新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市管轄。烏魯木齊市為新疆維吾爾自治區(qū)首府，是全疆政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，是中國(guó)西部國(guó)際要道和對(duì)外開放的門戶。交通十分方便，四通八達(dá)。

1.2 氣象水文

1.2.1 氣象概況

研究區(qū)地處烏魯木齊市地處亞歐大陸腹地，屬中溫帶干旱大陸性氣候區(qū)。根據(jù)烏魯木齊氣象站2002-2011年氣象統(tǒng)計(jì)資料，多年平均氣溫7.88℃，年內(nèi)6-8月氣溫最高，歷年7月平均氣溫24.05℃，極端最高氣溫39.2℃(2004年7月10日)，年內(nèi)1-2月和12月氣溫最低，歷年1月平均氣溫-12.63℃，極端最低氣溫-30.0℃(2010年12月30日)。最冷月和最熱月月均溫差36.68℃，冬夏極端溫差高達(dá)69.2℃，同時(shí)由于氣候干旱，白天增溫快，夜間降溫快，一般日溫差在11℃～12℃左右。

研究區(qū)內(nèi)蒸發(fā)強(qiáng)烈，干燥多風(fēng)，多年平均蒸發(fā)量為1 351.33 mm，北部平原區(qū)大于2 000 mm，南部山區(qū)小于2 000 mm，為降水量的6～7倍，最大蒸量發(fā)出現(xiàn)在6-7月，最小蒸發(fā)量出現(xiàn)在12月和次年1月。最大季節(jié)凍土深度162 cm。

1.2.2 水文概況

研究區(qū)內(nèi)無(wú)河流、湖泊、水庫(kù)等地表水系分布，也無(wú)渠系。所處的烏魯木齊市區(qū)域內(nèi)主要分布有烏魯木齊河、頭屯河、白楊河、柴窩堡湖等水系。其中：烏魯木齊河發(fā)源于天山天格爾峰勝利達(dá)坂北側(cè)的一號(hào)冰川，由南向北縱貫烏魯木齊市，匯水面積924 km2。源頭有大西溝、板房溝、大小東溝等主要水系。據(jù)英雄橋水文站觀測(cè)資料，多年平均徑流量2.27億 m3，占年徑流量的70%，豐水期在6—8月，枯水期在11月至次年3月。河水出山口后被渠道引走，河床斷流，僅在洪水期，有少量洪水排泄入河床，沿途下滲匯入烏拉泊水庫(kù)，水庫(kù)下游河道干涸，水庫(kù)下游干河床上現(xiàn)已修建成了貫穿市區(qū)南北的河灘快速公路。

1.3 地形地貌

研究區(qū)所處地貌單元為烏魯木齊河沖洪積扇。場(chǎng)地原始自然地形較平坦，總體地勢(shì)南高北低，坡度約1.4%，現(xiàn)狀地面高程范圍為635.9～644.8 m。研究區(qū)周邊地帶為農(nóng)田、林地、砂場(chǎng)，其中西部為農(nóng)田，南部為林地，東部及北部為砂場(chǎng)。

1.4 地層巖性

根據(jù)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)資料，研究區(qū)及其外圍主要出露的地層為新生界第四系上更新統(tǒng)沖洪積層和第四系全新統(tǒng)沖洪積層?，F(xiàn)有老到新分述如下：

1.4.1 第四系上更新統(tǒng)沖洪積層

主要分布在研究區(qū)內(nèi)外東北側(cè)。厚度一般為230～260 m，砂礫石層由礫質(zhì)平原的單一砂礫石層過(guò)渡為土質(zhì)平原的砂礫石層夾砂、粉質(zhì)黏土薄層或透鏡體。砂礫石層巖性為灰色、黃灰色砂礫石或碎石土，礫徑3～15 cm，砂礫石磨圓度中等，分選較好，具粗糙層理，砂礫石成份為砂巖、凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖和花崗巖類。

1.4.2 第四系全新統(tǒng)沖洪積層

主要分布于研究區(qū)內(nèi)外西南側(cè)。巖性為淺灰色卵礫石，多為次圓-圓狀，粒徑一般2～8 cm，分選性較好。成份多為凝灰?guī)r、石英細(xì)砂巖，礫石近山前增多，礫徑大，而遠(yuǎn)離山麓則相反，具水平層理或二元結(jié)構(gòu)。

1.5 地質(zhì)構(gòu)造

1.5.1 褶皺

研究區(qū)區(qū)位于北天山優(yōu)地槽褶皺帶中段，烏魯木齊山前拗陷部位。區(qū)域構(gòu)造屬準(zhǔn)噶爾-北天山褶皺系亞一級(jí)構(gòu)造單元，北天山優(yōu)地槽褶皺帶二級(jí)構(gòu)造單元，處于烏魯木齊山前坳陷三級(jí)構(gòu)造單元上。

研究區(qū)東、南部褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，在侏羅系末該區(qū)發(fā)生了最重要的褶皺運(yùn)動(dòng)，使石炭系—侏羅系全面發(fā)生褶皺斷裂。表現(xiàn)有如下特點(diǎn)：褶皺構(gòu)造成排平行分布，區(qū)內(nèi)見有兩排，每排褶皺的背斜、向斜銜接緊密，發(fā)育集中，而遠(yuǎn)離褶皺組則褶皺發(fā)育稀疏，每排褶皺之間多以斷裂為界。二疊系和三疊系地層構(gòu)成南排褶皺，以雅瑪里克山背斜、烏魯木齊向斜為代表；侏羅系地層則構(gòu)成北排褶皺，以七道灣向斜、八道灣背斜為代表。

1.5.2 斷裂

研究區(qū)南部斷裂形變強(qiáng)烈，其性質(zhì)、規(guī)模、分布均明顯受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制，其共同特點(diǎn)主要是：走向基本為北東、北東東向；斷裂與褶皺構(gòu)造緊密相伴，多發(fā)育其翼部，與褶皺軸向相一致。其中對(duì)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)、水文地質(zhì)影響較大的斷裂有：

(1)雅馬里克斷裂帶(F1)

雅瑪里克斷裂帶分布在雅瑪里克山—水磨溝一帶，可見長(zhǎng)度15 km，被烏魯木齊河分為東西兩段。西段為雅瑪里克倒轉(zhuǎn)背斜，東段為紅山短軸背斜、水磨溝背斜。

(2)西山斷裂(F2)

西山斷裂分布于西山隆起的南麓，其南為柴窩堡中、新生代坳陷西端北緣，其北為烏魯木齊山前坳陷的南緣，成為兩者的分界斷裂，斷裂西起頭屯河以西的永光煤礦附近，向東經(jīng)稍胡達(dá)坂南麓，過(guò)頭屯河，沿西山、過(guò)四道岔，在耐火材料廠附近主斷面分為兩支：一支向東延伸，與雅瑪里克斷層交匯；另一支向北40°東偏轉(zhuǎn)切入馬料地與碗窯溝斷裂相交，斷裂總體走向近EW，傾向315°～340°，傾角44°～83°，斷裂長(zhǎng)度37 km。該斷裂形成于中更新世中晚期，最新活動(dòng)時(shí)間為晚更新世晚期，屬晚更新世活動(dòng)斷裂。

(3)八鋼—石化斷層(F3)

八鋼—石化斷層，具有逆斷層性質(zhì)。走向45°，烏魯木齊河以西近東西向，西端消失在八鋼一帶，往東一直延伸到烏魯木齊圖幅外?；疖嚤闭靖浇鼣嗔褞?0 m，斷距達(dá)70 m。

(4)九家灣斷層組分支斷層(F4)

九家灣斷層組由4條斷層組成，走向近45°，均為正斷層傾向北，傾角68°～85°。由北向南第一條長(zhǎng)3.5 km，第二條長(zhǎng)4.5 km，第三條長(zhǎng)5 km，第四條長(zhǎng)13 km。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 含水層特征及分布

根據(jù)含水層時(shí)代、巖性組合、賦存條件、水動(dòng)力特征，確定研究區(qū)內(nèi)地下水類型為單一的松散巖類孔隙水。按富水程度進(jìn)行分類，研究區(qū)屬于強(qiáng)富水區(qū)，具體說(shuō)明如下。

強(qiáng)富水區(qū)分布于市運(yùn)輸公司至新神集團(tuán)一帶，呈近東西向展布，穿越整個(gè)研究區(qū)。第四系厚度大于200 m，含水層巖性為第四系沖洪積砂礫石。水位埋深50～100 m或大于100 m，有效含水層厚度5～60 m或大于60 m，單位涌水量10～30 m3/h·m，滲透系數(shù)5～30 m/d，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca，HCO3·SO4·Cl-Ca，HCO3·SO4·Cl-Na，SO4-Ca，SO4-Na，SO4·Cl-Ca，SO4·Cl-Na，SO4·Cl-Mg，Cl-Mg，西部大部分地區(qū)礦化度小于1 g/L，東部礦化度1～3 g/L。根據(jù)本次在研究區(qū)內(nèi)施工的ZK1號(hào)鉆孔資料分析，在300 m勘探深度內(nèi)，含水層巖性為第四系全新統(tǒng)沖洪積卵礫石，水位埋深123.8 m，有效含水層厚度99 m，單位涌水量為23.6 m3/h·m，滲透系數(shù)27 m/d，水化學(xué)類型為SO4·Cl·HCO3-Ca，礦化度為0.871 g/L。

2.2 地下水補(bǔ)徑排條件

受石化廠-八鋼隱伏斷裂的影響，研究區(qū)附近沉積了巨厚的第四系松散砂、卵礫石層，厚度在100～500 m之間，由南向北含水層顆粒由粗變細(xì)，由單一結(jié)構(gòu)過(guò)渡為雙層結(jié)構(gòu)。

地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要為南部烏魯木齊河谷地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，其次為大氣降水和灌溉水入滲補(bǔ)給。由于含水層顆粒粗，巖性單一，地下水徑流條件好。地下水的排泄主要用于農(nóng)業(yè)開采，剩余地下水由南向北以地下徑流的方式排泄至北部。

2.3 地下水化學(xué)特征

北部山前傾斜平原，由南向北，含水層顆粒由粗變細(xì)，徑流條件由好變差，地下水由徑流帶過(guò)渡至徑流緩滯帶和排泄帶，加之受到烏魯木齊河水系和頭屯河水系的影響，水化學(xué)類型復(fù)雜，變化較大。主要的水化學(xué)類型有HCO3·SO4-Ca型水、HCO3·SO4-Na型水、SO4·Cl·HCO3-Ca型水、HCO3·SO4·Cl-Na型水、SO4-Ca型水、SO4-Na型水、SO4·Cl-Ca型水。地下水為淡水、微咸水或半咸水，礦化度小于1 g/L或1～5 g/L。水化學(xué)類型復(fù)雜多樣的主要原因，一是地下徑流條件的改變，二是不同水型的混流作用，三是農(nóng)田回灌水的入滲，使土壤層中的鹽類和有機(jī)物質(zhì)被帶入地下，導(dǎo)致地下水中離子含量的增加，水化學(xué)類型的改變。

研究區(qū)位于北部山前傾斜平原區(qū)的中部，地下水為淡水，礦化度為0.871 g/L，水化學(xué)類型為SO4·Cl·HCO3-Ca。

2.4 地下水動(dòng)態(tài)特征

研究區(qū)位于北部山前傾斜平原，地下水類型為第四系松散巖類水，根據(jù)收集的以往資料表明，研究區(qū)地下水動(dòng)態(tài)類型主要為開采-徑流型。

表1 生活飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)表 mg/L

地下水動(dòng)態(tài)明顯受區(qū)內(nèi)地下水開采的時(shí)間和強(qiáng)度所控制，夏季的降水入滲、河渠入滲和農(nóng)田灌水入滲補(bǔ)給不能滿足開采的需要，在開采期地下水位呈較大幅度下降；受春季冰雪融水和山區(qū)來(lái)水的補(bǔ)給，地下水位得以在非采期回升，在冬季達(dá)到最高水位。因此該區(qū)的地下水類型為開采-徑流型地下水動(dòng)態(tài)。

3 研究區(qū)地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

本次在施工的ZK1號(hào)勘探孔中取全分析水樣1組，分析研究區(qū)所處的山前礫質(zhì)平原的水質(zhì)情況。現(xiàn)按照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、《工業(yè)鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)》、《農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)》分別對(duì)研究區(qū)的水質(zhì)進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)。

3.1 生活飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

按照新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)試驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)水樣的測(cè)試結(jié)果，依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)，確定研究區(qū)內(nèi)地下水檢測(cè)指標(biāo)個(gè)別高于標(biāo)準(zhǔn)限量，經(jīng)處理后可用作生活飲用，具體見表1。

3.2 一般鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

按照《工業(yè)鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià)，研究區(qū)內(nèi)地下水具有鍋垢很多，有硬沉淀物，起泡的水，及半腐蝕性水的特點(diǎn)，均需處理后可用作工業(yè)鍋爐用水，具體見表2。

3.3 灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和灌溉用水危害類型的劃分，研究區(qū)內(nèi)地下水的灌溉系數(shù)為13.7<18，在潛水排水條件好時(shí)，適于灌溉，否則需采取特殊措施，以免鹽量聚集；該水堿度為-7.65<4，鹽度3.46<15，為好水。灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 一般(鍋爐)用水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果表

表3 灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)位于烏魯木齊市烏魯木齊市二宮鄉(xiāng)三宮村一帶，地貌類型為山前礫質(zhì)平原地貌，無(wú)地表徑流，整體地勢(shì)呈現(xiàn)南高北低的地形與地貌特征。根據(jù)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)資料，研究區(qū)及其外圍主要出露的地層為新生界第四系上更新統(tǒng)沖洪積層和第四系全新統(tǒng)沖洪積層。

(2)按照地下水形成年代及空隙介質(zhì)特征，區(qū)域地下水主要分布有第四系松散巖類孔隙潛水；地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要為南部河谷地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，其次為大氣降水和灌溉水入滲補(bǔ)給。由于含水層顆粒粗，巖性單一，地下水徑流條件好。地下水的排泄主要用于農(nóng)業(yè)開采，剩余地下水由南向北以地下徑流的方式排泄至北部。

(3)依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)，確定研究區(qū)內(nèi)地下水檢測(cè)指標(biāo)個(gè)別高于標(biāo)準(zhǔn)限量，經(jīng)處理后可用作生活飲用；按照《工業(yè)鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià)，研究區(qū)內(nèi)地下水具有鍋垢很多，有硬沉淀物，起泡的水，及半腐蝕性水的特點(diǎn)，均需處理后可用作工業(yè)鍋爐用水；根據(jù)灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和灌溉用水危害類型的劃分，研究區(qū)內(nèi)地下水的灌溉系數(shù)為13.7<18，在潛水排水條件好時(shí)，適于灌溉，否則需采取特殊措施，以免鹽量聚集；該水堿度為-7.65<4，鹽度3.46<15，為好水。

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P641.6

A

1004-1184(2017)06-0143-03

2017-09-20

國(guó)家自然科學(xué)基金(NO.41673127)

戚冉(1981-)，男，江蘇沛縣人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作。