蔣大虎

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第八地質(zhì)大隊(duì)，新疆 阿克蘇 843000）

新疆西天山地區(qū)作為新疆的礦產(chǎn)主要分布區(qū)域之一，有著豐富的礦產(chǎn)資源，區(qū)內(nèi)包含阿希大型金礦、卡特巴阿蘇大型金礦、托克賽鉛鋅礦床等大型礦床，該區(qū)礦產(chǎn)資源的開采情況也十分可觀。但近年來，該地區(qū)礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開發(fā)利用，導(dǎo)致了新疆西天山地區(qū)在對礦區(qū)資源進(jìn)行開采冶煉時(shí)，產(chǎn)生大量攜帶著重金屬元素的廢水。這些廢水進(jìn)入到地下水中，會(huì)為礦區(qū)的水環(huán)境帶來嚴(yán)重的影響。地下水具有隱蔽性和難恢復(fù)性的特質(zhì)，因此在對礦區(qū)進(jìn)行勘探以及開采的作業(yè)中，對于地下水的污染情況難以被發(fā)現(xiàn)，且一旦破壞，恢復(fù)到原來的狀態(tài)需要經(jīng)過很長一個(gè)周期[1]。因此，對于礦床的水文地質(zhì)特征以及地下水環(huán)境的研究，可以更好地揭示地下水與礦區(qū)環(huán)境的相互作用機(jī)制，在地下水環(huán)境評價(jià)以及地下水污染的防治等方面，都有著一定的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 新疆西天山地區(qū)礦床地質(zhì)概況

新疆西天山地區(qū)指的是位于奎屯南的北天山與庫車北的南天山間的廣大地區(qū)，其構(gòu)造位置處于哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊與塔里木板塊的結(jié)合部位。該地區(qū)的氣候種類為北溫帶大陸性氣候，降水量較為充足，夏熱冬冷，晝夜溫差大，年降水量500mm～700mm，多年平均蒸發(fā)量達(dá)800mm～1100mm[2]。該地區(qū)的降水集中在夏季，是新疆降水量最高的地區(qū)。區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水和區(qū)外側(cè)向徑流的補(bǔ)給，分別以直接或間接的方式滲入補(bǔ)給基巖地下水?；鶐r區(qū)以北賦存第四系松散巖類孔隙水，主要含水層包括中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)含水層。

2 研究區(qū)內(nèi)大型礦床的水文地質(zhì)特征

2.1 地下水的含水層

根據(jù)地下水的賦存條件、地層巖性等條件，可將新疆西天山地區(qū)的大型礦床的礦區(qū)地下水分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。其周邊河流分布水系圖如圖1 所示。

礦區(qū)西側(cè)及礦區(qū)南側(cè)分布著第四系松散巖類孔隙水，其地下水埋深淺，粘土礦物含量低，容易造成地下水污染。含水層厚度約20m，主要由沖積砂卵石組成，涌水量為17.28m3/d～51.81m3/d，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg 型水。

基巖裂隙水又分為噴出巖類裂隙水和碎屑巖類裂隙水。前者主要分布在礦區(qū)的西部及南部、河道兩側(cè)，賦存孔隙潛水，主要儲(chǔ)存位置為砂巖裂隙水含水層和灰?guī)r巖溶水含水層。從礦區(qū)中部至兩側(cè)，其沉積厚度由厚變薄，水量分布極不均勻，水質(zhì)差，礦 化 度1.48g/L～1.73g/L，pH 值7.6～8.0，屬SO4·HCO3·Cl—Ca·Na·Mg 型水。后者常見于礦區(qū)中部，由于在風(fēng)化帶下，砂巖夾凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖等碎屑巖類巖石有著較好的完整性，因此起到了相對隔水的作用，流量最小為9.24m3/d，最大為130m3/d，水質(zhì)好，礦化度小于0.5g/L，pH 值7.0～7.5，屬HCO3·SO4—Ca·Mg·Na 型水。

2.2 地下水的補(bǔ)、徑、排

圖1 新疆西天山地區(qū)周邊河流分布水系圖

新疆西天山所處位置為內(nèi)陸地區(qū)，該地區(qū)大型礦床的地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水。該地區(qū)存在著大、小阿希河的分水嶺，由于地勢的差異，降水易形成地表徑流，等水線稠密，水力坡度增大，地下水徑流交替積極?；鶐r裂隙水補(bǔ)給區(qū)與徑流區(qū)一致，但接受大氣降水的入滲補(bǔ)給并不均勻。該地區(qū)河床中的孔隙潛水，主要來源于大氣降和周邊變質(zhì)巖裂隙潛水的補(bǔ)給，局部地段承壓水部分補(bǔ)給潛水。

礦區(qū)地下水從大、小阿希河分水嶺分別向其下游徑流排泄，地下水徑流在各地層中以順層流動(dòng)為主，或以蒸發(fā)的形式滲透于第四系地層中排泄，或沿河谷向下游徑流排泄。分水嶺兩側(cè)沖溝眾多，地下水可以每條沖溝之間的次一級分水嶺，向溝谷中徑流持續(xù)排泄，形成溪流，向深部徑流排泄，局部流向次一級河流支流，并形成了相應(yīng)的水流子系統(tǒng)。

3 地下水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

礦產(chǎn)資源的開采對地下水的水質(zhì)、水量及地下含水層都產(chǎn)生了一定的影響，造成了一定程度的破壞，因此，建立地下水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)模型，選出適用于本地區(qū)乃至可以拓展到可適用于整個(gè)礦區(qū)開采行業(yè)的評價(jià)方法，為礦區(qū)水環(huán)境的改善以及發(fā)展趨勢的預(yù)測提供更為有力的輔助與參照。

3.1 地下水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法

本文采用模糊綜合評價(jià)法，將評價(jià)中的影響因素通過影響權(quán)重和對各個(gè)級別的隸屬度進(jìn)行定量處理，對研究對象作出評價(jià)，建立不同級別下地下水的隸屬函數(shù)，確定隸屬關(guān)系[3]。建立過程中根據(jù)水質(zhì)用途劃分水質(zhì)等級，確定各組分對該組地下水的影響權(quán)重，進(jìn)而根據(jù)隸屬關(guān)系與權(quán)重來確定地下水水質(zhì)評價(jià)結(jié)果。

Ⅰ級水（j=1）的隸屬度函數(shù)為：

Ⅱ級至Ⅳ級水（j=2～4）的隸屬度函數(shù)為：

Ⅴ級水（j=5）的隸屬度函數(shù)為：

式中：Sij 表示第i 個(gè)影響因子作為第j 級標(biāo)準(zhǔn)下的標(biāo)準(zhǔn)值；Gki 為第k 組水樣i 種水質(zhì)影響因子的實(shí)測值。

根據(jù)式（1）～式（3）可以求出各級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)情況下各影響因子的隸屬度。由此可以確定模糊矩陣R 為：

各影響因子權(quán)重的確定：

式中：Wi 表示第i 種影響因子的權(quán)重；Gi 表示第i 種影響因子的測試值；Si 為第i 種影響因子標(biāo)準(zhǔn)值的平均值。根據(jù)式（1）～式（5），可最終得出判別地下水質(zhì)量的綜合模型：B=WR。

3.2 地下水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

通過對礦床開采的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行產(chǎn)污分析可知，礦區(qū)地下水的主要污染來源物質(zhì)有兩個(gè)，分別為含有大量氰化物的固體廢渣以及含有氨氮化合物、氰化物的液體污染源。本實(shí)驗(yàn)選取pH、鈉、氯離子、硫酸鹽、氟化物、總硬度、溶解性總固體、錳、六價(jià)鉻、鐵、耗氧量（CODMn）、氨氮（以N 計(jì)）、硝酸鹽氮（以N計(jì)）、亞硝酸鹽（以N 計(jì)）共14 個(gè)影響因子來評價(jià)礦區(qū)地下水水質(zhì)。將地下水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)分為5 個(gè)等級，按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，確定本評價(jià)方式的地下水質(zhì)量分類標(biāo)準(zhǔn)。

取新疆西天山大型礦床地下水水樣，根據(jù)模糊綜合評價(jià)原理和上述計(jì)算結(jié)果對模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重矩陣進(jìn)行復(fù)合計(jì)算，得到模糊綜合評價(jià)子集。計(jì)算采用“取小取大模型”，即“M(∪，∩)模型”。∪和∩分別為模糊集的并與交，該模型是按小中取大的原則進(jìn)行評判，∪表示取大，∩表示取小。按最大隸屬原則確定某樣本的水質(zhì)類別，模糊集最大值所在的類別為該樣本歸屬的水質(zhì)類別。對該區(qū)地下水水樣的水質(zhì)進(jìn)行模糊綜合評價(jià)，評價(jià)結(jié)果如表2 所示。

表1 地下水水樣水質(zhì)模糊綜合評價(jià)結(jié)果

根據(jù)表1 的模糊綜合評價(jià)結(jié)果，結(jié)合地下水質(zhì)量分類標(biāo)準(zhǔn)，得出該區(qū)域水質(zhì)的空間分布情況，如圖2 所示。

圖2 地下水水質(zhì)綜合評價(jià)圖

觀察分析表1 和圖2 可以得出，該區(qū)地下水的重污染區(qū)域分布范圍較小，多以Ⅱ級水為主，其次為Ⅲ級水，可見該區(qū)域大部分地區(qū)地下水的污染程度較輕；水環(huán)境質(zhì)量較差的地區(qū)主要集中于尾礦庫和環(huán)保庫附近，為V 級水平，該區(qū)域的主要污染因子是氨氮和氰化物；水源地周圍處于Ⅱ級水平，水質(zhì)良好。此外，受到地質(zhì)因素的影響，該區(qū)域地下水總硬度、溶解性總固體等指標(biāo)也不同程度地存在著超標(biāo)的問題。

4 結(jié)束語

本文對新疆西天山大型礦床的水文地質(zhì)特征及地下水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)進(jìn)行了研究，以新疆西天山大型礦床的水文地質(zhì)特征為基礎(chǔ)，建立了地下水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)模型，對新疆西天山大型礦床的水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)。評價(jià)結(jié)果顯示，礦區(qū)地下水環(huán)境的質(zhì)量與礦區(qū)的開采情況息息相關(guān)，有些區(qū)域污染程度較為嚴(yán)重，因此礦區(qū)作業(yè)在利用水資源的同時(shí)也要注意水資源的保護(hù)。