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

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，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，導致了新疆西天山地區(qū)在對礦區(qū)資源進行開采冶煉時，產(chǎn)生大量攜帶著重金屬元素的廢水。這些廢水進入到地下水中，會為礦區(qū)的水環(huán)境帶來嚴重的影響。地下水具有隱蔽性和難恢復性的特質(zhì)，因此在對礦區(qū)進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，恢復到原來的狀態(tài)需要經(jīng)過很長一個周期[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)境的相互作用機制，在地下水環(huán)境評價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用價值。

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)，其構造位置處于哈薩克斯坦-準噶爾板塊與塔里木板塊的結合部位。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)外側向徑流的補給，分別以直接或間接的方式滲入補給基巖地下水。基巖區(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)西側及礦區(qū)南側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，賦存孔隙潛水，主要儲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，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、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。基巖裂隙水補給區(qū)與徑流區(qū)一致，但接受大氣降水的入滲補給并不均勻。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)巖裂隙潛水的補給，局部地段承壓水部分補給潛水。

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，并形成了相應的水流子系統(tǒng)。

3 地下水環(huán)境質(zhì)量評價

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)量評價模型，選出適用于本地區(qū)乃至可以拓展到可適用于整個礦區(qū)開采行業(yè)的評價方法，為礦區(qū)水環(huán)境的改善以及發(fā)展趨勢的預測提供更為有力的輔助與參照。

3.1 地下水環(huán)境質(zhì)量評價方法

本文采用模糊綜合評價法，將評價中的影響因素通過影響權重和對各個級別的隸屬度進行定量處理，對研究對象作出評價，建立不同級別下地下水的隸屬函數(shù)，確定隸屬關系[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重，進而根據(jù)隸屬關系與權重來確定地下水水質(zhì)評價結果。

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 個影響因子作為第j 級標準下的標準值；Gki 為第k 組水樣i 種水質(zhì)影響因子的實測值。

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

各影響因子權重的確定：

式中：Wi 表示第i 種影響因子的權重；Gi 表示第i 種影響因子的測試值；Si 為第i 種影響因子標準值的平均值。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)量評價結果

通過對礦床開采的各個環(huán)節(jié)進行產(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，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。本實驗選取pH、鈉、氯離子、硫酸鹽、氟化物、總硬度、溶解性總固體、錳、六價鉻、鐵、耗氧量（CODMn）、氨氮（以N 計）、硝酸鹽氮（以N計）、亞硝酸鹽（以N 計）共14 個影響因子來評價礦區(qū)地下水水質(zhì)。將地下水環(huán)境質(zhì)量評價分為5 個等級，按照《地下水質(zhì)量標準》，確定本評價方式的地下水質(zhì)量分類標準。

取新疆西天山大型礦床地下水水樣，根據(jù)模糊綜合評價原理和上述計算結果對模糊關系矩陣和權重矩陣進行復合計算，得到模糊綜合評價子集。計算采用“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)進行模糊綜合評價，評價結果如表2 所示。

表1 地下水水樣水質(zhì)模糊綜合評價結果

根據(jù)表1 的模糊綜合評價結果，結合地下水質(zhì)量分類標準，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也不同程度地存在著超標的問題。

4 結束語

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)量評價進行了研究，以新疆西天山大型礦床的水文地質(zhì)特征為基礎，建立了地下水環(huán)境質(zhì)量評價模型，對新疆西天山大型礦床的水環(huán)境質(zhì)量進行了評價。評價結果顯示，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，有些區(qū)域污染程度較為嚴重，因此礦區(qū)作業(yè)在利用水資源的同時也要注意水資源的保護。