新疆特变电工职工住宅区水文地质条件分析

李雪妮



新疆特变电工职工住宅区水文地质条件分析

李雪妮

（新疆地矿局第一水文工程地质大队，乌鲁木齐 830091）

在对新疆昌吉市气象、水文、地形地貌、地质构造以及地层岩性等条件分析的基础上，对研究区的区域水文地质条件和地下水资源开发利用进行了分析。研究结果表明：项目建设区巨厚的第四纪沉积物，为地下水的储存、运移提供了良好的空间，区域埋藏着丰富的孔隙潜水；主要接受天山北麓受冰雪融水与大气降水补给，地下水的总体流向为NNE，地下水排泄主要为侧向排泄和地下水人工开采两种形式；昌吉市用水量按用途主要包括农业用水、工业用水、城镇生活及农村用水。

地下水；水文地质条件；地下水资源开发；昌吉

特变电工为新疆维吾尔自治区昌吉市大型上市企业，以输变电、新能源、新材料为三大支柱产业。根据特变电工输变电、新材料、新能源（能源）产业的发展规划和需要，结合昌吉市市政规划，特变总部职工住宅小区（保障性住房）划定在昌吉市东南，占地面积118 990m2，建筑面积201 970m2。由于受昌吉市城市生活供水覆盖不足原因，住宅区将自行配套建设供水水源。因此，以野外调查和分析为基础上，参考了相关研究成果[1-10]，对昌吉市区域的地下水埋藏分布及含水层组特性、区域地下水的补径排特征、地下水的水化学特征以及区内地下水的动态特征进行了分析，并对区内地下水资源的开发和利用现状进行了分析，进而为该建设项目的取水方式和可行性提供依据。

1 区域概况

1.1 气象

昌吉市地处欧亚大陆，远离海洋，是典型的温带大陆性气候，冬季漫长，夏季炎热干燥，春季多风，年日温差较大，降水稀少，蒸发强烈。

昌吉市南部山区平均气温为－5.2℃，中低山区为0.1℃，平原区为6.1℃，沙漠地区为5.7℃。极端最高气温为42℃，极端最低气温－38.2℃，累积年较差为42.1℃，日较差13.2℃。区域降水具有垂直分带的特点，降水量随海拔高度的增加而递增，同时又具有季节性降水不均匀的特点，最大降水多集中在3-5月或6~8月。此外除哈地坡站位于出山口处，峡谷风大，使得哈地坡站的水面蒸发大于昌吉站，昌吉市多年平均水面蒸发量为1 074.2mm；蒸发量随海拔高程降低而递增，最小月份及冬季蒸发百分比随海拔高程降低而递减的特点。昌吉市平均日照：山区为2 545h ，平原区为2 833h，沙漠区为2 936h。主风向为西南风和南西风，平均风速为1.8m/s。

1.2 水文

昌吉市境内主要河流有三屯河和头屯河。两河流均发源于天山中段的天格尔峰。据多年水文统计资料，头屯河多年平均径流量2.41×108m3，丰水年3.15×108m3，枯水年1.16×108m3，输水干渠有八钢引水渠、东干渠、西干渠，其中西干渠长12.5km ，年引水量占头屯河径流量的36.2%。三屯河多年平均径流量3.55×108m3，丰水年4.79×108m3，枯水年为2.56×108m3；主要引水渠为西干渠、东干渠、盘山渠和永进渠。此外，区内山区水库有头屯河水库和三屯河水库，同时河流在出山口后建有引水渠首，除向下游引水外，其余水量则下泄河道，河道下泄水量对项目区地下水具有补给作用。

1.3 地形地貌

昌吉市南高北低，由南向北可分为南部山区、中部平原区和北部沙漠三个单元。中部平原区上部为本论证建设区域，位于天山北麓准噶尔盆地南缘头屯河—三屯河流域的山前冲洪积平原上。其地形南高北低，两河冲洪积扇顶至扇缘高差约350m，地形坡降从扇顶到北疆铁路以南约14‰～16.5‰，北疆铁路至乌伊公路约10‰～13‰，乌伊公路至北部沙漠区约7‰～9‰。三屯河至园丰乡一带为头屯河冲洪积与三屯河冲洪积扇的扇间洼地，由于受呼图壁背斜影响，三屯河冲洪积扇走向北东，扇体两侧与呼图壁河冲洪积扇相连，东侧与头屯河冲洪扇相连，下部自电机厂－第二水文队－榆树沟乡以北发育有古河道。

1.4 地质构造

昌吉市位于天山北坡，准噶尔盆地南缘。在大地构造上，南部天山为古生代地槽褶皱构造带，北部丘陵、平原区属沉降的准噶尔盆地凹陷区。昌吉市则处于天山褶皱带的乌鲁木齐山前拗陷前，南部天山构造活动强烈，断裂褶皱发育，近东西向的压扭性断裂组是区域性的主要构造线，燕山期的构造运动使山前拗陷带的中、新生界发生褶皱，形成轴向与天山平行的一系列背斜及向斜构造，但它们在地表的反映并不明显。山前拗陷带中第四纪沉积物厚度200～1 200m，为论证区地下水赋存提供了良好的空间。

研究区流域属天山褶皱带的山前凹陷区，乌鲁木齐沉降带的中断，北部与准噶尔地台相连。据物探资料区域性隐伏断裂有两条，一条位于山前，近东西走向，自头屯河山口处，春头一队到三屯河口渠道，形成基岩山区与第四系平原区的断层接触关系，造成河口处150m高差的地下跌水；另一条位于乌伊公路附近，走向为北西西向，地表无显著特征，西段与呼图壁背斜的南缘相邻。隐伏断裂以北的第四系沉积厚度变薄约400～700m，在两条断裂之间第四系沉积厚度最大约800～1 200m，构成了头屯河与三屯河冲洪积扇的主体。

1.5 地层岩性

项目论证分析区地层分别叙述如下：

1）上更新冲洪积沙砾石层：岩性主要为青灰色，灰白色的卵砾石、沙砾石、砾石夹砂层透镜体，含漂砾，分选差。揭露最大厚度为160m，地表覆盖有0.5～1.5m厚的亚砂土层。

2）上更新统冲洪积黄土状土层：岩性为黄色亚粘土，亚砂土，厚度2～6m。

3）全新统冲积层：分布在头屯河、三屯河水系的河床、冲沟内，在河流Ⅰ、Ⅱ级阶地也有分布。岩性沙砾石、含砾砂层、亚砂土、亚粘土，厚度一般为15～20m。

4）全新统坡积—洪积层：沿河岸有零星分布。岩性含砾亚砂土与碎石混杂堆积。厚度一般为15～30m。

5）全新统冲洪积盐渍土层：分布在东北部的现代冲沟内，河道两侧的低凹处，岩性为灰白色盐渍土。厚度一般为2～3m。

6）全新统冲沼相淤泥层：分布在古河道中，岩性为灰黑色淤泥亚粘土，厚度约为5～13m。

2 区域水文地质条件分析

2.1 地下水埋藏分布及含水层组特性

项目建设区巨厚的第四纪沉积物，为地下水的储存、运移提供了良好的空间，埋藏着丰富的孔隙潜水。头屯河与三屯河冲洪积扇相互叠置而成的山前倾斜平原，具有干旱－半干旱区山前冲洪积扇的一般水文地质规律。

1）潜水含水层：项目建设区处于头屯河冲洪积倾斜平原的上中部，地下水含水层为大厚度潜水含水层。由物探成果知道，二六工乡三哇村─榆树沟乡尾沟村一线以南地区为单一结构的大厚度卵砾石、砂砾石潜水含水层。其饱水带厚度为400~1 000m ，平均厚度为700m，总体来讲，潜水含水层从扇轴部向两侧、从扇顶至扇缘颗粒逐渐变细。

在扇中部如电机厂、榆树沟乡西三哇村和东三哇村一带，地下水埋深30~40m。含水层岩性为粗大的卵砾石、砂砾石，形成了单井出水量大于5 000m3/d的富水带，向南含水层岩性逐渐变为砂砾石层，水位埋深增大，富水性相对减弱。据抽水试验（潜水非完整井）资料，渗透系数42.81~136.6m/d，平均81.66m/d，单井出水量一般为1 812.9~6 831.48m3/d，平均为4 449.22m3/d。

2）混合水含水层：分布在乌伊公路以北，地表以下200m深度范围内。由于扇的中下部细颗粒地层在纵向和横向上分布的不连续性，以及区内有1 000多眼深度在100m左右的机井均未采取任何止水措施，使上层潜水和承压水通过这种自然的、人工的“天窗”发生水力联系，造成潜水水位和承压水位很难区分。该混合含水层有3~4个单层，每层厚度5~30m不等，地下水埋深从50m到小于5m。含水层主要为砂砾石及少量砂的透镜体，隔水层由亚粘土、亚砂土组成。总之，由中部向两侧，浅部向深部含水层 颗粒变细，厚度变薄，富水性减弱。据抽水试验资料：混合水含水层渗透系数为1.74~82.9m/d，平均48.17m/d，单井出水量为1 734.27~5 018.8m3/d，平均为3 097.64m3/d。

3）承压含水层：分布在乌伊公路北3~4km以下，埋藏在混合水含水层之下。隔水顶板埋深分别为80m和130m，为亚粘土、亚砂土及粘土。含水层渗透系数平均为29.74m/d，单井出水量1 275.2~4 562.2m3/d，平均为257.68m3/d。

4）自流水含水层：分布于财贸农场－大西渠牧场－滨湖乡一线以北。含水层岩性以中粗砂为主，隔水顶底板由粘土、亚粘土构成。含水层埋深与隔水顶底板埋深由南向北逐渐增大，自流水水头由南至北由高于0.5m至高于9.98m。据第二水文地质大队SK12钻孔资料，在揭露的250m深度范围内，有四层自流水含水层，含水层厚度10~30m ，隔水顶板埋深120~180m，自流量2~12 l/s。就整个自流水分布区而言，东西部自流水较中部丰富，在180m以下埋藏的自流水含水层富水性较好，180m以上富水性相对较弱。渗透系数为1.22~5.06m/d，平均2.39m/d，单井出水量为51.2m3/d。

综上所述：通过钻孔揭露岩性可以得出，项目区域地下水类型为第四系松散岩类孔隙水，地下水埋深大于85m，已有钻孔揭露深度253m内，岩性为砂卵砾石地层。区内地下水补给条件好，含水层渗透系数较大，地下水埋深虽较大，但对于本次供水工程来说仍是建设机井较好的地带。

2.2 区域地下水补径流排特征

2.2.1 地下水的补给

源于天山北麓受冰雪融水与大气降水补给的头屯河、三屯河，汇集山区各支流沿河道源源不断地向山前流泻，在河流出山口后便发生大量渗漏，成为扇区地下水主要补给来源，这种补给有以下三种方式：

1）扇顶丘陵地带：两河河床中出露中、下更新统半胶结冰水沉积砂岩、砂砾岩和砂质泥岩三层，砂岩砂砾岩具有一定的透水性。如位于头屯河山口处Ⅱ级阶地上的八一钢铁厂附近便可见Ⅱ级阶地上的地表水通过该层向下渗透，在河岸坡脚下以泉的形式出露，便是一个极好的例证。当地表水流径该层时渗透补给该层的层间孔隙裂隙水，再通过山前隐伏断裂从深部直接补给扇区地下水。

2）从两河山区水库至渠首站之间，河流流经全新统松散的卵砾石层，地表水以垂直渗漏和侧向排泄方式，大量补给地下水。据两河水管处观测资料，头屯河渗漏率为9.54％，三屯河渗漏率为22.1％。

3）山前倾斜平原的引水系统，干、支、斗、农渠几乎将两河所有的河水引入各灌区，在引水过程中，这四级渠系的渗漏，是扇区地下水重要的补给来源。

区域地下水位等值线及其地下水流向图

2.2.2地下水径流

如前所述，在乌一伊公路以南冲洪积扇中上部，含水层岩性为卵砾石、砂砾石，径流条件良好。地下水以平缓的坡度向扇缘方向运移，潜水等水位线相对稀疏，水力坡度为 3.53‰，平均为3.75‰。乌一伊公路以北随着含水层颗粒变细和细颗粒夹层、透镜体的出现，含水层的导水性减弱，地下水径流条件变差，水力坡度变小，则为1.96‰,平均为1.69‰。细土平原区含水层颗粒更细，地下水径流条件更差，平均水力坡度为3‰。地下水的总体流向为NNE。由于受隐伏构造和岩性的影响，在乌一伊公路以北转为NE向（工作区东部）和NNW向（工作区西部），受人工开采的影响，在局部小范围内改变了地下水的天然径流特征。如在昌吉市毛纺厂一带形成一个开采降落漏斗，地下水的流向局部发生了变化。

2.2.3 地下水排泄

项目建设区地下水埋深大于100m，属地下水补给径流深埋区，地下水排泄主要为侧向排泄和地下水人工开采两种形式。

乌伊公路以北，潜水在冲洪积倾斜扇缘沟谷和低洼处以泉和沼泽形式排泄。由于大量开采地下水，区域水位下降，上世纪60年代以前存在的地下水溢出带已不明显，泉水几乎断流，仅在局部低洼处地下水以蒸发或蒸腾的形式排泄。在滨湖、佃坝乡等地，这些区域地下水以人工开采、地下水侧向排泄为主。

2.3 地下水水化学特征

地下水的化学成份是自然地理、水文地质条件的综合反映。河水化学性质对地下水化学成份有决定性影响，同时又受地质环境的制约。在扇的中上部含水层岩石颗粒粗大，径流条件好，水交替强烈，在这里地下水的矿化度均小于0.5g/l，水化学类型为HCO3·Ca·Na型水，向下游冲洪积扇的两侧及前缘，含水层岩石颗粒逐渐变细，并出现细颗粒夹层和粘土，径流条件变差，水交替作用逐渐滞缓，地下水矿化度一般0.5~1.0g/l，水化学类型依次为HCO3·SO4·Ca·Na型水，SO4·HCO3·Ca·Na型水，SO4·Ca·Na型水。

项目建设区地下水水质优良，矿化度低，总硬度不大，低于生活饮用水水质标准。尤其是头屯河流域上中部地区，地下水可用于各种目的的供水水源。收集论证建设区地下水质简分析资料进行分析得出，区内地下水水化学类型为HCO3·SO4·Ca，矿化度为438g/L，pH值为7.4，地下水质较好。

2.4 区内地下水动态

自然与人为因素是影响地下水动态的两大因素。通过分析，昌吉市农业灌溉用水占总用水量的91%，其中地下水开采量1.65×108m3占总用水量的35%。受流域上下游水资源量的差异，昌吉市地下水开发有三个特征：

1）在冲洪积扇上部引灌地表水为主，地下水提取量很少，所以地下水动态受自然因素控制，人为影响因素不大。

2）在冲洪积扇中部，即沿乌伊公路两侧地区的农场、乡以引用地表水及提取地下水进行灌溉农业，且昌吉市城区位于此处，工业用水地下水提取量较大，地下水动态主要受人工开采影响，在曲线上呈现V字型。

3）冲洪积扇下部多为荒漠地带，有众多的小农场及兵团农场在此处分布，该处农业灌溉用水以提取地下水为主，且开采量又大，则地下水动态受人为开采因素影响，地下水位呈逐年下降趋势。因此，水文及人工影响决定了昌吉市地下水动态的基本情况。

综上分析，项目建设区处于头屯河流域中上游，靠近河道，地下水动态介于为水文型和人工开采型之间，区内地下水受上游侧向补给和河道渗漏补给影响较大，下游区域地下水超采对其影响相对较小。

3 研究区水资源开发利用

1）供水工程现状：经过近50年来的发展建设，昌吉市基本形成了以三屯河、头屯河水系为主的东西两大输水水利枢纽等灌区配套工程。

2）水资源利用：昌吉市用水量按用途分为：农业用水、工业用水、城镇生活及农村用水。现状年昌吉市地表水和地下水利用总量为3.08+2.11=5.18×108m3。其中：昌吉市农业灌溉用水占总用水量的91%，工业用水占总用水量的5.8%；城镇生活用水量占总用水量的2.3%；农村生活占总用水量的0.6%。

3）现状年用水水平分析：研究区综合用水水平主要以人均用水量和万元GDP用水量等指标来反映。现状年2010年昌吉市万元GDP（当年价）用水量270.5m3；人均用水量为1 144.2m3；万元产业工业增加值用水量为74.9 m3；农业综合亩均用水量364.6 m3/亩；城镇综合生活用水指标127.7L/人·d；农村居民用水指标72.1L/人·d。

4 结论

1）项目建设区巨厚的第四纪沉积物，为地下水的储存、运移提供了良好的空间，区域埋藏着丰富的孔隙潜水。头屯河与三屯河冲洪积扇相互叠置而成的山前倾斜平原，具有干旱－半干旱区山前冲洪积扇的一般水文地质规律。

2）项目建设区主要接受天山北麓受冰雪融水与大气降水补给；地下水的总体流向为NNE；项目建设区地下水埋深大于100m，属地下水补给径流深埋区，地下水排泄主要为侧向排泄和地下水人工开采两种形式。区内地下水水化学类型为HCO3·SO4·Ca，矿化度为438g/l，pH值为7.4，地下水质较好。

3）昌吉市用水量按用途主要包括农业用水、工业用水、城镇生活及农村用水。现状年昌吉市地表水和地下水利用总量为5.18×108m3。其中：昌吉市农业灌溉用水占总用水量的91%，工业用水占总用水量的5.8%，城镇生活用水量占总用水量的2.3%，农村生活占总用水量的0.6%。

[1] 李庚雷, 孙桂喜. 南票区节水增粮工程取用水水资源论证分析[J]. 地下水, 2016, 38（1）:92-93.

[2] 温明星. 建设项目取用水水资源论证分析[J]. 江西建材, 2014（3）:240-240.

[3] 李兵, 冯谦诚, 刘向华,等. 造纸项目水资源论证取用水合理性分析[J]. 南水北调与水利科技, 2009, 7（5）:111-113.

[4] 王琮璞. 背压机组热电厂建设项目水资源论证取用水合理性分析[J]. 科技创新导报, 2010（2）:75-76.

[5] 桂昭, 黄忠文, 谭炳卿,等. 纺织行业建设项目水资源论证取用水合理性分析[J]. 水利科技与经济, 2014, 20（3）:17-21.

[6] 王生鑫, 包淑萍, 陈丹,等. 建设项目水资源论证取用水合理性分析—以中粮宁夏某葡萄酒及配套种植基地项目为例[J]. 中国水利, 2014（1）:19-21.

[7] 潘丽媛. 莱芜电厂水资源论证分析研究[D]. 山东大学, 2010.

[8] 周飞. 建设工程项目水资源论证中合理取水量研究[D]. 河北农业大学, 2015.

[9] 张晓芬. 项目绿化用水水资源论证分析—以东方（厦门）高尔夫乡村俱乐部为例[J]. 水科学与工程技术, 2017（3）:68-71.

[10] 程建秋. 煤化工业园区水资源论证分析[J]. 陕西水利, 2015（4）:107-109.

Hydrogeological Condition of the Workers’ Residential Area of the Xinjiang Special Electric Change Engineering

LI Xue-ni

（The First Hydrogeological and Engineering Geological Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, Ürümqi 830091）

This paper has a discussion on hydrogeological condition of the workers’ residential area of the Xinjiang special electric change engineering based on regional hydrogeological condition and exploitation of groundwater based on meteorological, hydrogeological, geomorphic and geological conditions in Changji, Xinjiang. The study indicates that tremendous Quaternary deposit at the project site provides good space for storage and migration of groundwater, abundant pore underground water occurs in this region, groundwater is recharged from ice and snow water and meteoric water at the north piedmont of the Tianshan Mountains, total flow direction of the groundwater is NNE-trending, the groundwater is discharged by lateral discharge and human mining. The groundwater in Changji is used in industry and agriculture and as drinking.

s: groundwater; hydrogeological condition; exploitation of groundwater; Changji

2018-03-29

李雪妮（1981- ），女，河南省淮阳县人，高级工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质方面的工作

P641.1

A

1006-0995（2018）04-0666-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.04.029