从施工水文地质勘查孔看乌鲁木齐北部平原水质及变化

王拓 李崇博 郝应龙

摘   要：通过水文地质鉆探，抽水试验、样品分析等手段，结合前人资料，查明了乌鲁木齐北部平原内水文地质岩性结构、地下水分布状态，不同富水地段含水层特征参数等，并对地下水水质进行了评价。结果显示：评价区内赋存丰富的第四系松散岩类孔隙水，由单一结构潜水向双层或多层结构潜水、承压水演变。评价区潜水和浅层承压水质量等级为Ⅳ类或Ⅴ类，超标项目主要为硫酸盐、溶解性总固体、总硬度，较深层承压水质量等级为Ⅱ类。评价区浅层的潜水或承压水水质较差，较深层的承压水可作为理想的饮用水源。

关键词：乌鲁木齐;水文地质条件;地下水;水质评价

近年来，国家的一带一路战略实施，乌鲁木齐市城市发展加快，地下水开发强度也不断加剧，地下水位也逐年下降，水质恶化。严峻的水资源短缺和污染状况威胁着乌鲁木齐市的用水安全。本文在充分收集已有乌鲁木齐市水文地质资料和乌鲁木齐市近年来地下水开发利用现状的基础上，结合近年来的研究成果，通过在乌鲁木齐河谷平原中下游施工的7眼水文地质钻孔，在对评价区内的水文地质岩性结构、地下水分布状态，不同富水地段含水层特征参数，水化学特征等进行了调查的基础上，对地下水水质进行了评价。

1  评价区概况

评价区为乌鲁木齐河谷平原中下游，南部边界为乌鲁木齐市沙依巴克区北站，东北边界为米东区西工新村，西北边界为新市区安宁渠镇，面积约为230 km2，行政区划隶属于新疆乌鲁木齐市。海拔570～800 m，有被近EW向低山丘陵和近NS向黄土斜梁残丘分割而成的高低起伏的地貌。

乌鲁木齐市地处欧亚大陆腹地，属温带大陆性干旱气候。具温差大，寒暑变化剧烈，降水量少，且分布不均，蒸发强烈，干燥多风等特点。涉及到评价区的水系主要有乌鲁木齐河水系和水磨河水系。乌鲁木齐河河水出山口后被渠道引走，河床断流。目前乌鲁木河向下游平原输水的和平渠、青年渠也已多年断流，水量均消耗于市区。水磨河是乌鲁木齐河水系的一条泉水河，发源于博格达山西麓山前低山，由灰岩、白云岩裂隙溢出的泉水汇流而成，多年平均径流量0.36×108 m3。

评价区内广泛出露第四系，可划分出上更新统和全新统。上更新统冲洪积层主要分布于乌鲁木齐河两侧一、二级阶地及各大沟谷形成的山前冲洪积扇上，由松散的冲洪积砂砾石、砂质粘土组成。全新统冲洪积层分布于乌鲁木齐河的一级阶地及现代河床中，一级阶地上为砂砾石层及含砾砂土层，砾石成分复杂，磨圆度中-较好，多呈次圆状。第四系总厚度约600 m，不同地段厚度变化较大。总体上由南向北沉积物颗粒由大变小，厚度逐渐增大。评价区内主要断裂有：乌鲁木齐河断裂、石化-八钢隐伏断裂、碗窑沟断裂，区域断层以逆断层为主。石化-八钢隐伏断裂，物质组成为第四系松散堆积物，且第四系厚度变化大，长35 km，NE向展布，穿越整个评价区。

2  水文地质条件

2.1  含水层特征及分布

据钻孔资料和前人研究成果确定评价区内赋存丰富的第四系松散岩类孔隙水，由南向北第四系含水层颗粒由大变小，评价区南部含水层厚度为8～25 m，向北部逐渐变厚，可达600 m，含水层岩性卵砾石、砂砾石层夹细砂层，由单一结构潜水向双层或多层结构潜水、承压水演变，总体富水性为丰富、极丰富，地下水化学类型主要为SO4·CL-Na·Ca型，矿化度为0.5～3.5 g/L。

sk1孔位于石化-八钢隐伏断裂附近，地下水在该断裂附近存在跌水现象，于地面下115.77 m处钻探揭露到了断层破碎带，揭露了第四系松散岩类孔隙潜水含水层，潜水埋深为115.58 m，含水层岩性为砂砾石，含水层厚约0.19 m，富水性极弱，未进行抽水试验，根据所采水样得知地下水类型为SO4·CL-Na型，溶解性总固体0.899 g/L。

sk2-sk5布置在评价区北部，除sk2揭露了承压水层外，sk3、sk4、sk5钻孔揭露的均为潜水含水层，含水层岩性均为砂卵砾石。sk2孔潜水水位为40.98 m，含水层厚72.80 m，渗透系数3.31 m/d，单井涌水量为484.79 m3/d，水化学类型为SO4-Mg·Na型，溶解性总固体0.888 g/L;sk2孔揭露的承压水水位40.93 m，含水层厚55.40 m，渗透系数26.16 m/d，单井涌水量为3 388.34 m3/d，水化学类型为HCO3·Cl-Ca·Mg·Na型，溶解性总固体0.267 g/L。sk3孔潜水水位110.87 m，揭露的含水层厚39.13 m，据非稳定流抽水试验得知，单井涌水量为8 425.04 m3/d，渗透系数142.86 m/d，导水系数5 590.0 m2/d，水化学类型为SO4·CL-Ca型，溶解性总固体1.044 g/L。sk4孔潜水水位65.97 m，揭露的含水层厚84.03 m，单井涌水量3 531.84 m3/d，渗透系数106.62 m/d，水化学类型为SO4·CL-Ca·Na型，溶解性总固体1.353 g/L。sk5孔潜水水位100.33 m，揭露的含水层厚99.67 m，单井涌水量为3 399.60 m3/d，渗透系数41.39 m/d，水化学类型为SO4·HCO3-Ca·Na型，溶解性总固体1.045 g/L。

2.2  地下水补径排条件

乌鲁木齐河谷平原地下水构成了一个完整的补、径、排系统，其补给来源主要接受南侧乌鲁木齐河及水磨沟上游地下水的侧向径流补给、水库渗漏补给、渠系入渗补给、乌鲁木齐河谷两侧大气降水和基岩裂隙水的侧向渗流补给、城市绿化用水的入渗补给等。地下水沿河谷向北径流，穿过红山构造缺口，受基底起伏和鲤鱼山翘起的影响，地下水分为两股，进入二宫和八家户新老河道，以地下径流泄入北部乌鲁木齐山前倾斜平原。

2.3  地下水化学特征

乌鲁木齐河谷平原由南向北，含水层颗粒变细，径流条件变差，地下水由径流带过渡至径流缓滞带和排泄带，水化学类型变化复杂。sk1孔地下水类型为SO4·CL-Na型，sk2孔潜水含水层为SO4-Mg·Na型，承压水含水层为HCO3·Cl-Ca·Mg·Na型，sk3孔为SO4·CL-Ca型，sk4孔为SO4·CL-Ca·Na型，sk5孔为SO4·HCO3-Ca·Na型。地下水化学成分复杂、化学类型多样。其复杂多变的特征不单是由于多水汇流形成，还与岩性、补给、污灌与过量开采密切相关。

2.4  地下水动态特征

评价区内地下水动态类型为开采型，水位变化受人工开采的影响较大。尤其在评价区北部，农业灌溉期到来时大量开采地下水，上游侧向补给、降水入渗、河渠入渗等补给不能平衡开采量，地下水位下降，形成区域水位降落漏斗，灌溉期过后地下水位会缓慢回升。2006—2014年，地下水位下降9.6 m。因此，应科学合理地开采地下水资源，防止和避免地下水公害的发生。

3  评价区地下水水质评价

本次调查在5个钻孔中分别取水样作了全分析测试，反映了最新的乌鲁木齐河谷平原中下游的水质状况。现依据化验分析分析的指标对各钻孔地下水质量进行评价，以及作为生活饮用水、一般工业锅炉用水、灌溉用水进行评价。

3.1  地下水质量评价

依据《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）对水质进行评价（表1）。

sk1孔水样为Ⅳ类水，Ⅳ类指标为钠离子和硫酸盐;sk2孔上层承压水水样为Ⅳ类水，Ⅳ类指标为总硬度和硫酸盐;sk2孔下层承压水水样为Ⅱ类水，水质好;sk3孔上层承压水水样为Ⅴ类水，Ⅴ类指标为总硬度，Ⅳ类指标为硫酸盐、溶解性总固体、硝酸盐;sk4孔水样为Ⅴ类水，Ⅴ类指标为总硬度和硫酸盐;sk5孔水样为Ⅳ类水，Ⅳ类指标为总硬度。

sk1、sk3、sk4、sk5孔的潜水和sk2上层承压水水质为Ⅳ类或Ⅴ类，而sk2孔下层承压水水质较好，说明评价区浅层的潜水或承压水水质较差，较深层的承压水可作为理想的饮用水源。

就取样分析的指标来看，超标项目主要为硫酸盐、溶解性总固体、总硬度。随着城市发展和对水资源的大规模开发利用，城区地下水质劣变，使下游水质受到影响变差。近年来水磨河沿岸的工矿企业排放污水，以及生活污水和城市垃圾废液的下渗，这些人类活动的影响是地下水质量变差的重要原因。

3.2  生活饮用水评价

依据《地下水质量标准》Ⅲ类及以上地下水为适宜的饮用水，Ⅳ类地下水适当处理后可作生活饮用水源，Ⅴ类地下水不宜作为生活饮用水源（表2）。

sk2孔下层承压水适宜作为饮用水源，sk1、sk2上层承压水、sk5孔地下水适当处理后可作生活饮用水源，sk3、sk4孔地下水不宜作为生活饮用水源。

3.3  一般锅炉用水水质评价

sk1孔地下水作为工业锅炉用水，属于锅垢很少、具软沉淀物、起泡的非腐蚀性水，可直接作为工业锅炉用水使用。

sk2孔上层水作为工业锅炉用水，属于锅垢较多、具硬沉淀物、起泡的腐蚀性水，需处理后方可作为工业锅炉用水使用。下层水属于锅垢较少、具硬沉淀物、半起泡的半腐蚀性水，需处理后方可作为工业锅炉用水使用。

sk3孔、sk4孔、sk5孔地下水作为工业锅炉用水，属于锅垢很多、具硬沉淀物、起泡的半腐蚀性水，需处理后方可作为工业锅炉用水使用。

3.4  灌溉用水水质评价

sk1孔地下水作为农田灌溉用水，盐度大于10，有碱度存在，存在盐碱害。浇灌不当时，土壤盐碱化，主要作物生长不好。

sk2孔上下层水和sk3孔、sk4孔、sk5孔地下水作为农田灌溉用水时，盐害起主导作用，水质属好水，长期浇灌对主要作物生长无不良影响，还能把盐碱地浇成好地（表3）。

4  结语

（1） 评价区内赋存丰富的第四系松散岩类孔隙水，由南向北第四系含水层颗粒由大变小，评价区南部含水层厚度8～25 m，向北部逐渐变厚，可达600 m，含水层岩性卵砾石、砂砾石层夹细砂层，由单一结构潜水向双层或多层结构潜水、承压水演变，总体富水性为丰富、极丰富，除部分山前地带外，单井涌水量一般1 000～7 000 m3/d·m，渗透系数3～13 m/d。

（2） 乌鲁木齐河谷平原由南向北，含水层颗粒变细，径流条件变差，地下水由径流带过渡至径流缓滞带和排泄带，水化学类型复杂。地下水化学类型主要为SO4·CL-Na·Ca型，矿化度为0.5～3.5 g/L。

（3） 评价区内地下水动态类型为开采型，水位变化受人工开采的影响较大。尤其在评价区北部，农业灌溉期到来时大量开采地下水，上游侧向补给、降水入渗、河渠入渗等补给不能平衡开采量，多年来地下水位呈下降趋势，应科学合理的开采地下水资源，防止和避免地下水公害的发生。

（4） 评价区潜水和浅层承压水质量等级为Ⅳ类或Ⅴ类，超标项目主要为硫酸盐、溶解性总固体、总硬度，较深层承压水质量等级为Ⅱ类。说明评价区浅层的潜水或承压水水质较差，较深层的承压水可作为理想的饮用水源。人类活动的影响是地下水质量变差的重要原因。作为一般锅炉用水，评价区南部地下水可直接作为工业锅炉用水使用，北部的潜水和承压水均需处理后方可作为工业锅炉用水使用。作为灌溉用水，评价区南部地下水存在盐碱害，必须注意浇灌方法，使用得当。北部地下水属好水，长期浇灌对主要作物生长无不良影响，还能把盐碱地浇成好地。

（5） 建议深层地下水的开发利用只用于生活饮用，工农业生产用水等应采取措施禁止开发利用。

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