蒋大虎

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第八地质大队，新疆 阿克苏 843000）

新疆西天山地区作为新疆的矿产主要分布区域之一，有着丰富的矿产资源，区内包含阿希大型金矿、卡特巴阿苏大型金矿、托克赛铅锌矿床等大型矿床，该区矿产资源的开采情况也十分可观。但近年来，该地区矿产资源的大规模开发利用，导致了新疆西天山地区在对矿区资源进行开采冶炼时，产生大量携带着重金属元素的废水。这些废水进入到地下水中，会为矿区的水环境带来严重的影响。地下水具有隐蔽性和难恢复性的特质，因此在对矿区进行勘探以及开采的作业中，对于地下水的污染情况难以被发现，且一旦破坏，恢复到原来的状态需要经过很长一个周期[1]。因此，对于矿床的水文地质特征以及地下水环境的研究，可以更好地揭示地下水与矿区环境的相互作用机制，在地下水环境评价以及地下水污染的防治等方面，都有着一定的理论意义和应用价值。

1 新疆西天山地区矿床地质概况

新疆西天山地区指的是位于奎屯南的北天山与库车北的南天山间的广大地区，其构造位置处于哈萨克斯坦-准噶尔板块与塔里木板块的结合部位。该地区的气候种类为北温带大陆性气候，降水量较为充足，夏热冬冷，昼夜温差大，年降水量500mm～700mm，多年平均蒸发量达800mm～1100mm[2]。该地区的降水集中在夏季，是新疆降水量最高的地区。区内地下水主要接受大气降水和区外侧向径流的补给，分别以直接或间接的方式渗入补给基岩地下水。基岩区以北赋存第四系松散岩类孔隙水，主要含水层包括中更新统、上更新统和全新统含水层。

2 研究区内大型矿床的水文地质特征

2.1 地下水的含水层

根据地下水的赋存条件、地层岩性等条件，可将新疆西天山地区的大型矿床的矿区地下水分为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。其周边河流分布水系图如图1 所示。

矿区西侧及矿区南侧分布着第四系松散岩类孔隙水，其地下水埋深浅，粘土矿物含量低，容易造成地下水污染。含水层厚度约20m，主要由冲积砂卵石组成，涌水量为17.28m3/d～51.81m3/d，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg 型水。

基岩裂隙水又分为喷出岩类裂隙水和碎屑岩类裂隙水。前者主要分布在矿区的西部及南部、河道两侧，赋存孔隙潜水，主要储存位置为砂岩裂隙水含水层和灰岩岩溶水含水层。从矿区中部至两侧，其沉积厚度由厚变薄，水量分布极不均匀，水质差，矿 化 度1.48g/L～1.73g/L，pH 值7.6～8.0，属SO4·HCO3·Cl—Ca·Na·Mg 型水。后者常见于矿区中部，由于在风化带下，砂岩夹凝灰岩、凝灰质砂岩等碎屑岩类岩石有着较好的完整性，因此起到了相对隔水的作用，流量最小为9.24m3/d，最大为130m3/d，水质好，矿化度小于0.5g/L，pH 值7.0～7.5，属HCO3·SO4—Ca·Mg·Na 型水。

2.2 地下水的补、径、排

图1 新疆西天山地区周边河流分布水系图

新疆西天山所处位置为内陆地区，该地区大型矿床的地下水的补给来源主要为大气降水。该地区存在着大、小阿希河的分水岭，由于地势的差异，降水易形成地表径流，等水线稠密，水力坡度增大，地下水径流交替积极。基岩裂隙水补给区与径流区一致，但接受大气降水的入渗补给并不均匀。该地区河床中的孔隙潜水，主要来源于大气降和周边变质岩裂隙潜水的补给，局部地段承压水部分补给潜水。

矿区地下水从大、小阿希河分水岭分别向其下游径流排泄，地下水径流在各地层中以顺层流动为主，或以蒸发的形式渗透于第四系地层中排泄，或沿河谷向下游径流排泄。分水岭两侧冲沟众多，地下水可以每条冲沟之间的次一级分水岭，向沟谷中径流持续排泄，形成溪流，向深部径流排泄，局部流向次一级河流支流，并形成了相应的水流子系统。

3 地下水环境质量评价

矿产资源的开采对地下水的水质、水量及地下含水层都产生了一定的影响，造成了一定程度的破坏，因此，建立地下水环境质量评价模型，选出适用于本地区乃至可以拓展到可适用于整个矿区开采行业的评价方法，为矿区水环境的改善以及发展趋势的预测提供更为有力的辅助与参照。

3.1 地下水环境质量评价方法

本文采用模糊综合评价法，将评价中的影响因素通过影响权重和对各个级别的隶属度进行定量处理，对研究对象作出评价，建立不同级别下地下水的隶属函数，确定隶属关系[3]。建立过程中根据水质用途划分水质等级，确定各组分对该组地下水的影响权重，进而根据隶属关系与权重来确定地下水水质评价结果。

Ⅰ级水（j=1）的隶属度函数为：

Ⅱ级至Ⅳ级水（j=2～4）的隶属度函数为：

Ⅴ级水（j=5）的隶属度函数为：

式中：Sij 表示第i 个影响因子作为第j 级标准下的标准值；Gki 为第k 组水样i 种水质影响因子的实测值。

根据式（1）～式（3）可以求出各级水质标准情况下各影响因子的隶属度。由此可以确定模糊矩阵R 为：

各影响因子权重的确定：

式中：Wi 表示第i 种影响因子的权重；Gi 表示第i 种影响因子的测试值；Si 为第i 种影响因子标准值的平均值。根据式（1）～式（5），可最终得出判别地下水质量的综合模型：B=WR。

3.2 地下水环境质量评价结果

通过对矿床开采的各个环节进行产污分析可知，矿区地下水的主要污染来源物质有两个，分别为含有大量氰化物的固体废渣以及含有氨氮化合物、氰化物的液体污染源。本实验选取pH、钠、氯离子、硫酸盐、氟化物、总硬度、溶解性总固体、锰、六价铬、铁、耗氧量（CODMn）、氨氮（以N 计）、硝酸盐氮（以N计）、亚硝酸盐（以N 计）共14 个影响因子来评价矿区地下水水质。将地下水环境质量评价分为5 个等级，按照《地下水质量标准》，确定本评价方式的地下水质量分类标准。

取新疆西天山大型矿床地下水水样，根据模糊综合评价原理和上述计算结果对模糊关系矩阵和权重矩阵进行复合计算，得到模糊综合评价子集。计算采用“取小取大模型”，即“M(∪，∩)模型”。∪和∩分别为模糊集的并与交，该模型是按小中取大的原则进行评判，∪表示取大，∩表示取小。按最大隶属原则确定某样本的水质类别，模糊集最大值所在的类别为该样本归属的水质类别。对该区地下水水样的水质进行模糊综合评价，评价结果如表2 所示。

表1 地下水水样水质模糊综合评价结果

根据表1 的模糊综合评价结果，结合地下水质量分类标准，得出该区域水质的空间分布情况，如图2 所示。

图2 地下水水质综合评价图

观察分析表1 和图2 可以得出，该区地下水的重污染区域分布范围较小，多以Ⅱ级水为主，其次为Ⅲ级水，可见该区域大部分地区地下水的污染程度较轻；水环境质量较差的地区主要集中于尾矿库和环保库附近，为V 级水平，该区域的主要污染因子是氨氮和氰化物；水源地周围处于Ⅱ级水平，水质良好。此外，受到地质因素的影响，该区域地下水总硬度、溶解性总固体等指标也不同程度地存在着超标的问题。

4 结束语

本文对新疆西天山大型矿床的水文地质特征及地下水环境质量评价进行了研究，以新疆西天山大型矿床的水文地质特征为基础，建立了地下水环境质量评价模型，对新疆西天山大型矿床的水环境质量进行了评价。评价结果显示，矿区地下水环境的质量与矿区的开采情况息息相关，有些区域污染程度较为严重，因此矿区作业在利用水资源的同时也要注意水资源的保护。