摘要：文章通過對石河子市南山水泥廠所在洼地區(qū)含水層水文地質(zhì)特征的勘探及研究，提出了擬建人飲工程的可行性及取水方案，估算了研究區(qū)地下水資源量，進行了提水保證分析，解決了南山水泥廠的生活用水問題。

關(guān)鍵詞：南山水泥廠；供水改造工程；勘探方案

中圖分類號：TU991文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）09-0124-03

一、概況

新疆石河子市南山水泥廠位于天山北麓中段的石場鎮(zhèn)所處的山間洼地內(nèi)，多年來居民生活用水一直沒有保證。在建廠初期，該廠生產(chǎn)及生活用水均引用區(qū)內(nèi)唯一的水系——水溝地表來水，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大和人口的增加，用水量猛增，但地表來水量年際變化不大，從而使供需矛盾日益突出。從1963年開始，該廠即著手進行水溝引水管道的鋪設(shè)，截至1995年，經(jīng)過幾次擴建延續(xù)，引水管道已延伸至水溝上游東大塘一帶，鋪設(shè)長度近10km。同時在廠區(qū)所處的洼地內(nèi)嘗試進行地下水的開發(fā)利用，用于生活及補充生產(chǎn)用水，但區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)普遍較差，水量也較小，居民生活用水仍處于極度困難狀態(tài)。為保證居民生活用水，最經(jīng)濟、有效的措施則是尋求合適地段，進行適合生活飲用的地下水的開采。

由于研究區(qū)處于山間洼地內(nèi)，四周均為中低山丘陵區(qū)，地下水埋藏與賦存條件復(fù)雜，而在以往的研究過程中，多有鑿井失敗的先例，同時該區(qū)未進行過系統(tǒng)的水文地質(zhì)勘探資料，對含水層巖性、結(jié)構(gòu)認識不足，在該區(qū)是否能提取適合飲用的地下水是該項目建設(shè)的主要問題之一。而本次研究之后所提出的布井方案及單井設(shè)計，在隨后的項目實施中則得到了有效、準確的驗證，從根本上解決了該廠存在幾十年的生活用水難的問題，在此有必要對本次研究做一總結(jié)。

二、主要勘探方案及勘探結(jié)果

廠區(qū)及生活區(qū)主要本次勘探首先收集了研究區(qū)已有機井的地層資料，并在現(xiàn)狀可運行的機井中進行了抽水試驗。同時采用視電阻率測深、面波及折射波等綜合物探手段，以剖面控制為主，平面控制為輔的原則（如圖1所示），對其水文地質(zhì)條件進行研究。

勘探結(jié)果為：研究區(qū)上部為第四系松散覆蓋層，下部則為侏羅紀基巖。第四系覆蓋層為全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)地層，巖性以含土卵礫石、砂礫石及塊石為主，但含土量較高。厚度普遍較薄，在0m～70m之間，隨地形與下伏基巖起伏而變化較大，但總體呈西部薄東部厚的態(tài)勢，西側(cè)水溝溝口北側(cè)一帶覆蓋層也相對較厚?？傮w富水性與水質(zhì)均較差，就富水性而言東部好于西部，就水質(zhì)而言西部好于東部，南北方向則變化不大?，F(xiàn)狀區(qū)內(nèi)使用的西部的J1機井及東部的J3機井出水量分別為12.8m3/h與51.4m3/h，水質(zhì)礦化度分別為0.82g/l與1.62g/l，硫酸鹽含量均超標，其中J3礦化度、總硬度、硝酸鹽及砷也都超出了生活飲用水的限量值。

從電測深結(jié)果來看，研究區(qū)的的中部及北、西、南部為低阻分布區(qū)，ρs值一般小于40Ω·m，為基巖淺埋區(qū)，其它地區(qū)視電阻率值較高，一般大于60Ω·m，在中學(xué)北部、基建隊、副業(yè)連等區(qū)域甚至大于130Ω·m，說明這些地帶基巖埋藏較深，第四紀松散覆蓋層較厚，具備較好的儲水條件。

三、水文地質(zhì)條件

（一）地下水的賦存規(guī)律

通過物探平面及剖面成果的分析來看，在中學(xué)北部的運動場、副業(yè)連、基建隊等區(qū)域，地層電阻率最高，最大可達150Ω·m，說明這些地帶的地層顆粒最粗，且厚度大，具備較好的儲水條件，可望獲得較大的出水量，但據(jù)現(xiàn)有機井水質(zhì)分析資料來看，地下水礦化度大于1g/l，水質(zhì)較差。

在研究區(qū)西部水溝溝口至養(yǎng)路段一帶，地層電阻率也相對較高，最大在90Ω·m左右，說明地層顆粒也相對較粗，并具有較大的厚度，亦具備一定的儲水條件，但從其電阻率較下游低的特征分析來看，該地段砂礫石含土量較高，并具有弱膠結(jié)性，故其出水量可能偏小。

（二）含水層特征及富水性

區(qū)內(nèi)沉積地層為：淺表層為厚約1m～2m的粉土，其下為砂礫石、卵石及塊石，含土量高。該層厚度變化較大，受地形和底部基巖起伏控制，但總體由西向東漸厚，西部現(xiàn)代河床可見有基巖出露，向東至醫(yī)院一帶厚度可達70m。南北方向變化也較大，從視電阻率平面圖可以看出，在學(xué)校以西，在工作區(qū)中部有一東西向發(fā)育的背脊狀基巖凸起體，其南北兩側(cè)第四系覆蓋層相對較大，在學(xué)校十字路以西300m處，厚度可達60m，如前所述該處推測有水溝古溝床發(fā)育，再向四周則逐漸變薄，基巖直接出露。

據(jù)前人資料，本區(qū)基巖裂隙水十分貧乏，就研究區(qū)生產(chǎn)及生活用水而言，基巖裂隙水不予考慮。區(qū)內(nèi)第四紀松散堆積層中賦存的孔隙潛水，其水位埋深在水溝溝口J1機井實測為19m，向東至八連機井，水位埋深28.99m，再向東由于地勢的漸低及東部基巖山體的阻擋，水位埋深漸小，在醫(yī)院一帶，水位埋深為25m左右，至最東端沙灣煤礦機井，水位埋深為18.75m。從富水程度而言，整個工作區(qū)由于含水層含土量高，富水性較差，但東部明顯好于西部。表1列出了本次進行的兩組抽水試驗資料。

（三）地下水的補給、徑流與排泄

研究區(qū)孔隙潛水獲取基巖裂隙水的補給是極其微小的，而區(qū)內(nèi)由于地形坡降很大，匯水面積不大，故大氣降水入滲補給孔隙潛水的量也不大。本區(qū)孔隙潛水主要靠水溝匯流的冰雪消融水和雨水沿河道滲漏后，在研究區(qū)西部水溝溝口以潛流形式側(cè)向補給。地下水流向大致自西向東，地下水排泄除區(qū)內(nèi)少量人工開采外，均通過谷地東北角溝谷（水溝）以側(cè)向流出的方式排向下游。

四、宜井區(qū)的選擇及機井布置

宜井區(qū)的確定遵循以下原則：

1．機井應(yīng)布置在地下水補給條件及開采條件最優(yōu)的地區(qū)，即地下水埋藏較淺、水量較豐富、水質(zhì)較優(yōu)、易于開采地段。

2．機井位置應(yīng)設(shè)置在地形較高的地方，以便于利用自壓進行管道輸水。

3．工程建成運行后，對環(huán)境的不利影響較小的原則。

依據(jù)以上原則，結(jié)合前述水文地質(zhì)條件論述，確定兩處宜井區(qū)。一為學(xué)校十字路口以北300m，即操場一帶，該處第四系覆蓋層厚，含水層巖性以含土砂礫石為主，靜水位埋深在25m左右，含水層厚度可達40m，水量較豐富，但水質(zhì)較差，同時所處地勢偏低。二為石場河谷谷地西緣水溝溝口北岸菜地一帶，該處第四系覆蓋層也較厚，含水層巖性以砂礫石為主，含泥量高，靜水位埋深約20m，含水層厚度在35m左右，該處水質(zhì)較好，所處位置地勢也較高，但據(jù)在鄰近J1機井進行的抽水試驗，出水量偏小。

鑒于本次工作是以解決水泥廠生活用水為目的，應(yīng)在水質(zhì)保證的基礎(chǔ)上再考慮水量，故推薦上述第二處宜井區(qū)，即在水溝溝口布設(shè)機井。井?dāng)?shù)1眼，井深設(shè)計為60m，井徑426mm，單井出水量為25m3/h，按該廠350m3/d的需水量進行開采，年開采量為12.78×104m3/a。

五、地下水資源量概算

研究區(qū)地下水的補給源主要為水溝的潛流補給，因此可用水溝的潛流量近似替代本區(qū)地下水資源量。

河床潛流量是指，當(dāng)河床有松散沉積物發(fā)育時，其河床沖積層內(nèi)地下水的徑流量。采用達西公式計算。

Q潛流 = K·I·A·t

式中：

K：計算斷面含水層平均滲透系數(shù)(m/d)；

I：地下水力坡度；

A：河谷含水層斷面面積（m²）；

t：計算時期（d），t=365d。

由在溝口進行的物探電測深工作分析，在水溝溝口黃土層下伏地層巖性為含土砂卵礫石，其滲透系數(shù)（K）可參照在溝口下游約200m處J1機井中進行的抽水試驗確定；水力坡度近似取溝谷縱坡坡度；河谷含水層斷面面積則從物探電性剖面圖上量取確定。由此計算出水溝溝口斷面處河谷潛流量計算結(jié)果為22×104m3/a。

六、提水量保證分析

水溝地表徑流無實測資料，其水源由兩部分組成，其一為其本身徑流，據(jù)石河子市水文水資源局類比資料約250×104m3/a；其二為灌溉期時151團從鄰近達子廟水系調(diào)水量約536.11×104m3/a，該水量于東大塘一帶與水溝水系匯流，匯流后一部分在水泥廠取水口通過長近10km管道或暗渠向水泥廠供水，另一部分則沿溝床下泄，在水溝溝口上游近1.5km處，151團引部分水用于該團部分連隊灌溉，余水則繼續(xù)沿自然溝床排向下游。由于農(nóng)業(yè)灌溉的季節(jié)性，同時鑒于冬季渠道過水的安全考慮，達子廟水系在冬季并無水量匯入水溝，由此在冬季時水溝水在通過上游取水口引水后，在溝口已基本無明流。也就是說在冬季溝口的潛流量的大小其實決定于取水口處的潛流量大小，以及取水口至溝口近10km長的溝段兩側(cè)基巖裂隙水及泉水的匯流量的大小。

在水溝水泥廠取水口一帶，石河子地區(qū)勘測設(shè)計隊曾于1975年7月進行過物探電測工作，根據(jù)該資料，可計算出水溝取水口處日潛流量為825m3/d，加上從取水口至溝口沿途基巖裂隙水及泉水匯入，即使是冬季，在溝口其潛流量即或是較上游有所削減，但對于水泥廠要求350m3/d的需水量仍將是滿足的，因此提水量可以得到保證。

七、結(jié)論

通過對研究區(qū)水文地條件的分析，得出如下結(jié)論：

1．研究區(qū)含水介質(zhì)以卵礫石、砂礫石為主，但含土量普遍較高。富水性與水質(zhì)總體較差，就富水性而言，東部優(yōu)于西部；就水質(zhì)而言，西部好于東部。地下水主要受水溝潛流補給，在河谷谷地東緣的東北角通過水溝溝谷側(cè)向徑流排泄。

2．通過水文地質(zhì)研究工作，確定河谷谷地西緣水溝溝口北側(cè)菜地附近為人飲工程初選井位。布設(shè)機井1眼，井深設(shè)計為60m，井徑426mm，單井出水量為25m3/h。

3．通過對水溝溝口進行潛流計算及取水保證分析，水溝溝口潛流量22×104m3/a，日潛流量大于600m3/d，可滿足350 m3/d生活供水要求。

參考文獻

[1]馬仲民，王東．石河子市南山水泥廠供水改造工程水文地質(zhì)勘察報告[R]．新疆兵團勘測規(guī)劃設(shè)計研究院地質(zhì)勘察分院，2007．

[2]張瑞民．新疆沙灣縣寧家河流域規(guī)劃地表水資源評價．新疆石河子水文水資源勘測局，2005．

作者簡介：馬仲民（1973－），男，甘肅皋蘭人，新疆兵團勘測規(guī)劃設(shè)計研究院地質(zhì)勘察分院工程師，研究方向：水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘察設(shè)計。