济南泉水成因与保护研究

济南泉水成因与保护研究摘要：作为山东省省会的济南，是山东的政治、经济、科技、文化、教育、旅游中心，1986年被列入国务院公布的第二批历史文化名城。

[1]研究区地处泰山背斜北翼及黄河冲积平原，济南泉域是一个相对封闭的地下水系统。

现代地质工作者普遍认为济南泉水来源于南部山区裸露灰岩直接降雨入渗及第四系间接入渗，经过城区单斜灰岩，遇侵入岩隔水涌出地表。

本文通过研究市区地层，构造等区域地质环境及研究区自然地理概况浅析泉水来源，并了解各个部分在系统中的功能。

重点根据一系列资料通过补给、排泄平衡原理分析泉水影响因素，主要是重点补给区降雨量、间接补给区入渗补给、济东地下水人工开采等。

并提出一系列相对应的经过论证切实可行的保泉措施。

关键词：地层系统功能影响因素保泉措施济南七十二名泉享誉天下，[2]自古被誉为泉城。

市区有大小泉池百余处。

趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龙潭四大泉群[3]是济南泉水的主要组成部分，其他的则“隐居”于济南辖区内的其他地方。

其中趵突泉被誉为”天下第一泉”。

珍珠泉的景观更是被人们形容为”跳珠溅雪碧玲珑”。

泉水是济南重要的旅游资源，但是由于城市的发展，大量抽取地下水，导致地下水位连年下降。

本文通过对济南地区岩层结构，构造等地质条件的研究来判断整个地下水系统。

1水文地质条件中国全球岩溶分布广泛，南北方岩溶系统差异很大。

所谓岩溶系统是指有明确边界，以岩溶网络为介质，具有输入、储存、运移、输出、调节岩溶水物质、能量、信息功能，存在基本统一的水动力场，水化学场的岩溶地下水体系[4]。

根据地形地貌、地层岩性、地质构造等地质条件将济南划分三个水文地质区。

[5]黄河冲积平原孔隙水水文地质区，泰山背斜北翼岩溶水水文地质区和山前冲洪积平原孔隙水水文地质区。

1.1泉水系统边界条件系统南边界：地层岩性和地貌特征等确定。

西自岗新庄—桃花峪，经黄山顶至长城岭，东至东坞断裂。

系统北边界：通过地层岩性和水文地质条件确定。

基本以燕山期侵入岩和石炭、二叠煤层等透水性极差的岩石为界。

系统东边界：除小段区域外东坞断裂总体隔水性良好。

系统西边界：马山断裂总体隔水性好。

济南泉水系统为北方岩溶水系统典型代表，面积为1486km2。

[6]特殊的地形、地貌、构造等水文地质条件造就了独特的地质奇景。

1.2地层济南位于泰山穹窿的北翼，市南部低山丘陵带由太古界泰山群变质岩系组成，岩层总体倾斜向北，倾角5~12°。

由南向北基本上是一个以古生代地层为主体的向北倾斜的单斜构造。

[7]如图1—1图1—1岩层水文地质剖面图由南至北主要出露地层有：太古界泰山群：主要为混合花岗岩、片麻岩，分布于区域东南部。

太古界寒武系：呈东西向条带状分布于市中南部，岩性主要为页岩加石灰岩，其中张夏组以石灰岩为主。

奥陶系：分布于中北部，主要岩性为石灰岩、白云质灰岩夹泥灰岩。

石炭系：分布于济南市以北，成条带状东西向分布。

岩性主要为砂岩、砂质页岩、泥岩夹薄层灰岩。

二叠系：分布于济南市以北的广大地区。

岩性以陆相紫色、灰色砂岩、砾岩、泥质页岩，厚度不等。

与上覆第三系为角度不整合接触。

第四系：广泛分布于山前倾斜平原、北部黄河冲积平原及山间河谷地带。

成因类型以冲洪积为主，主要岩性为砂质粘土，粘质砂土、粘土，山前冲积扇有砂砾石层。

黄河以北岩性以粉质粘土、粉土、粉砂为主，局部中粗砂。

1.3研究区地质概况研究区分布南大沙河、北大沙河、玉符河、巨野河、绣江河和漯河并形成冲洪积层。

区内断裂有三组: 北北西向的东梧断裂、千佛山断裂、石马断裂、平安店断裂和马山断裂, 近南北向的炒米店断裂, 北东向的港沟断裂。

市境以北有齐(河) 广(饶)东西向隐伏大断裂。

2泉水成因现代地质工作者普遍认同，泉水主要来源于市区南部大气降水。

降雨渗入地下，顺单斜岩层北流，至老城区北部火成岩阻挡带形成承压水涌出地表，形成泉水。

山区以前震旦系变质岩为基底，上布有1000多米厚的寒武系和奥陶系石灰岩岩层。

岩层3～15°倾角向北倾斜，至市区埋没于第四系沉积层之下。

在漫长的地质年代，这些可溶性灰岩，经过多次构造运动和长期溶蚀，岩溶地貌发育，形成大量溶沟、溶孔、溶洞和地下暗河等，共同组成了能够储存和输送地下水的脉状地下网道。

市区北部为燕山期辉长岩——闪长岩侵入体，质地细密，岩质坚硬，隔水性能好。

千佛山断块西有通过纬一路的千佛山断层；东有穿过解放桥和老东门的羊头峪断层，这样就组成了东西北三面阻水岩体，构在了三面封闭的排泄单元。

南部山区，在灰岩出露和裂隙岩溶发育的地方，大气降水沿裂隙形成地下径流直接补给系统地下水，这是泉域系统岩溶水主要补给方式[9]。

超渗产流和蓄满产流转变为地表径流，通过第四系含水层和河床渗漏间接补给岩溶水。

大气降水形成的这些裂隙岩溶水，受太古界变质岩的隔阻，沿单斜岩层倾斜的方向，向北作水平运动，形成地下潜流，至城区遇到侵入岩岩体的阻挡和断层堵截，地下潜流大量汇聚，并由水平运动变为垂直向上运动，促进了岩溶发育和水位抬高，在强大的静水压力下，地下水穿过岩溶裂隙，在灰岩和侵入岩体的接触地带及第四系沉积层较薄弱处涌出地表，形成天然涌泉。

3泉水影响因素影响泉群最直接的因素就是地下水位。

黑虎泉出流水位标高为27.50m。

是四大泉群最难满足的。

趵突泉次之。

五龙潭泉口要求最低。

[10]只要黑虎泉正常喷涌，其他泉群就能满足出流水位，因此可以把地下水位影响因素来衡量泉水影响。

3.1降雨量影响济南的地下水主要为岩溶水，而济南泉域岩溶水系统的主要补给来源是大气降水入渗补给和地表水的补给，降雨量的大小直接影响到地表水的补给量。

由于近年来气候变化，总体趋势是降水量减少，地下水位标高减小。

（见表3-1）济南多年平均降雨量647mm，[11] 最大发生在1962年，降水量1194.50mm，泉水年平均流量高达50.18×104m3/d，全区平均水位31.54m。

1961年~1964年为济南地区丰水年，4年年均降水量达1059.25mm，期间地下水位平均31m以上，水流量年平均为44.88×104m3/d。

然而进入20世纪80年代，济南地区降水量较常年偏少，属干旱系列年份，而且降水偏枯年份出现几率增加。

特别是20世纪80年代出现连续干旱年份，年平均降水量不足600mm。

如1981年、1988~1989年降水量低于多年平均值。

其中1989年更是最小的308.00mm，大气降水入渗对地下水的补给严重减少，使地表水的径流量补给减少，造成1982、1988、1989三年趵突泉全年停涌。

1989年泉区水位的20.8m创历年最低。

[12]由此可见，降雨量是泉域岩溶水主要补给来源，也是影响泉水的最直接因素之一。

表3-1 数年泉域降雨量、水位、流量、断流时间3.2人为不合理开采由于人为大量开采地下水，使地下水量严重减少。

60年代初，市区地下水开采量小于10×104m3/d，平均水位在31.54~30.72 m，泉流量35.52~33.58×104m3/d；60年代末至70年代中期，地下水开采量由10×104m3/d 增加到27×104m3/d，年平均泉流量减少到15.22×104m3/d左右；七十年代末至八十年代初，市区地下水开采量由27×104m3/d增加到30×104m3/d，泉流量由15.22×104m3/d减少到10.48×104m3/d左右。

随着城市发展,大量开采岩溶水,改变了地下水天然流场,有些地区产生了降落漏斗，袭夺了大量泉水补给量。

人为开采是泉水影响的关键因素。

3.3城市建设自改革开放以来，济南经济快速发展，城区也逐渐向周围扩展。

尤其是城市东拓南扩影响最为直接。

随着城市道路建设建设，松散第四系面积逐渐被硬化道路侵蚀。

径流系数增大，径流量增加，减小了地下水入渗补给量。

济南市轨道交通一号线一期工程地下段，拟东起解放桥，西至魏家庄，在繁华的泉城中心地段，地下段长约3000m，轻轨埋深16m，其中共青团路—青龙桥地下段长约1700m，两侧分布四大泉群。

[13]因此在不影响城市交通情况下将路线选择在灰岩埋深大，且南北水力联系较小的地段。

4保泉对策在开始开展济南地下水长期观测的20世纪50年代末，泉水每天总流量30-35×104 m3，地下水水位标高30m左右。

随着城市和工业发展，地下水开采量逐年增大，导致水位下降，泉水出现断流，城市特色丢失，风貌全无。

引起社会各阶层的重视，因此合理的保泉对策，刻不容缓。

4.1规划开采布局，有效利用现有地下水资源城区地下水开采是影响地下水位直接因素，泉域范围内，东从东坞断裂，西到城区西部火成岩体和与之相连的郎茂山——万灵山岩溶弱发育带，南达小清河诸支流与玉符河流域的分水岭及与莱芜盆地的分水岭，北到火成岩体北东向阻水前沿，面积1055km2。

根据地下水入渗补给量计算公式式中：Q—地下水入渗补给量（1×104m3/d）ψ—降水加权平均入渗系数（0.3）F—年降水量（mm）W—计算面积（km2）济南市多年平均降水量为647mm。

由此得出地下水年均入渗量为56.10×104m3/d。

以趵突泉为例，趵突泉年最低景观流量为17.52×104m3/d。

所以得出泉域最大允许开采量=56.10×104m3/d-17.52×104m3/d=38.58×104 m3/d。

另加白泉水源地可供水量28.29 m3/d和长孝水源地建议开采8 ×104m3/d。

济南市地下水可开采达74.87×104 m3/d。

基本可以满足城市用水。

具体可采取济西地下水东调、引黄保泉、泉水多次利用。

4.2重点地区保护作为泉域的源头，市区南部地下水补给是泉域岩溶水最根本的来源。

城市向南发展必然造成岩溶水补给量减小和水质恶化。

为保护泉水系统健康循环，应将南部作为重点保护区。

严格限制破坏。

直接补给区内地表水入渗补给也是泉水主要来源，因此在第四系松散的地方应（如长清片区）以涵养水源为主，限制开发。

即使流走的地表水也不能白白浪费，可以在泉域下游济东地区建立水库，还能有效的收集雨水，用于东部工业供给。

济东地区属于济南工业区，滥开滥采以造成北部地下水降落漏斗产生，应严格执行关闭自流井（包括国有企业也应限制开采），不能让各个环节的努力白白浪费。

4.3开源节流，使地下水系统良性循环“开源”除了引用系统外供水，还可以增加降雨量并通过降雨量对地下水的有效补给，修复地下水系统功能，保证泉域地质环境健康的循环发展。

泉域范围内直接间接补给区降雨受季节影响，入渗系数高，降雨很快渗入地下岩层向北潜流，并且土壤深度小、呈微碱性。

特殊的自然环境不适合植被生存。