(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250014)

1 概述

1.1 工程概況

濟(jì)南泉水賦予濟(jì)南市獨特的泉水文化。特別是中心城區(qū)四大泉群，位置集中、出流量大、十分壯觀。近年來，通過在東西護(hù)城河上新建船閘，護(hù)城河與大明湖得以通航，實現(xiàn)“一船游泉城”，充分發(fā)揮了泉水的景觀價值。目前出流后的泉水經(jīng)大明湖流入小清河，利用率較低。為讓泉水發(fā)揮景觀價值的同時，最大限度的為濟(jì)南市民服務(wù)，達(dá)到泉水真正意義上的“先觀后用”，擬建設(shè)泉水輸送工程，泉水輸送自趵突泉泉池西北側(cè)至普利門處市自來水公司，引水工程管道全長1 211 m，在趵突泉公園新建加壓泵房(地下)、鋪設(shè)管道等工程。設(shè)計最大取水能力3萬 m3/d，額定取水量2萬 m3/d。泉水輸送工程規(guī)劃圖見圖1。

圖1 輸水工程管線規(guī)劃圖

趵突泉引水工程位于觀瀾亭北50 m、河道西側(cè)，工程主要由取水口、進(jìn)水閥門、水管、泵房(三臺額定1.5萬 m3/d的水泵)等組成。

1.2 研究意義

場區(qū)處于趵突泉公園內(nèi)，根據(jù)初步規(guī)劃，取水工程埋置深度3.80～5.43 m，標(biāo)高23.85～25.47 m，挖深較大，場地及附近水文地質(zhì)條件復(fù)雜。此外工程建成后，將減少趵突泉泉群流入護(hù)城河的水量，對護(hù)城河通航工程可能將產(chǎn)生一定影響。因此應(yīng)就該項目的建設(shè)對泉水影響以及下游環(huán)境的影響進(jìn)行研究。

2 自然地理及區(qū)域地質(zhì)背景

2.1 氣象

濟(jì)南市屬暖溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季晴和氣爽，冬季寒冷少雪。歷年平均氣溫14.2℃，最高氣溫達(dá)42.7℃，最低氣溫達(dá)-19.7℃。多年平均降水量為646.55 mm，在6～9月集中降水，12月至翌年3月較小，降水量的大小直接影響到地下水的補給量。從氣象資料分析，最大降水量1 194.50 mm，最小340 mm。多年平均蒸發(fā)量1 918.2 mm。

2.2 水文

工程場區(qū)位于趵突泉公園內(nèi)，處于趵突泉泉池北約70 m。除趵突泉外，附近名泉有澄洲泉、杜康泉、花墻子泉、滿井泉。

趵突泉泉水部分自西河道流向護(hù)城河。工程距離橡膠壩(護(hù)城河)220 m。

2.3 地形地貌

濟(jì)南市地處魯中山地的北緣，南依泰山，北臨黃河。南部為山區(qū)，深溝峽谷，海拔500～600 m；中部為山前沖洪積平原，海拔一般25～50 m；北部為黃河沖積平原，海拔一般20～30 m，工程區(qū)海拔28.5～29.7 m，最大高差1.2 m。

2.4 地質(zhì)概況

濟(jì)南地區(qū)地層以太古代泰山巖群為基底，上覆覆蓋古生界寒武系、奧陶系、新近系以及第四系；在工作區(qū)附近，主要分布奧陶系以及第四系地層。包括：

古生界奧陶系地層(O)：地層產(chǎn)狀在工作區(qū)一帶為NW 40°～60°/ 8°～26°NE。主要地層以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r為主。

第四系(Q)：在工作區(qū)一帶廣泛分布，厚度自南向北逐漸增厚，在10～20 m左右。巖性以人工填土、粘性土、碎石類土(區(qū)域附近以膠結(jié)礫巖居多)為主。

本區(qū)構(gòu)造為單斜構(gòu)造中發(fā)育有多條規(guī)模較大的NNW向斷裂，其中距離場區(qū)較近的斷裂有千佛山斷裂、文化橋斷裂。其中：

千佛山斷裂呈北北西向斜切工作區(qū)西側(cè)，規(guī)模較大，全長約36 km?？傮w產(chǎn)狀N10°～30°W/SW。工程位于千佛山斷裂東側(cè)，距離約為1 km。

文化橋斷裂在千佛山斷裂東約3.5 km處，與其近于平行。已知長約3 km，產(chǎn)狀N340°-350°W/>60°SE。

在工程區(qū)附近，巖漿巖與奧陶系地層互相穿插、犬牙交錯，十分復(fù)雜。巖漿巖的厚度總體上呈現(xiàn)由南向北逐漸增厚的趨勢。

2.5 水文地質(zhì)條件

濟(jì)南地區(qū)處于泰山北麓北傾單斜構(gòu)造之內(nèi)，在此構(gòu)造之中的地下水流向總體上呈現(xiàn)由南向北的特征。在濟(jì)南泉域北部火成巖體及西部石炭二疊系碎屑巖體的共同作用之下，形成西郊～市區(qū)～東郊長條狀的富水帶，此富水帶巖溶十分發(fā)育，單井涌水量一般大于5 000 m3/d。在工程區(qū)附近，主要含水巖組有：

(1)松散巖類孔隙水含水層(組)：巖性以碎石(膠結(jié)礫巖地層)及碎石夾粘土為主。單井涌水量一般小于500 m3/d。

(2)巖漿巖風(fēng)化裂隙水含水層(組)：巖性主要為閃長巖、輝長巖風(fēng)化層等，地下水賦存于風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙中，風(fēng)化帶厚度一般小于40 m。由于裂隙發(fā)育不均，故富水性較差且不均勻。該含水巖組單井涌水量一般小于200 m3/d。

(3)碳酸鹽巖裂隙—巖溶水含水層(組)：巖性主要為寒武系上統(tǒng)鳳山組和奧陶系碳酸鹽巖。該含水巖組單井涌水量一般大于5 000 m3/d。補給來源主要為南部山區(qū)灰?guī)r裸露區(qū)大氣降水入滲補給以及地表水滲漏補給。地下水總的運動方向與地形和地層產(chǎn)狀基本一致，由南向北運動。地下水的排泄途徑主要為泉群排泄和人工開采排泄。

工程場區(qū)水化學(xué)類型與趵突泉一致，各項離子二者相差較小。趵突泉水位標(biāo)高28.02 m，工程場區(qū)水位標(biāo)高27.20 m，推測工程位置處第四系含水層受出流后巖溶水側(cè)向補給。

3 工程區(qū)地層滲透性分析

3.1 地層

鉆探深度內(nèi)，場地地層可劃分為5層：

(1)填土：褐灰色～灰色，松散，主要成分為粘性土，含碎石、磚塊等，厚度4.1～4.3 m，底標(biāo)高24.85～25.01 m。

(2)粉質(zhì)粘土：棕黃色，硬塑，含碎石，厚度3.7～3.8 m，底標(biāo)高21.05～21.31 m。粉質(zhì)粘土地層滲透系數(shù)合1.2×10-4m/d。

(3)碎石：棕黃色，密實，碎石主要成份為石灰?guī)r，局部鈣質(zhì)膠結(jié)，見照片3-2。該層中部在2號鉆孔位置夾一層粉質(zhì)粘土夾層。厚度3.7～4.5 m，底標(biāo)高16.45～16.81 m。

(4)粉質(zhì)粘土：棕黃色，硬塑，含碎石。厚度1.7～2.0 m，底標(biāo)高14.45～14.61 m。該層滲透系數(shù)合1.6×10-2m/d，可視為隔水層。

(5)全風(fēng)化閃長巖：灰黃色，軟塑，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，見照片3-3，夾強(qiáng)風(fēng)化閃長巖碎塊，最大揭露厚度0.6 m。

趵突泉北門處第四系厚度約15 m，閃長巖埋深53 m，下覆為奧陶系石灰?guī)r，巖溶發(fā)育。工程附近下覆閃長巖體厚度約20 m，閃長巖地層以下為石灰?guī)r地層。

3.2 工程區(qū)滲透性分析

為查明工程區(qū)滲透性進(jìn)行了抽水試驗，并以工程鉆孔作為觀測孔。水井主要含水層為碎石(及膠結(jié)礫巖)地層，全孔含水層厚度4.1 m。

根據(jù)恢復(fù)水位計算滲透系數(shù)按下列公式：k=1.57rw(h2-h1)/t(s1+s2)

計算恢復(fù)30 min、45 min、75 min時間段滲透系數(shù)，計算結(jié)果如表1[1]：

表1 滲透系數(shù)計算表

含水層滲透系數(shù)近似值取值為4.8 m/d。抽水試驗過程中，對觀測孔1、觀測孔2進(jìn)行同步觀測，掉泵后，觀測孔水位仍持續(xù)下降，最大降幅觀測孔1為2 cm；觀測孔2為8 cm。1號觀測孔的降幅說明填土層亦具有一定滲透性。

4 取水對護(hù)城河通航影響評價

4.1 工程有關(guān)水文環(huán)境

趵突泉泉水景觀壯觀，水系發(fā)達(dá)。趵突泉流向歩青橋出水口的流量，占趵突泉總流量的50.8%，在趵突泉至歩青橋之間，其他小泉流量極小，故認(rèn)為處于趵突泉至歩青橋之間的西河道流量與歩青橋流量相同。

護(hù)城河連接市區(qū)趵突泉、黑虎泉、五龍?zhí)都按竺骱菨?jì)南市中心城區(qū)重要的水系，護(hù)城河已可通航，以過閘運行的方式保障護(hù)城河通航工程，護(hù)城河?xùn)|西兩側(cè)均設(shè)置閘門，東閘門位于老東門附近，西閘門位于五龍?zhí)豆珗@東門附近，在閘門以南，黑虎泉、趵突泉、五龍?zhí)度亲o(hù)城河的來源。護(hù)城河內(nèi)通過閘門控制河水水位標(biāo)高，閘門以北，水位高程控制在23.92 m，閘門以南，水位標(biāo)高控制在26.50 m。護(hù)城河通航標(biāo)高受河道底板、通行橋上限共同限制，船只通行時水位標(biāo)高嚴(yán)格控制在26.50 m。護(hù)城河在河閘以內(nèi)，河閘間距離2.4 km，總面積5.9萬 m2，蓄攔水量約10萬 m3。

護(hù)城河通航工程是濟(jì)南市水上交通的重要工程，全年通航。船只通航正常情況下線路由黑虎泉-趵突泉-五龍?zhí)?西船閘)-大明湖-東船閘-黑虎泉(或反方向)，通航一次船閘消耗水量574 m3，本次計算考慮閘室側(cè)壁地層情況以及地層的隔水性，通航一次消耗水量按照600 m3(約6%其他損耗水量)計算。

4.2 工程建設(shè)對泉水影響分析

工程建設(shè)最大基坑開挖深度為5.3 m，對應(yīng)基底標(biāo)高為23.85 m，根據(jù)鉆探，工程對應(yīng)地層可能為粉質(zhì)粘土地層。粉質(zhì)粘土地層底標(biāo)高21.05～21.31 m，頂標(biāo)高24.85～25.01 m。工程建設(shè)位于此地層之內(nèi)。工程建設(shè)將挖除該層1～1.16 m；該層剩余地層厚度2.54～2.80 m。根據(jù)室內(nèi)土工試驗，粉質(zhì)粘土層滲透系數(shù)為1.2×10-4m/d，該層可視為隔水層。

基底對應(yīng)地層以下第四系尚有碎石層以及粉質(zhì)粘土地層，距離閃長巖地層尚有9.1～9.24 m。根據(jù)附近地質(zhì)資料，閃長巖體厚度約20 m，下部為石灰?guī)r，據(jù)此分析，基底距離石灰?guī)r地層約29 m。

工程建設(shè)雖然位于第四系含水層碎石層之上，第四系含水層碎石層底部尚有1.7～2.0 m厚的粉質(zhì)粘土地層，該地層滲透系數(shù)為1.2×10-4m/d，亦可視為隔水層。同時從地層結(jié)構(gòu)分析，第四系含水層碎石層與巖溶水含水層石灰?guī)r地層之間尚有粘性土地層、閃長巖地層。二者之間無直接水力聯(lián)系。

由于工程位置處，由于隔水性能較好的粘性土地層的阻隔，工程建設(shè)標(biāo)高以上，第四系與巖溶水含水層無直接水力聯(lián)系。工程建設(shè)時，基坑開挖對巖溶水補給、徑流、排泄無明顯影響。

4.3 取水對護(hù)城河通航影響分析

當(dāng)趵突泉引水工程取水時，按照額定取水2萬 m3/d計算，趵突泉流入護(hù)城河流量則相應(yīng)減少，以2014年為例，取水對通航影響見表2，由表2可知，2014年全年流量能夠滿足15分/班的正常行船需求。全年流量各月平均流量均不能滿足旺季通航水量需求；在其他月份，通航時只能等待水位恢復(fù)至26.5 m方能通航，等待時間間隔4.9～10.6 min。當(dāng)取水后，除10月份以外，其它各月流量均能夠滿足15分/班的正常行船需求；旺季減少頻次1.7-3.8次/h，通航時間增加2分鐘6秒～4分鐘42秒。

表2 取水工程對通航影響分析表

5 結(jié)語

該區(qū)域水文地質(zhì)條件復(fù)雜。擬建場區(qū)第四系孔隙水含水層富水性差，奧陶系灰?guī)r巖溶水含水層無直接水力聯(lián)系。工程建成后，取水對護(hù)城河通航造成一定影響，應(yīng)減小行船頻率，增大船只運行間隔。