李 哲 聶玉朋* 丁冠濤 劉同哲 劉小健 馬冠群

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八○一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250014）

泉水作為一種大自然的優(yōu)美景觀，一直深受人們的喜愛，也是一個(gè)地區(qū)旅游文化的名片。但因以往無節(jié)制地汲取地下水，造成含水層水位顯著下降,引發(fā)次生環(huán)境地質(zhì)問題，如地面沉陷、泉水停噴[1]，尤其在出現(xiàn)干旱少雨的氣候，導(dǎo)致泉水補(bǔ)給量不足，地下水水位恢復(fù)緩慢等，加快泉眼停噴的節(jié)奏[2]。因泉水遭受到停噴問題嚴(yán)重，引起社會(huì)各界人士的高度關(guān)注，政府部門開展相應(yīng)的治理工作[3-4]。

許多學(xué)者也對(duì)泉水保護(hù)方面進(jìn)行了大量研究，如王源、吳林娟分析泉水噴涌形成條件、控制機(jī)理及分布特征[5-6]；黃靜對(duì)濟(jì)南市泉水保護(hù)并提出可行性的方案，對(duì)泉水旅游資源的可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[7]。本文以濟(jì)南市章丘區(qū)百脈泉為研究對(duì)象，從水文地質(zhì)條件入手，查明泉水補(bǔ)給通道和滲漏帶分布，制定泉水保護(hù)總體規(guī)劃措施，確保百脈泉水資源的可持續(xù)利用。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山東省中部地區(qū)，以山地和山前沖積平原為主，地勢(shì)上表現(xiàn)出東南部較高，西北區(qū)域相對(duì)低緩。區(qū)域地層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較大，區(qū)內(nèi)發(fā)育較大的文祖-埠村向斜和甘泉斷裂等。

研究區(qū)為暖溫帶的大陸性季風(fēng)氣候，春季少雨多風(fēng)，降雨多集中于夏季。據(jù)以往降雨量資料知，年降雨量峰值為899.2mm（1990 年），年降雨量最小為311.2mm（1989 年），平均值為607.8mm/yr。百脈泉泉域?qū)儆谛∏搴又Я骼C江河水系，穿過百脈河、繡江河、巴漏河等河流。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 含水層空間結(jié)構(gòu)

根據(jù)地層巖性、富水性及埋藏條件，區(qū)域含水層主要成寒武系巖溶含水層、奧陶系巖溶含水層、石炭- 二疊系碳酸鹽巖與碎屑砂泥巖相間巖溶含水層，基巖裂隙含水層及松散層孔隙含水層，其中百脈泉水主要為奧陶系巖溶含水層。由于斷裂破壞帶較發(fā)育，為泉水提供儲(chǔ)水空間且泉水沿著斷裂帶向上出露地表，如圖1 所示。

圖1 含水層結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 巖溶水補(bǔ)徑排條件

2.2.1 補(bǔ)給條件

大氣降雨是百脈泉域含水層的主要補(bǔ)給水源。研究區(qū)南部的山區(qū)普遍發(fā)育灰?guī)r地層，補(bǔ)給區(qū)多為裸露灰?guī)r或在上部沉積薄層松散半固結(jié)物質(zhì)。受斷層切割錯(cuò)動(dòng)影響較大，巖層裂隙明顯，成為雨水入滲的良好通道。其次區(qū)域內(nèi)溝谷、河流較多，降水和河流水入滲方向與巖層傾向基本一致，有利于水源的補(bǔ)給。

2.2.2 徑流條件

巖溶地下水沿地勢(shì)較高的南部向北部流動(dòng)，最終匯集到山前排泄區(qū)。其次在山區(qū)分水嶺以南，地下水沿巖層面和裂隙帶由南向北徑流；地下水在局部地區(qū)以泉的形式排泄，沿坡降方向流出；泉域西邊界地下水向北西、北西西方向徑流，因受到文祖斷裂的阻隔，水流沿隔水構(gòu)造帶向北徑流；在不開采地下水情況下，泉域東邊界的地下水向地勢(shì)較低的北部地區(qū)流動(dòng)。

由于受明水?dāng)嗔?、繡水?dāng)嗔选①R套斷裂等近南北向斷裂作用，巖溶地下水沿破碎帶形成的導(dǎo)水通道呈現(xiàn)快速徑流，在部分通道甚至以管道流的形式運(yùn)移，特別是明水?dāng)嗔涯媳必灤┝酥苯友a(bǔ)給區(qū)和匯集排泄區(qū)，是泉域具有重大意義的導(dǎo)水?dāng)嗔选?/p>

2.2.3 排泄條件

根據(jù)區(qū)域地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，排泄區(qū)主要位于研究區(qū)北部的山前沖積平原。巖溶含水層常被松散層及石炭- 二疊系地層所覆蓋，因此該區(qū)域主要以泉水排泄、人工開采及礦山排水方式排泄。

2.3 水化學(xué)特征分析

根據(jù)以往學(xué)者對(duì)泉水水化學(xué)特征的相關(guān)研究[8]，本次將研究區(qū)內(nèi)大量的泉水樣本送至檢驗(yàn)中心進(jìn)行化驗(yàn)分析，依據(jù)水化學(xué)Mischka Lev 分類法，把研究區(qū)泉水水質(zhì)分為重碳酸鹽型、重碳酸- 硫酸鹽型、硫酸- 重碳酸鹽型、硫酸- 鹽酸型四種。

經(jīng)分析，重碳酸鹽型泉水分布在南部補(bǔ)給區(qū)。由于地勢(shì)高、裸露基巖裂隙發(fā)育，徑流充分，有利于水源補(bǔ)給，水質(zhì)類型為HCO3-Ca/Mg，TDS 為450～600mg/L，屬低礦化度淡水；重碳酸- 硫酸型巖溶水在泉域內(nèi)分布最為廣泛，覆蓋了大部分補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)，水質(zhì)類型為HCO3·SO4-Ca，TDS 為400～750mg/L，為礦化度低的淡水；硫酸鹽- 重碳酸型區(qū)內(nèi)巖溶水徑流速度緩慢，且與煤系水發(fā)生混合作用，SO42-含量，水質(zhì)類型為SO4·HCO3-Ca，TDS為800～1500mg/L，屬中低礦化度淡水；硫酸鹽- 鹽酸型分布于泉域西北部，由于受斷裂阻隔影響，地下水徑流微 弱。 水 質(zhì) 類 型 為 SO4·Cl-Na ·Ca，TDS 為6713.7～6682.1mg/L，為礦化度高的咸水。

3 補(bǔ)給通道及滲漏帶分布

3.1 補(bǔ)給通道探查

為提高泉水回灌補(bǔ)源效果，確保泉水持續(xù)噴涌，在泉水保護(hù)工作中補(bǔ)給通道的勘查就尤為關(guān)鍵。地下水補(bǔ)給通道探查方法有同位素示蹤試驗(yàn)、涌水試驗(yàn)、物探技術(shù)等[9-10]。

3.1.1 涌水試驗(yàn)

在涌水試驗(yàn)中獲取明水?dāng)嗔?、秀水?dāng)嗔选⒊幊厣綌嗔褨|西兩側(cè)的水位。在涌水試驗(yàn)前后，水位降深基本一致，如表1 所示。由于泉群附近斷裂切割古生代地層，局部奧灰水與煤系水相通。群4 井組涌水試驗(yàn)中對(duì)本溪組灰?guī)r含水層觀12 孔水位觀測(cè)，其水位下降0.28m，如表2所示。同期水質(zhì)分析表明兩含水層的水質(zhì)基本相同，且標(biāo)志性SO42-含量相當(dāng)，說明地下水間存在水力聯(lián)系。

表1 繡水?dāng)嗔褍蓚?cè)觀測(cè)孔水位降深

表2 奧灰?guī)r溶水與煤系水位對(duì)比表

東石河斷裂位于泉群東部約2.3km 處，該斷裂兩側(cè)地下水水質(zhì)、巖溶含水層富水性存在差異，但兩側(cè)有統(tǒng)一水位?；?guī)r直接接觸，并未錯(cuò)斷，初步推斷為導(dǎo)水?dāng)嗔?，?dǎo)水性能相對(duì)較弱。

因此，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，認(rèn)為明水?dāng)嗔褜?dǎo)水性能最強(qiáng)，是泉群的主要徑流通道及泉水保護(hù)的重要研究對(duì)象。

3.1.2 示蹤試驗(yàn)

為查清明水破碎帶導(dǎo)水性能，于2016 年12 月進(jìn)行第一次示蹤試驗(yàn)，如圖2(a)所示。在白泉村水文井sw02井投放150kg 鉬酸銨，第2d 在下游1km 雙山水文井監(jiān)測(cè)出，第4d 在距離投源孔5.7km 的百脈泉監(jiān)測(cè)出，第5d在百脈泉中Mo6+離子濃度達(dá)到峰值，第7d 在鮑莊監(jiān)測(cè)點(diǎn)和虎踞泉監(jiān)測(cè)出，推斷示蹤劑運(yùn)移速度為1.0km/d。證明斷裂破碎帶導(dǎo)水性良好，是主要的泉水補(bǔ)給通道。

圖2 示蹤試驗(yàn)影響范圍

為驗(yàn)證補(bǔ)源效果及查清補(bǔ)源影響范圍，之后開展第二次示蹤試驗(yàn)，如圖2(b)所示。投源點(diǎn)設(shè)置于小東山補(bǔ)源井。投放示蹤劑4h 后，在百脈泉和西麻灣檢測(cè)出異常，進(jìn)一步驗(yàn)證明水?dāng)嗔丫哂袑?dǎo)水性。本次示蹤試驗(yàn)第3d在泉群下游5.0km 監(jiān)測(cè)點(diǎn)處檢測(cè)異常，證明富水滯留區(qū)與泉群之間的水力聯(lián)系密切。兩次示蹤試驗(yàn)及回灌補(bǔ)源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示明水?dāng)嗔哑扑閹侨a(bǔ)給的主要通道。

3.2 滲漏帶分布

滲漏帶圈定依據(jù)地形地貌、地層巖性及巖溶發(fā)育程度、地質(zhì)構(gòu)造、松散層覆蓋厚度及滲透性、表流特征、工程建設(shè)開發(fā)程度及先前研究成果，對(duì)泉域內(nèi)主要滲漏帶進(jìn)行圈定。為便于研究，根據(jù)地表流域分布特征將補(bǔ)給區(qū)細(xì)分為若干個(gè)小流域。

最終將研究區(qū)域劃分為9 個(gè)小流域，即馬家峪小流域、水龍洞小流域、栗家峪小流域、閻家峪小流域、青楊河小流域、黃家峪小流域、滴水泉小流域、瀛汶河小流域和孟家峪小流域，流域分布如圖3 所示。依據(jù)滲漏影響因素，在各小流域圈定主要滲漏帶13 個(gè)，其中最大面積為14.81km2，分布在馬家峪小流域，而孟家峪小流域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滲流帶。

圖3 主要流域及滲漏帶分布

4 泉水保護(hù)

根據(jù)濟(jì)南市各泉域開發(fā)利用狀況及實(shí)際的水文地質(zhì)條件，對(duì)匯集排泄區(qū)和補(bǔ)給區(qū)制定了相應(yīng)的保護(hù)措施。

4.1 對(duì)匯集排泄區(qū)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)已有的水源地，加強(qiáng)對(duì)地下水開采范圍和水量的控制監(jiān)管，充分考慮泉水補(bǔ)給量與巖溶地下水開采量間的平衡關(guān)系。

4.2 在補(bǔ)給區(qū)保護(hù)范圍內(nèi)，種植低矮類喬灌類植物，增加地表植被覆蓋率，涵養(yǎng)水源。

4.3 修建屋頂、地面雨水收集設(shè)施，收集的雨水經(jīng)處理后達(dá)到地表水Ⅲ類以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，通過滲坑滲井等促滲工程進(jìn)行回灌。

5 結(jié)論

通過對(duì)百脈泉泉域的系統(tǒng)調(diào)查分析，查清了區(qū)域水文地質(zhì)條件。在此基礎(chǔ)上，深入分析了泉域補(bǔ)給通道和滲漏帶分布情況，并提出泉群保護(hù)措施，得出以下結(jié)論：

5.1 根據(jù)涌水試驗(yàn)和示蹤離子試驗(yàn)綜合分析，認(rèn)為明水?dāng)嗔哑扑閹侨a(bǔ)給的主要通道。

5.2 根據(jù)劃分依據(jù)將研究區(qū)域圈定為9 個(gè)小流域，流域內(nèi)發(fā)育13 個(gè)滲流帶。

5.3 從泉水的水質(zhì)、水量、環(huán)境保護(hù)等方面對(duì)匯集排泄區(qū)和補(bǔ)給區(qū)開展相應(yīng)的保護(hù)措施，可有效實(shí)現(xiàn)泉水的可持續(xù)利用。