（水利工程专业论文）济南泉域回灌补源问题研究.pdf

山表大学l 程硕士学位论文 摘要 济南是山东省省会城市，闻名于世的“泉城”。由于地下水过量开采等 多方面的原因，导致地下水位下降，泉水停喷，影响了济南的发展。本文 针对如何通过回灌来有效补充地下水，促使泉水复涌作了研究。主要研究 了以下几个方面：1 、对泉域水文、地质等方面进行了研究，证明济南泉水 是济南地区特有的地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等因 素综合作用的产物，是裂隙岩溶水的一种天然排泄方式。玉符河流域的地 质条件特别适于地表水的下渗，能有效补充地下水。2 、通过2 0 0 1 、2 0 0 2 年的两次回灌试验进行分析研究，证明玉符河河水渗漏补给岩溶地下水对 市区泉水有明显的影响。3 、对玉符河流域的水源条件进行分析，证明流域 内的水源条件是符合标准的，回灌不会对地下水造成污染。因此实施玉符 河综合治理工程，在河道内修建拦河坝，增加拦蓄量，对于补充市区地下 水，实现泉水喷涌，改善济南水环境意义重大。 关键词：地下水，回灌补源，研究 a b s t r a c t i n a n ，t h ec a p i t a lo fs h a n d o n gp r o v i n c e ，i sw e l lk n o w nf o ri t ss p r i n g b u ti n t h e s ey e a r s ，d u et oo v e r d e v e l o p m e n ta n d f a l l i n go fw a t e r - t a b l e ，t h es p r i n g s t o p p e dg u s h i n g t h i sp a p e rr e s e a r c h e so nh o wt of e e dg r o u n d w a t e rb yw a t e r i n f u s i o n , a i m i n gf o rr e g u s h i n go fs p r i n g t h es t u d yi n c l u d e s ：1 ) h y d r o g e o l o g i c c o n d i t i o ns h o w st h es p r i n gi st h eo u t c o m ec o f u n c t i o n e d b yt h eu n i q u e g e o g r a p h y , g e o m o r p h y , l i t h o l o g yo fb e d ，a n dg e o l o g i cs t r u c t u r e ，w h i c hi sa n a t u r a ld i s c h a r g i n go fc r a c kk a r s ts p r i n g t h eg e o l o g i cc o n d i t i o no fy u mr i v e r c a t c h m e n th e l p st h es e e po fs u r f a c ew a t e r , 0 r h i c hv a l lf e e dg r o u n d w a t e r e f f e c t i v e l y 2 ) a n a l y s i so nt w oe x p e r i m e n t so fw a t e ri n f u s i o ni n2 0 0 1a n d2 0 0 2 p r o v e st h ew a t e rs e e pf r o my u 向r i v e rt ok a r s tg r o u n d w a t e rh e l p sg r e a t l yf o r s p r i n gr e g u s h i n g 3 ) a n a l y s i so nh e a d w a t e ro f y u f ur i v e rs h o w si tm e a s u r e su p ， a n dw a t e ri n f u s i o nc a n n o tp o l l u t et h eg r o u n d w a t e r t h e r e f o r e y u f hr i v e rn e e d s c o m p r e h e n s i v er e g u l a t e da n dd a mc o n s t r u c t e di nt h ew a t e rw a y , w h i c he a r l i n c r e a s et h es t o r a g e o nt h e s ec o n d i t i o n ，t h eg r o u n d w a t e ri sf e ds ot h es p r i n g c a ng u s ha g a i n ，w h i c hi si m p o r t a n tt oi m p r o v et h ew a t e re n v i r o n m e n to f j i n a n k e y w o r d s ：g r o u n d w a t e r ，w a t e ri n f u s i o n ，s t u d y i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 t 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丞盆盔日期：2 ：点：2 2 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：熬缁导师签名：日期： m 东大学了程顿j ：学位论文 刖吾 随着工农业的发展和世界人口的持续增长，水资源短缺己成为人类面 临的最严峻的资源问题之一。从= 十世纪中叶起，世界各国大规模地开采 地下水，带来了地下水位大面积、大幅度下降之害。我国也一样，由于地 表水的短缺和污染，从六十年代开始，就大量地开采地下水，由于是在地 表水缺乏的地区，地下水已经成为某些地区主要的水源。过量地开采地下 水，致使地下水水位迅速下降，造成地下水漏斗区不断增大，饮用水精枯 竭，地面坍塌，海水入侵等严重的地质灾害。 如果能在短期内缓解这种危机，从可持续的角度出发，地下水人工回 灌是种比较快速、有效的方法。地下水回灌可以补充枯竭的地下水资源， 扩大地下水资源的存储量。地下水岔水层贮存再生水供城市用水高峰时使 用，可以有效解决供水和需求之间的矛盾，对干旱和半干旱的缺水地区尤 为重要。 国外早在二十世纪五十年代就对用人工回灌的方法补充地下水进行过 研究，而且也取得了很好的效益。我们国家起步比较晚，现在还处于摸索 和实践阶段。 济南是一个泉水丰富的地区，因泉水享誉中外。但是多年来，由于地 下水的超采和近几年降雨量的减少，致使趵突泉停喷长达9 2 6 天之久。为 了使泉水复涌，济南市展开了大规模的“保泉”行动，其中用人工回灌补 充地下水，使地下水水位抬升，从而使泉水复涌就是其中最积极而有效的 方法之一。 本论文通过分析济南市的地质结构，结合济南市人工回灌试验，来分 析论证回灌补源的可行性以及效果和所取得的效益等。本论文共分五章， 各章内容如下： 第一章：绪言；主要论述了论文研究的目的和意义，人工回灌补充地 下水的重要意义和国内外的研究现状。 第二章：济南泉域概况；主要研究了泉域的水源条件及水文地质条件， 山表尢掌i 程磺t 学位j t 通过分析得出泉域地下水是连通的，玉符河流域的地下水通过一定的地质 作用是能够补充到市区泉域的。 第三章；回灌补源试验；主要介绍了济南市人工回灌补源试验，包括 试验的过程和结果。并根据试验的结果进行了分析。 第四章：人工补源工程对泉水的影响分析与评价；介绍了人工补源水 文地质模型及补源试验对模型的验证，运用模型对不同水平年、不同保证 率、不同开采条件下的泉水情况进行预报，同时对回灌效益进行分析。 第五章：结论与建议；对本论文进行了总结。 本文作者在工作和做论文期间，得到了济南市水利局同事及领导的悉 心指导和帮助，特此感谢! 山东夫学t 程碗 ? 学位论文 第一章绪言弟一早三百苗 第一节补源问题研究的目的和意义 济南是山东省省会城市，是全省政治、经济、文化中心。济南素以“泉 城”闻名于世，因“家家泉水、户户垂杨”的自然景观享誉中夕 。泉水是 济南的象征，是大自然对济南的恩赐，是济南的灵魂，是济南赖以生存与 发展的根本所在。世世代代的泉城人民依泉而居，繁衍生息，与泉水有着 最真挚、最直接的联系，济南的城市发展和历史文化无不与泉水息息相关。 泉水为济南的发展做出了历史性的贡献，也孕育了李清照、辛弃疾等文化 名人，泉水已成为城市建设、经济发展、旅游文化的重要依托，济南的经 济、文化、老百姓的日常生活，无不与泉水紧密相连。 七十年代以前，济南市还是“家家泉水，户户垂杨”，“四面荷花三面 柳，一城山色半城湖”的如画景色。护城河玉带般环绕城区，与大明湖相 连，大大小小的泉池珍珠股散落在城区内，尤以趵突泉、大明湖扬名天下。 喷涌不停的泉水沿护城河进入大明湖，最后进入小清河，该时期泉水日平 均喷涌量达3 0 3 5 万m 3 ，年平均地下水位也保持在2 8 o m 以上，源源不断 的泉水保持着水体的洁净，护城河、大明湖、小清河内鱼虾成群，景色十 分优美。但是，随着济南城市的发展，社会经济的繁荣，人民生活水平的 日益提高，需水量不断增大济南市的需水量由二十世纪五十年代的每日 几万立方米，增加到目前的每日近百万立方米，五十年来需水量增加了近 二十倍。为了满足城市发展和人民生活用水需求，大量开采济南地区地下 水，使济南地区地下水位大幅下降，造成局部地下水开采漏斗不断扩大， 严重破坏了地下水系统的自然平衡状态。特别是在市区一带及近郊地区大 量开采地下水，直接影响到泉区，使泉区水位下降到泉水出流标高以下， 从而使泉水白1 9 7 2 年枯水期开始出现断流，以后每年均发生不同程度的断 流，并由季节性断流发展成为常年停涌，最长断流时间达到9 2 6 天，致使 泉水名胜遭到严重破坏。护城河、大明湖由于缺乏泉水补给，成为一谭死 m 东大学i 程碗t 学位论文 水，水质发臭发黑，富营养化严重。小清河成为济南市最大的排污河道， c o d 超标8 0 倍左右，水质连农业灌溉标准都无法达到。河道下游华山镇等 地，多次发生因采用小清河水灌溉，造成农作物绝产。“泉城”美誉名不符 实。 由于地下水位过低，地表污水回渗，泉域水质有逐步恶化的趋势，尤 其是浅层水污染问题较为严重。小清河两岸浅层地下水已受污水侵袭，部 分地区浅层水已不能利用。岩溶水也未能幸免，根据趵突泉水质变化即可 看出明显变化，虽然水质目前满足国家标准，但恶化趋势明显。泉域东部 水质恶化更为严重，部分河道水体化学耗氧量常年监测结果达l 5 0 2 0 0 m g l ，溶解氧多次检测结果为? 未检出”，属于严重污染河流。由于地 面水质很差，渗漏影响地下水，导致地下水监测项目中总有机碳、总硬度、 硝酸盐、硫酸盐逐步上升。丁家庄在2 5 0 m 的深自备井中所取的水样，经化 验大肠菌群、细菌总数均超标，特别是总有机碳快速上升，说明该地区深 层地下水己受到严重污染。 地下水的大量超采还造成沉降漏斗的出现。目前，东郊地区工矿企业 日采地下水1 5 万i l l 3 ，城市供水系统在东郊地区日采地下水1 8 万m 3 ，总计 开采量为3 3 万i l l 3 。由于地下水的长期集中开采，造成该区域岩溶水超采区 已由过去的几个漏斗区扩大成一个大超采区，几乎通及整个岩溶水富水区， 面积达3 0 0 k m 2 ，漏斗中心地下水埋深达2 0 m ，造成泉水干枯、地面沉陷、 污水下渗等一系列社会环境问题。 生态环境整体下降，已对济南市造成巨大影响。居民生活环境恶化， 人民群众常常是乘兴而来，败兴而归，大大影响了外商投资的积极性，泉 城美誉名不符实。济南，因泉而名；因泉而兴，泉水使这座城市充满了灵 气，泉水停喷，魂之不存，发展无从谈起。泉水对济南的影响主要体现在 三方面。首先泉水是济南最大的广告，最厚实的无形资产。泉群的常年自 然喷涌对于打造“泉城品牌”，提高城市形象，促进济南的对外开放、招商 引资和经济发展将产生积极而深远的影响，同时对振兴和发展济南的旅游 业有着十分重要的现实意义，泉水复涌期，旅游收入比同期增长明显；其 4 山衷大学i 程硬士学位论文 次是环境效应。泉水是济南的最大特色，泉群喷涌对于改善济南市区的水 环境意义重大。一方面泉水将有效地改善环城公园、大明湖以及城区水系 的水质，对于恢复济南“家家泉水；户户垂杨”的自然景观将产生积极影 响。另一方面，济南市区地下水位的抬高，将有效地遏止城区污水回渗， 有利于济南市水资源的可持续利用，有利于水环境建设；三是社会效应。 我市处于华北干旱地区，泉水作为济南的特色和标志，既是一笔有形的资 产，更是一笔无形财富。随着济南市城市化进程的不断加快，更应该突出 “泉城”特色，这也是我们贯彻中央治水新思路，实施我市可持续发展战 略的重要一环。 现在，保泉问题已引起省、市领导和社会各界的高度重视，恢复泉水， 再现泉城风光的呼声越来越大。如何保护济南泉水，恢复并保持泉水喷涌? 除了封井保泉等方法外，是否还有其他方法可以补充地下水? 人工回灌补 源，进行地表水与地下水联合调蓄是水文学、水资源学及水文地质学联合 研究的新领域。人工补源在五、六十年代以来应用较为普遍，并取得了良 好的经济效益。由于济南泉域是一相对独立的地下水系统，具有统一的水 动力场，水化学场等，并具有巨大的储水空间。西部玉符河地区特定的地 质一水文地质条件，决定了其上游地段具有十分有利的渗漏条件和渗漏能 力。那么，是否可以通过回灌补源来补充地下水以及通过什么方式实现回 灌补源这一系列的问题已经提到了重要的议事日程。 第二节国内外研究现状 引水补源，进行地表水与地下水联合调蓄是水文学、水资源学及水文 地质学联合研究的新领域。国外地表水与地下水调蓄研究开始于二十世纪 五十年代，人工补源在五、六十年代以来应用较为普遍，并取得了良好的 经济效益。其研究范围主要集中于利用地表水进行人工回灌，增加地下水 的补给量、稳定地下水位、控制地面沉降、改变地下水温、储存冷源和热 源等。，目前在美国人工补源量已超过总取水量的3 0 ，在德国的莱因河和 山末丈学i 程硕士学位论文 鲁尔河上，大约6 0 万m 3 d 的处理水回灌河床的砂砾石含水层；二十世纪 八十年代以来，我国在京、津、沪。冀、豫等先后开展了地下水人工补给 为主的调蓄技术研究，但均属第四系孔隙水含水层，在北京西郊利用地下 水开采累计亏损形成的蓄水空间，运用人工回灌技术建立了库容8 亿m 1 的 大型地下水库，其费用仅为设计地表水库的十分之一至二十分之一，可见 通过回灌技术可使有限的资源产生更大的经济和社会效益。 山东省水利厅于1 9 9 8 年开展了地下水回灌补源模式研究与示范，根据 山东省地形地貌、水文地质分区、地下水赋存特征及地下水漏斗出现的主 t 要区域特征，将全省划分为三个回灌补源类型区，即胶东滨海区、鲁西北 平原区和鲁中南山丘区。然后，在每个区内分别选择两个有代表性的典型 示范区并就其回灌补源工程关键技术进行深入的研究。包括：莱州市王河 流域拦蓄补源及地下水库开发利用技术研究；龙口市黄水河流域地下水库 系统工程运行管理技术研究；邹平县胡楼引黄补源区地下水数值模拟研究； 广饶县地下水回灌补源调蓄技术研究；济南市增源保泉与岩溶水持续利用 措施研究；太河水库放水补源及大武水源地持续利用研究。不仅可以增加 有效的水资源量，提高水资源的承载力，而且产生了重大的社会、经济与 生态效益。 济南市的科研机构与国内的大中专院校合作，投入大量人力物力对济 南市的地下水进行研究。其中以8 0 1 地质队和山东师范大学的研究成果最为 显著。8 0 1 地质队已查明济南市地下水的补给来源，地下水的补给区边界， 地下水补给区的地层分布，地下水赋水岩层的特征，地下水的补给、运输 和排泄途径，通过渗水试验，对各种岩层的下渗系数进行了测试，估算了 地下水的资源量，提出了地下水开采的初步方案。山东师范大学通过多年 的工作和大量的铝酸铵和孢子真菌示踪试验，确定出地下水直接补给区的 2 4 个渗漏带的位置，从而为拦坝蓄水增加地下水的补给提出了切实可行的 措施和对策。同时也为我们实施人工回灌补源创造了条件。 目前世界各地人工补源应用十分广泛，而对于即达到供水要求，又实 现“保泉”为目的的地表水与岩溶地下水调蓄应用研究在国内外尚属空白。 山东天学t 程碗| ：学位论交 因此，开展西郊玉符河人工回灌补源试验研究，不仅可以为济南市水资源 可持续开发利用、保证泉水常年喷涌提供重要的技术方案和科学依据，而 且有助于丰富人工补给地下水理论体系，提高我国人工补给地下水研究的 水平。 山束大学i 程硕t 学证论文 第二章济南泉域概况 一、地形、地貌 第一节自然地理 济南位于山东省中部，地理座标为东径1 1 6 。1 17 l l7 。4 4 ，北纬 3 6 。0 2 3 7 。3 l7 。济南泉域地处鲁中山地与山前倾斜平原的交接带，地 形南高北低，南部为绵延起伏的山区，山势陡峻，深沟峡谷剥蚀强烈，绝 对标高在5 0 0 。7 0 0 m ，中部为低山丘陵区，地形坡度变缓，沟谷宽阔，冲沟 发育，标高在2 5 0 5 0 0 m ，北部为山前倾斜平原，绝对标高在2 0 “5 0 m 。 二、水文、气象 济南泉域内对岩溶水有补给作用的河流主要是玉符河和北大沙河。玉 符河发源于泉域南部长城岭，全长6 5 k m ，为黄河支流。上游由锦绣川、锦 阳川i 、锦云川i 三条支流汇合为玉符河主流，河道由东南向西北，主要流经 宅科、寨而头、西渴马、催马、潘村、周王庄，最后注入黄河。在汛期或 水库放水时，下游河道有水，流经催马附近强烈渗漏，成为岩溶水的主要 补给源之一。玉符河历史上最大年径流量3 7 5 9 亿朋3 ，河水径流量在年内 分配有较大差异，多年平均有流时间在7 1 0 月份，枯水期河水断流，河 床干涸，为季节性河流。 玉符河上游卧虎山水库经1 9 5 8 、1 9 6 6 ，2 0 0 2 年几次修建后，总库容达 1 1 6 4 亿m 3 ，兴利库容6 2 0 0 万m 3 ；锦绣川水库位于其上游，总库容4 0 6 9 万m 3 。 济南泉域地处中纬度内陆地带，属暖温带大陆气候，春季干燥少雨， 雨季炎热多雨，多年平均降水量6 4 6 5 5 m m ，降水量在年内分配很不均匀， 在6 9 月份大量集中降水，占全年降水量的7 7 3 4 ，其中7 月份最大， 占全年降水量的3 1 ，1 2 月份至翌年3 月份降水量较少( 见表2 一i 1 ) 。 由衷夫学i 程硪士学垃论文 表2 一卜1济南泉域典型年降水量分配表 惑 多年特丰年丰水年平水年 枯水年 特枯年 平均p = 5 p = 2 5 p = 5 0 p = 7 5 p = 9 5 l 0 9 0 55 8 5 32 1 2 5 09 2 5 02 3 0 00 3 5 00 0 5 0 21 2 5 88 1 3 52 4 6 7 51 1 9 0 07 0 0 00 9 7 50 2 2 5 31 8 3 91 1 8 8 93 2 4 0 01 9 1 7 59 4 0 04 8 2 51 ，3 3 8 43 9 0 72 5 2 6 07 0 8 8 63 4 5 7 82 0 。5 5 0 8 0 7 52 1 5 0 55 8 1 83 7 6 2 01 0 7 6 2 54 8 7 7 52 8 4 0 01 7 2 7 5 7 7 1 2 61 1 8 6 47 6 7 0 91 7 5 6 7 59 8 8 8 8 6 5 3 0 03 7 5 6 31 4 ，6 8 8 73 0 9 9 62 0 0 4 0 7 4 0 0 7 1 2 2 6 1 4 5 0 1 9 3 6 7 51 2 9 2 5 06 8 2 7 5 82 4 9 6 21 6 1 3 9 13 4 3 3 2 5 2 1 4 0 5 01 4 2 1 0 01 0 6 7 0 05 8 9 2 5 99 ，5 1 3 6 1 5 0 71 5 1 4 7 58 8 2 7 55 3 6 7 52 9 3 3 78 9 3 8 l o4 5 5 12 9 4 2 28 2 3 2 54 7 2 7 52 2 1 5 06 1 0 01 7 5 0 1 1 2 9 9 01 9 3 3 26 5 8 7 52 9 9 5 01 0 0 0 04 4 2 51 0 5 0 1 2 1 3 6 99 0 2 83 0 1 3 81 4 3 0 04 1 7 50 7 3 80 1 7 5 年总量 5 4 6 5 5 2 9 4 9 8 4 l 7 4 6 8 6 05 3 9 6 7 55 3 2 2 5 03 9 5 5 6 3 保证率p = m n + l 备注 t n _ 一年降水量由大到小排列的序号 n 年份总数 9 m 东大学i 程颀t 学位论文 第二节水源 一、流域概况 玉符河为黄河支流，位于泰山山脉北麓，为济南泉域内的主要补给源。 该河流是济南市西部一条较大的山洪河道，流经济南市历城、市中、槐荫、 长清四区，于济南市西郊北店子村西汇入黄河，流域面积8 2 7 3 k m 2 。玉符 河上游有锦绣川、锦阳川及锦云川三条支流汇入卧虎山水库，玉符河自水 库大坝至北店子入黄口全长4 0 8k 讯。流域上游山峰林立，最高峰海拔8 8 5 m ， 平均高程在海拔5 0 0 m 左右。京沪铁路桥以北进入丘陵区，地面高程5 0 6 0 m ；入黄河口附近，地面高程3 0 m 左右。全流域均为山丘地形，流域内山 区岩石裸露；丘陵地带遍布石渣土、岭沙土；山麓坡地分布黄土及红土。 植被情况较好，农作物以小麦、玉米、地瓜为主。 卧虎山水库以上流域面积内共有中型水库l 座( 锦绣川水库) ，小( 一) 型水库3 座，小( 二) 型水库2 0 座，中小型水库总控制流域面积2 6 0 9 k m 2 ， 总库容5 2 1 9 万n 1 3 。腊山分洪道在右岸宋庄汇入玉符河，腊山分洪道全长 7 5 k m ，接上游15 9 5k m 2 山洪，其中兴济河6 1 6k m 2 ，大涧沟5 3 7k m 2 ， 下游区间4 4 2k m 2 ，合计1 5 9 5k m 2 ，经玉符河入黄河。 二、卧虎山水库水源条件分析 l 、水源状况分析 卧虎山水库为回灌补源试验的主要水源。卧虎山水库是全市唯一的一 座大型水库，总库容是1 1 6 亿m 3 ，原兴利库容是3 7 0 0 万m 3 ，通过2 0 0 2 年的扩库增容续建工程，水库兴利库容增加到6 2 0 0 万m 3 ，相应的兴利水位 为1 3 0 5 m 。 卧虎山水库位于玉符河上游，上游来水主要通过锦绣川、锦云川i 、锦 阳川汇入水库。现状多年平均净来水量6 6 3 8 万i l l ，最大净年来水量3 2 9 0 8 万m ，最小净年来水量9 8 5 万m 。该水库现状净来水量主要有两个特点： 第一是丰、桔明显，丰水年与枯水年来水量差别较大；第二个特点是丰， 枯水年交替出现，而且枯水年持续时间长。这些特点对于保证供水都是极 1 0 由东大学t 程硬士学位论文 为不利的，必须通过水库进行多年调节。水库原来兴利库容3 7 0 0 万m 3 ，因 水库兴利库容较小，多年平均弃水3 0 0 0 万m 3 ，水资源浪费严重。增容后提 高到6 2 0 0 万m ，大大提高了水库调节能力。通过水库兴利调节计算，在保 证率p = 5 0 时，年回灌供水能力为4 3 7 2 8 万i n 3 。 卧虎山水库目前主要功能为城市供水、农业灌溉及防洪。水库从1 9 8 8 年开始向济南市区供水，年供水量1 1 0 0 万m 3 ，供给范围为市区南部。随着 鹊山水库、玉清湖水库的相继建成，配套管网的不断完善，日供水能力将 达到8 0 万m 3 d ，完全能够满足市区南部供水要求，因此停止卧虎山水库城 市供水，转向生态供水不会对济南市城市供水产生影响。 综上所述：卧虎山水库可以满足回灌补源所需水量的需要。 ， 2 、水质状况分析 从水质条件方面看，卧虎山水库地处南部山区，生态环境较好。水库 于】9 8 8 年6 月向城市供水，年供水量约1 1 0 0 万m ，1 9 9 5 年3 月由于酒精 厂污染而停止向城市供水，通过库区治理，迁走酒精厂，切断其他污染源， 水库于同年1 0 月水质达到地面类水标准，又重新开始向城市供水。通过 化验，几种主要指标总磷、总氮、生化需氧量、化学需氧量、油类、氨氮、 大肠杆菌、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、p h 值均达到地面i 类水标准，水 质较好。可以满足人工回灌补给地下水的水质要求，回灌不会引起地下水 水质的不良变化。 附：水质化验检测报告 从以上水源条件分析来看，水源有保证，水质符合要求，可以满足工 程需要。 第三节区域地质水文地质条件 一、地层分布、岩性特征 济南泉域内地层以古生界地层为主体，太古界泰山群混合岩、片麻岩 广泛分布于南部，古生界寒武系地层从南向北由老到新出露齐全，奥陶系 山东太学i 程硪学位论文 地层分布于研究区的中部，并逐渐往北隐伏于第四系之下，第四系自下更 新统到全新统在剖面上均有出露。泉域内各时代的地层岩性特征及分布见 表2 3 一l 和图2 - 3 - 1 。 二、地质构造特征 济南泉域的地质构造在总体上是一个以古生界地层为主的北倾单斜构 造，单斜构造的北部处于鲁西隆起和鲁西北断陷的过渡带，受新华夏及晚 期东西向构造的影响，有广泛的岩浆活动。古生界地层受北北西向构造体 系的影响和新华夏系的影响，断裂发育，自东向西发育多条横穿全区的大 断裂，北北西向的断裂有：东坞断裂、千佛山断裂、石马断裂、平安店断 裂、马山断裂；近南北向有炒米店断裂；北东向有港沟断裂( 见图2 3 2 ) 。 这些断裂在地质力学上先期表现为张性特征，后期表现为压性特征，这种 以早期东西向构造为基础，后期受多次构造作用，南北有一定的差异。北 北西向断裂发育，自东向西将济南泉域单斜构造分割成若干断块，对泉域 含水层的分布规律，地下水运动特征等起到一定的控制作用。东坞断裂和 马山断裂构成了泉域的东西边界。 山东大学i 程碌t 学位论文 表2 - 3 - i济南区域地层岩性特征表 界 系 统 组 代号厚度( m ) 岩性 以黄河现代冲积物为主，如粉砂和 全新统“0 1 0 粉质粘土互层。 新第 上更新统q 31 5 5 0黄土夹冲洪积砂砾石层、含姜石。 生 四 界系 中更新统如 3 0 6 0 红黄土泥砾及红黄土夹砂砾石层 红土及泥砾层夹砾石层，含黑色铁 下更新统q j 5 0 锰质结核 上部：紫红色砂岩、粉砂岩，泥岩 一 石千峰组等； 一 上统 一上，下石中部：灰色、灰绿，黄绿色砂岩、 迭 下统盒子组一 p 2 7 4 砾岩、页岩及粘土岩； 系 山西组下部：陆相灰色页岩等，植物化石 丰富。 石 上统太原组c a t 1 2 4 灰黑色砂岩，粉砂岩、页岩、粘土 炭 中统本溪组g b岩夹八层海相灰岩及十二层煤层 系 八陡组0 2 b 1 5 2 灰色中厚层结晶灰岩与中层泥晶灰 中统 岩互层。 上部：肉红色细晶白云质灰岩。中 阁庄组 0 2 9 9 4 下部：灰色中厚白云质角砾状灰岩 中厚层豹斑状灰岩及深灰色中厚层 上马家 o m 2 6 4 泥晶灰岩 奥 沟组角砾状白云质灰岩，中部夹薄层板 0 t m s 7 2 状泥质灰岩 古 陶 泥晶灰岩、豹斑状灰岩，白云质灰 生 系 下马家 0 , m 2 2 1 1 岩 界 下统 沟组角砾状泥灰岩、薄板状灰岩和钙质 0 , m 12 0 3 0 页岩互层 ， 灰褐色具磁石结核和磁石条带的白 亮甲山组0 。l 7 1 7 9 云岩 浅褐色中细晶白云岩夹竹叶状白云 冶里组0 , y 2 4 7 3 岩 凤山组 3 f1 3 5 厚层和中薄层灰岩、泥质灰岩、夹 ， 竹叶状达岩 上统 长山组心5 0泥灰岩和紫色氧化圈竹叶状灰岩 崮山组 3 9 2 7 5 0 灰色薄层竹叶状灰岩和黄绿色页岩 寒 张夏组2 z 1 3 2 2 4 5 灰色厚层鲕状灰岩、豹斑达岩、结 武中统晶灰岩 系 徐庄组 2 x4 8 8 0紫色、灰色砂页岩和交错层的灰岩 毛庄组- u l o 2 0 5 5 紫灰色含小云母片粉砂岩夹生物碎 下统 屑灰岩 灰岩、泥灰岩和紫红色粉砂岩、页 馒头组 m6 5 1 4 0 岩互层 太泰 灰色、肉红色混合花岗岩和各种片 古山 a r t 麻岩 界群 出末大学工程硕士学位论文 1 4 m 衷大学丁程硕：学位论文 图2 - 3 - 2 济南泉域地质构造纲要图 三、泉域水文地质条件 1 、含水岩组划分 济南泉域是一个相对独立、完整的以岩溶地下水为主的地下水系统。 根据地矿部门水文地质专业对含水岩组的划分原则，泉域地下水含水岩组 的划分如下： 按储存空间、含水介质、水理特征等可划分为：第四系孔隙水含水岩 山末大学i 程碗士学位论文 组；裂隙岩溶水含水岩组：岩溶裂隙水含水岩组；裂隙水含水岩组。 第四系孔隙水含水岩组主要包括泉域西部北沙河、玉符河冲积洪积扇 孔隙潜水承压水含水层和东部山前坡洪积孔隙潜水含水层。 裂隙岩溶水含水岩组可分为寒武系张夏组( z z ) 裂隙岩溶含水层和 寒武系风山组( ，f ) 至奥陶系( 0 ) 裂隙岩溶含水层。 岩溶裂隙水含水岩组可分为寒武系馒头组( 。m ) 至徐庄组( 。x ) 岩 溶裂隙含水层、寒武系崮山组( 。g ) 至长山组( 。c ) 岩溶裂隙含水层和石 炭系( c ) 至二迭系( p ) 岩溶裂隙含水层。 裂隙水含水岩组可分为变质岩裂隙水含水层和辉长岩裂隙水含水层。 在济南泉域各含水岩组中，与泉水关系密切且具有供水意义的含水岩 组是第四系孔隙水含水岩组和裂隙岩溶水含水岩组，特别是后者与泉水的 关系最为密切，并具有集中供水意义，是济南泉域最主要和最重要的含水 岩组( 见图2 3 3 ) 。其他几类含水岩组，与济南泉水的关系是间接的，而 且不密切，同时也不具备集中供水意义。所以在此重点论述第四系孔隙水 含水岩组和裂隙岩溶水含水岩组。 2 、第四系孔隙水含水岩组 ( 1 ) 北沙河、玉符河冲洪积扇孔隙潜水一一承压水含水层 该含水层位于北沙河、玉符河冲洪积扇构成的山前倾斜平原地带，面 积约13 0 k m2 ，地形自南向北微倾。玉符河冲洪积扇首部在罗而庄、殷家林 一带，北沙河冲洪积扇首部在魏庄、张桥一带，两冲洪积扇在小丁庄一后 朱一线叠加。冲洪积扇前缘向北延伸过黄河，在黄河沿岸上覆7 1 5 m 黄泛 冲积层。 玉符河冲洪积扇由罗而庄、殷家林向北偏西方向伸展，冲洪积扇主轴 通过潘村、双庙、杜庙、小李庄、北潘庄。首部至潘村段，沉积厚度l o 3 5 m ， 上部为粉质粘土，中部为砂砾石、卵石层，下部为砂质粘土夹卵砾石，但 局部缺失；至双庙、杜庙一带变成多层结构，厚度3 5 ”1 4 0 m ，局部基岩与 含水砂层直接接触( 见图2 - 3 - 4 ) ，杜庙至北潘庄，轴部厚1 4 0 2 5 0 m ；向两 侧变薄，呈多层结构。 出末大学t 程硬士学位论文 1 7 出末大学i 程颀学垃论文 圉囹蝴囫矽质牡图槲 例囹黼目牡圈 图2 - 3 4 玉符河冲积扇纵剖面示意图 北沙河冲洪积扇轴部通过王宿铺、前升、前隆一线，沉积物除首部外均为多层结构， 厚4 0 1 4 5 m 。藤屯以北两冲洪积扇的迭加地带，为多层结构，含水颗粒较缅，主要是中 细砂，含水层底部分布有卵砾石( 见图2 - 3 - 5 ) 。 硎矧叫，0刊叫 兰鲨坚塑燮 图2 - 3 5 玉符河、北沙河冲积扇横剖面示意图 玉符河、北沙河冲洪积扇孔隙含水层埋藏深度2 0 7 0 m ，水位埋深4 7 m , 浅部为潜水、深部为承压水，含水层厚度1 0 “3 0 m ，富水性较强，单井出水 量1 0 0 0 1 5 0 0 m 3 d ，水质良好，矿佳度小于l 。o g l ，首部水位年度变幅较 大，一般5 1 0 m ，单并出水量一般小于5 0 0 m 1 d 。该含水层主要补给方式为： 大气降水入渗补给，河流补给和岩溶她下水补给。主要排泄方式为：人工 开采排泄和径流排泄，能够集中供水。 ( 2 ) 山前坡洪积孔隙潜水含水层 主要分布于泉域东部山前地带，坡洪积物主要由粘土、粉质粘土、粘 土夹砾石组成，厚度一般小于2 0 m ，富水性较差，单井出水量小于l o o m s do 大气降水入渗补给是其主要补给来源，蒸发和居民用水是主要排泄方式。 它与岩溶地下水无水力联系，无集中供水意义。 3 、裂隙岩溶水含水岩组 ( 1 ) 寒武系张夏组( 。z ) 裂隙岩溶水 主要分布在南部山区，涝坡、催马、前大彦庄以南裸露地表，其北隐 山东大学i 程硕t 学位论文 伏于地下。含水层顶底板分别为具有相对起隔水作用的崮山组页岩和徐庄 组页岩，灰岩顶部及底部岩溶发育。裸露区单井出水量小于1 0 0 m 3 d ，隐伏 区单井出水量一般1 0 0 “5 0 0 m 3 d ，在有利的地形、构造和补给条件下，富水 性增强，单井出水量大于1 0 0 0 m 3 d ，且局部承压自流。 大气降水入渗补给、河流渗漏补给是其主要补给来源，在锦绣川的西 营至九曲河段、玉符河的东渴马至催马河段、北沙河的崮山至前大彦河段， 大量接受河水的渗漏补给。该裂隙岩溶水通过断裂与上覆裂隙岩溶水( 。f “0 ) 发生水力联系，是( 。f 0 ) 裂隙岩溶水的重要补给来源之一。 ( 2 ) 寒武系凤山组奥陶系( 。f 0 ) 裂隙岩溶水 主要分布在南部低丘陵区和北部山前隐伏区，由南向北依次有规律的 呈单斜展布，总厚度大于1 0 0 0 m ，受断裂作用和火成岩体侵入影响，各层 接触关系发生变化，在港沟、炒米店和石马断裂的南部地段，奥陶系含水 层与张夏灰岩含水层直接接触。东坞、千佛山、炒米店、马山等断裂，将 泉域分割成断块状。大致可分为三大断块： 东坞断裂千佛山断裂：地层相对于佛山断裂以西向北推移，受地层和 构造影响，主要富水地段分布在市区和东郊黄台电厂、化纤厂等地带。南 部张夏含水层通过断裂与奥陶灰岩岩溶水沟通，由南向北径流的地下水， 受火成岩体的阻挡和人工开采的影响，使地下水在岩体前缘分流，一部分 流向市区，另一部分流向东郊电厂及铁厂一带，人工开采是其主要排泄途 径。 千佛山断裂“炒米店断裂：受地层产状、地质构造的控制，南部张夏组 含水层通过炒米店断裂与奥陶系岩溶水沟通，是济南泉水重要补给来源之 一。该断块岩溶水径流方向为北北西，受北部火成岩体阻挡，沿火成岩接 触带形成了富水带，并向东径流补给泉水。 炒米店断裂马山断裂：该断块地层北部大都被第四系覆盖，大气降水、 地表水和张夏组含水层补给是其主要补给来源。地下水总体流向是北北东 向，受地层阻挡，在老张庄一带形成富水区。向第四系排泄是该断块岩溶 水的主要排泄方式。 2 0 ， y j 亲, a - 学1 = 程硕t 学位论文 寒武系风山组至奥陶系含水层( a f o ) ，岩性为厚层灰岩、白云质灰 岩、泥质灰岩等，岩溶裂隙发育，且彼此连通，导水性强，有利于地下水 十 的补给、径流、富集，是具有统一水面的含水体。但由于分布位置、地层 结构、地形、补给条件、埋藏条件的不同，富水性差异较大。 低山丘陵区灰岩裸露地表，岩溶裂隙发育，有利于大气降水入渗补给， 为泉域的补给径流区，但由于富集条件较差，单井出水量一般小于5 0 0 m 3 d ， 在有利的地形、构造和补给条件下，单井出水量大于5 0 0 m 3 d 。水位埋深 5 0 l o o m ，年变幅较大，一般在2 0 5 0 m 。 低山丘陵和山前倾斜平原的交接地带，灰岩呈半裸露状态，富水性中 等，单井出水量5 0 0 “1 0 0 0 m 3 d 。 山前倾斜平原，岩溶裂隙发育，其补给条件、埋藏条件、储存条件等 均较好，含水层连通性好，特别是火成岩体边缘地带，富水性强，单井出 水量一般1 0 0 0 5 0 0 0 m 3 d ，局部大于1 0 0 0 0 m 3 d ，水位埋深一般小于1 0 m ， 年变幅一般3 4 m 。 寒武系张夏组灰岩接受河水渗漏补给后，通过地质构造补给凤山组至 奥陶系灰岩含水层。 4 、泉域水动力特征 ( 1 ) 泉域边界特征 东边界：以东坞断裂为界，总体是一隔水边界，仅在徐家庄济南铁厂 一带具弱透水性； 西边界：以马山断裂为界，总体为一隔水边界，在老屯前隆段具透水 性； ? 南边界：以南部长城岭地表( 地下) 分水岭为界； 北边界：以岩体与灰岩接触带为界，西部以石炭、二迭系为界，总体 为隔水边界，局部具透水性。 ( 2 ) 补给条件 大气降水入渗补给：是泉域地下水的主要补给源，从动态观测资料， 特别是遥测资料分析，地下水位、泉水流量的变化与降水量关系密切，雨 2 l 由东大学i 程颈 学位论盘 季地下水位上升，泉水出流或泉流量增大，旱季地下水位下降，泉水断流。 大气降水入渗补给具有短期面状集中补给，长期消耗的特征。 地表水渗漏补给：泉域内玉符河、北沙河等河流，在有水季节大量补 给地下水，使地下水位上升，回灌试验放水期间，区域水位上升，地下水 得到补给，充分说明地表水( 河流) 对泉域地下水的补给作用。 第四系孔隙水补给：在玉符河、北沙河冲洪积扇首部地带，砂砾石层 与灰岩之间的水力联系密切，孔隙水位高于岩溶水位，形成对岩溶水的补 给。 ( 3 ) 径流条件 泉域地下水的径流方向和径流强度，受地形、地貌、岩性和地质构造 等因素控制。泉域岩溶地下水的运动方向与地形及地层倾向方向大体一致， 总体流向是由南向北( 见图2 - 3 6 ) 千佛山断裂以东至东坞断裂之间，地下水总体流向北北西，山区水力 坡度较大，进入山前地带，水力坡度变缓，受开采影响，向市区和东郊自 备井区分流。 千佛山以西，南部山区地下水总体流向北西，进入山前地带，径流方 向发生改变，逐渐转向正北方向，受开采影响，局部地下水流向漏斗中心 区。 ( 4 ) 排泄条件 泉域地下水是济南供水的重要水源之一。在目前情况下，排泄方式主 要有以下三种型式： 开采排泄：是目前泉域最大也是最主要的排泄方式。自二十世纪六十 年代开始，地下水开采量逐渐增大，先后开采地下水的水厂有：趵突泉、 马鞍山、文化路、饮虎池、东郊、普利门、泉城路、五大牧场、解放桥、 大杨庄、腊山、峨眉山等水厂，至九十年代地下水的开采量达6 5 万m 3 d a 由于地下水的大量开采和开采布局不甚合理，使泉水干枯，市区趵突泉等 四大泉群变成季节性泉，最长断流时间长达9 2 6 天。 泉水排泄：在天然条件下，泉水排泄是地下水的主要排泄方式。二十 l o 东大学工程硕七学位论文 山东大学了程每士学位论文 世纪五十年代末和六十年代初，济南泉水流量在3 0 3 5 万m d ，但随着开 采量增加，泉水流量被开采袭夺，泉水流量逐步减少，并发展到季节性出 流，甚至全年干枯，泉水景观不复存在。 径流排泄：泉域西北部即平安店西北地带，奥陶系灰岩向北延伸过黄 河北，地下水沿地层倾向向北径流，由于附近没有形成大量开采，向北径 流的地下水得不到利用，以径流方式排出泉域。另外，向第四系孔隙水排 泄也是岩溶地下水的排泄方式之一。 四、泉水及其动态特征 1 、济南泉水的形成 济南泉水是济南地区特有的地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文 地质条件等因素综合作用的产物，是裂隙岩溶水的一种天然排泄方式。 济南泉水的形成，与济南地区的地形、地层、地质构造和水文地质条 件密切相关，济南泉域南高北低，南部山区分布着大面积的寒武、奥陶系 石灰岩，其产状与地形基本一致，由南向北呈单斜构造至市区一带隐伏于 地下。在市区的北部辉长岩体大面积分布于第四系之下，其面积约2 7 0 k m 2 。 勘探证实，南部裸露灰岩区和北部隐伏灰岩区岩溶、裂隙均很发育，南部 裸露区裂隙岩溶发育有利于大气降水入渗补给，北部隐伏区岩溶发育有利 于岩溶水的储存、运动，并形成地下水的富集区。根据区域地下水水动力 场分析，地下水接受补给后，受地形、地层产状、构造因素控制，水流由 南向北径流至市区，由于受文化桥和千佛山断裂的作用，普利门以东、文 化桥以西石灰岩地层向北突出，由南部径流过的地下水在这一带受西、北、 东三面火成岩的阻挡，水位抬高，在较高的水头压力下于低洼地段，沿灰 岩裂隙岩溶通道和局部火成岩裂隙穿过不厚的松散层或被溶蚀的砾石层涌 出地面，形成济南市诸泉。 2 、泉水动态特征影响因素 济南泉水动态与自然因素、人为因素等密切相关，从多年水位动态观 测资料分析，泉水动态与大气降水量的关系十分密切，降水量大的年份， 泉水水位相应就高，泉水流量也大，降水量少的年份，泉水水位相应就低， 2 4 由衷_ = 学i 程礤 学位论文 泉水流量也少。水文年内枯水季节，泉水位逐渐降低，泉流量逐渐减少， 进入降水季节，随着降水量的增大，泉水水位逐渐升高，泉水流量逐渐增 大，多年呈现具有规律的变化。这说明大气降水入渗补给是泉水的主要补 给来源，也直接影响了泉水的动态变化规律( 见图2 - 3 - 7 ) 。地下水开采量 的多少，对泉水动态影响是十分明显的，特别是市区开采，对泉水动态的 影响作用更为明显，从图2 - 3 - 7 可以看出，自1 9 6 2 1 9 8 1 年，随着市区开 采量