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，山東 濟南 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，導致泉水補給量不足，地下水水位恢復緩慢等，加快泉眼停噴的節(jié)奏[2]。因泉水遭受到停噴問題嚴重，引起社會各界人士的高度關注，政府部門開展相應的治理工作[3-4]。

許多學者也對泉水保護方面進行了大量研究，如王源、吳林娟分析泉水噴涌形成條件、控制機理及分布特征[5-6]；黃靜對濟南市泉水保護并提出可行性的方案，對泉水旅游資源的可持續(xù)性進行評價分析[7]。本文以濟南市章丘區(qū)百脈泉為研究對象，從水文地質(zhì)條件入手，查明泉水補給通道和滲漏帶分布，制定泉水保護總體規(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，地勢上表現(xiàn)出東南部較高，西北區(qū)域相對低緩。區(qū)域地層受構造運動影響較大，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氣候，春季少雨多風，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 含水層空間結構

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 含水層結構示意圖

2.2 巖溶水補徑排條件

2.2.1 補給條件

大氣降雨是百脈泉域含水層的主要補給水源。研究區(qū)南部的山區(qū)普遍發(fā)育灰?guī)r地層，補給區(qū)多為裸露灰?guī)r或在上部沉積薄層松散半固結物質(zhì)。受斷層切割錯動影響較大，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，有利于水源的補給。

2.2.2 徑流條件

巖溶地下水沿地勢較高的南部向北部流動，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較低的北部地區(qū)流動。

由于受明水斷裂、繡水斷裂、賀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移，特別是明水斷裂南北貫穿了直接補給區(qū)和匯集排泄區(qū)，是泉域具有重大意義的導水斷裂。

2.2.3 排泄條件

根據(jù)區(qū)域地形地貌和地質(zhì)構造特點，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 水化學特征分析

根據(jù)以往學者對泉水水化學特征的相關研究[8]，本次將研究區(qū)內(nèi)大量的泉水樣本送至檢驗中心進行化驗分析，依據(jù)水化學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給區(qū)。由于地勢高、裸露基巖裂隙發(fā)育，徑流充分，有利于水源補給，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 補給通道及滲漏帶分布

3.1 補給通道探查

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

3.1.1 涌水試驗

在涌水試驗中獲取明水斷裂、秀水斷裂、硯池山斷裂東西兩側的水位。在涌水試驗前后，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 井組涌水試驗中對本溪組灰?guī)r含水層觀12 孔水位觀測，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，且標志性SO42-含量相當，說明地下水間存在水力聯(lián)系。

表1 繡水斷裂兩側觀測孔水位降深

表2 奧灰?guī)r溶水與煤系水位對比表

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

因此，通過現(xiàn)場調(diào)查研究，認為明水斷裂導水性能最強，是泉群的主要徑流通道及泉水保護的重要研究對象。

3.1.2 示蹤試驗

為查清明水破碎帶導水性能，于2016 年12 月進行第一次示蹤試驗，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)測出，第4d 在距離投源孔5.7km 的百脈泉監(jiān)測出，第5d在百脈泉中Mo6+離子濃度達到峰值，第7d 在鮑莊監(jiān)測點和虎踞泉監(jiān)測出，推斷示蹤劑運移速度為1.0km/d。證明斷裂破碎帶導水性良好，是主要的泉水補給通道。

圖2 示蹤試驗影響范圍

為驗證補源效果及查清補源影響范圍，之后開展第二次示蹤試驗，如圖2(b)所示。投源點設置于小東山補源井。投放示蹤劑4h 后，在百脈泉和西麻灣檢測出異常，進一步驗證明水斷裂具有導水性。本次示蹤試驗第3d在泉群下游5.0km 監(jiān)測點處檢測異常，證明富水滯留區(qū)與泉群之間的水力聯(lián)系密切。兩次示蹤試驗及回灌補源監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示明水斷裂破碎帶是泉水補給的主要通道。

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)構造、松散層覆蓋厚度及滲透性、表流特征、工程建設開發(fā)程度及先前研究成果，對泉域內(nèi)主要滲漏帶進行圈定。為便于研究，根據(jù)地表流域分布特征將補給區(qū)細分為若干個小流域。

最終將研究區(qū)域劃分為9 個小流域，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，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

根據(jù)濟南市各泉域開發(fā)利用狀況及實際的水文地質(zhì)條件，對匯集排泄區(qū)和補給區(qū)制定了相應的保護措施。

4.1 對匯集排泄區(qū)重點保護區(qū)范圍內(nèi)已有的水源地，加強對地下水開采范圍和水量的控制監(jiān)管，充分考慮泉水補給量與巖溶地下水開采量間的平衡關系。

4.2 在補給區(qū)保護范圍內(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、地面雨水收集設施，收集的雨水經(jīng)處理后達到地表水Ⅲ類以上水質(zhì)標準后，通過滲坑滲井等促滲工程進行回灌。

5 結論

通過對百脈泉泉域的系統(tǒng)調(diào)查分析，查清了區(qū)域水文地質(zhì)條件。在此基礎上，深入分析了泉域補給通道和滲漏帶分布情況，并提出泉群保護措施，得出以下結論：

5.1 根據(jù)涌水試驗和示蹤離子試驗綜合分析，認為明水斷裂破碎帶是泉水補給的主要通道。

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

5.3 從泉水的水質(zhì)、水量、環(huán)境保護等方面對匯集排泄區(qū)和補給區(qū)開展相應的保護措施，可有效實現(xiàn)泉水的可持續(xù)利用。