蔡有兄，薄克庭，鐘秀燕

(山東省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質工程地質大隊，山東 濟南 250014)

0 引言

通過開展趵突泉泉域生態(tài)環(huán)境調查，基本查明了泉域內(nèi)生態(tài)環(huán)境問題，為濟南市生態(tài)環(huán)境的保護與改善以及水生態(tài)城市建設發(fā)展宏觀規(guī)劃等提供科學依據(jù)。

隨著濟南城區(qū)人口的增加和經(jīng)濟規(guī)模的不斷擴張，濟南市生態(tài)脆弱性表現(xiàn)的日益突出，如工農(nóng)業(yè)污染物排放和生活垃圾堆放已導致的地表水和地下水污染；過度開采礦石造成的山體破損和露天采坑；修建道路以及切坡建房形成的地質災害以及不合理利用土地以及濫墾亂伐造成的水土流失等主要生態(tài)問題，對經(jīng)濟和社會發(fā)展的制約作用日益明顯[1]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于濟南市中南部，包括長清區(qū)、槐蔭區(qū)、市中區(qū)、歷城區(qū)、歷下區(qū)的部分地區(qū)和南部山區(qū)管理委員會(見圖1)。研究區(qū)交通十分發(fā)達，鐵路、公路縱橫交錯。以京九、京滬、濟青、濟邯鐵路，京福、青銀、濟荷、濟青高速公路及國道104、309、220為樞紐的交通網(wǎng)覆蓋整個研究區(qū)。京滬高速鐵路和濟南西客站的建設和開通，濟南將成為北京和上海兩大城市之間樞紐站點之一，將濟南融入環(huán)渤海和長江三角洲兩大經(jīng)濟區(qū)的“半日生活圈”內(nèi)。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖

研究區(qū)地處魯中低山丘陵與魯西北沖積平原交接帶上，南部為泰山山脈，北部為黃河平原，地勢南高北低。黃河自西南向東北穿越本區(qū)，自然景觀在黃河南北有較大差異，黃河河床高出地面，沿黃兩岸形成帶狀洼地。研究區(qū)地貌類型由南向北依次為中山、低山、丘陵、山間平原、山前傾斜平原和黃河沖積平原。

研究區(qū)屬華北地層大區(qū)(Ⅴ)、晉冀魯豫地層區(qū)(Ⅴ4)、魯西地層分區(qū)(Ⅴ410)。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較為齊全，分布有基底巖系和蓋層，屬二元結構[2]。地層從老至新依次為太古代泰山群、古生代下寒武紀長清群、寒武-奧陶紀九龍群、奧陶紀馬家溝群、第四紀大站組和沂河組。

研究區(qū)位于泰山北部單斜構造水文地質區(qū)。古老變質巖系及巖漿巖組成的泰山山脈為區(qū)域地表水和地下水的分水嶺，古生界寒武紀、奧陶紀碳酸鹽巖地層成單斜產(chǎn)狀覆于變質巖和巖漿巖之上與地形傾向基本一致，向北傾斜、至北隱伏于山前第四紀地層之下；位于北部平原地帶的市區(qū)及東、西郊第四紀地層之下有燕山期火成巖大片分布；玉清湖西北部沿黃河地帶，石炭、二疊紀地層假整合于奧陶紀地層之上。這一特定的地形、地質和構造條件，控制了該區(qū)含水層的空間分布規(guī)律，地下水的運動、循環(huán)條件以及富水狀況。研究區(qū)地下水含水巖組(層)劃分為第四紀松散巖類孔隙水含水巖組、碳酸鹽巖裂隙-巖溶含水巖組、碎屑巖夾碳酸巖巖溶-裂隙含水巖組和塊狀巖類風化裂隙含水巖組。

研究區(qū)屬魯中南低山丘陵工程地質區(qū)的濟南碳酸巖鹽穩(wěn)定亞區(qū)，廣泛分布中寒武至中奧陶系堅硬較堅硬中厚層狀灰?guī)r，地表巖溶較發(fā)育，巖石力學強度高，但地形起伏大，局部夾較堅硬的薄層狀頁巖及中薄層狀灰?guī)r，工程地質條件較好。研究區(qū)北部主要分布山前沖洪積地層，巖性為黃土、粉質粘土、粘土及碎石土、卵礫石等，工程地質條件較好。

2 生態(tài)環(huán)境問題

濟南市生態(tài)環(huán)境較差，主要表現(xiàn)在工農(nóng)業(yè)污染物排放和生活垃圾堆放已導致的水質污染；過度開采礦石造成的山體破損和露天采坑；修建道路以及切坡建房形成的地質災害以及不合理利用土地以及濫墾亂伐造成的水土流失等方面。

2.1 水質污染

2.1.1 地表水污染

河水與地下水間存在相互轉化關系，水力聯(lián)系密切，地表水體的質量及污染現(xiàn)狀，對地下水的質量及污染起到至關重要的作用。水質較差或受到污染的地表水體，本身就是污染源的一種。同時，地表水體也是其他污染源的載體，點狀污染源(污染企業(yè))對地下水的污染大都通過向排污溝渠或河流排放污廢水的途徑來實現(xiàn)的。研究區(qū)地表水主要包括河流、湖泊、引黃灌渠、南水北調東線工程、排澇溝等。

2017年黃河、北大沙河、玉符河全期、汛期、非汛期的評價結果均優(yōu)于Ⅲ類。小清河全年期、汛期、非汛期的評價結果均劣于V類，主要超標污染參數(shù)有總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量和化學需氧量。大明湖全年期水質為Ⅲ類、非汛期為Ⅱ類，汛期為Ⅲ類；錦繡川水庫全年期、汛期、非汛期水質均為Ⅱ類；臥虎山水庫全年期為Ⅱ類、非汛期為Ⅲ類汛期為Ⅱ類。以上湖泊和水庫水質良好。營養(yǎng)狀態(tài)評價結果顯示大明湖為中度富營養(yǎng)；錦繡川水庫為輕度富營養(yǎng)；臥虎山水庫為中度富營養(yǎng)[3]。

2.1.2 地下水污染

研究區(qū)孔隙水無Ⅱ類輕度污染區(qū)，主要以Ⅲ類中度污染為主，說明孔隙地下水已經(jīng)全面受到污染，地下水水質正向變差的方向發(fā)展。Ⅰ類水未污染區(qū)僅在槐蔭區(qū)吳家堡鎮(zhèn)小面積分布。Ⅲ類中度污染區(qū)在研究區(qū)大面積分布。Ⅳ類重度污染區(qū)主要分布在長清城區(qū)北部?？紫兜叵滤形廴倦x子主要為硝酸鹽和總硬度。

研究區(qū)巖溶裂隙地下水污染程度為Ⅱ類輕度污染至Ⅴ類嚴重污染均有分布，且以中度污染為主，地下水水質正向變差的方向發(fā)展。Ⅱ類輕度污染區(qū)主要在長清區(qū)城區(qū)～平安店鎮(zhèn)～槐蔭區(qū)段店鎮(zhèn)一帶。Ⅲ類中度污染區(qū)廣泛分布于巖溶裂隙地下水分布區(qū)內(nèi)。Ⅳ類重度污染區(qū)主要分布在南山管委會仲宮鎮(zhèn)、歷下區(qū)姚家鎮(zhèn)等地區(qū)。Ⅴ類嚴重污染區(qū)主要呈點狀分布于長清區(qū)歸德鎮(zhèn)。巖溶地下水中污染離子主要為硝酸鹽、總硬度、硫酸鹽。

2.2 礦山環(huán)境問題

研究區(qū)主要礦山環(huán)境問題為山體破損及露天采坑。主要分布在長清區(qū)和南山管委會的低山丘陵地區(qū)。破損山體及露天采坑主要由露天開采石灰石礦、花崗巖礦、建筑用砂、建筑用石料等造成，其次也有少量由露天開采的粘土礦、鐵礦造成。礦石的大量開采不僅會造成邊坡失穩(wěn)破壞，同時會對山體地質地貌景觀造成極大的破壞。采石場的開采雖然在某種程度上滿足了城鎮(zhèn)建設的需求，但由于歷史上長時間的露天開采，被毀山體形成多處高陡崖邊坡，坡度多在75°以上，部分近于直立，高度20～80 m。在山體開挖的同時，會破壞大量的土地和植被，對生態(tài)景觀危害嚴重，且容易形成礦山荒漠化，加速水土流失，對城鎮(zhèn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展已構成嚴重威脅。昔日郁郁蔥蔥、風光秀美的山體被挖得千瘡百孔，破亂不堪，對城市地質環(huán)境的生態(tài)功能造成了極大的負面效應。另外，礦石開采破壞了山體原始均衡狀態(tài)，加上各邊坡臨空面大、卸荷裂隙發(fā)育，使邊坡長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在重力、強降雨、地震等內(nèi)外地質營力的共同作用下，易產(chǎn)生崩塌、滑坡等地質災害，對人民生命財產(chǎn)安全構成嚴重威脅。

2.3 地質災害發(fā)育概況

地質災害的發(fā)育分布與地形、地貌、地質構造、新構造運動的強度與方式、巖土體工程地質類型、水文地質條件、氣象及植被、人類工程活動等密切相關。研究區(qū)已發(fā)生的主要地質災害類型有崩塌、滑坡、泥石流，屬突發(fā)性地質災害。崩塌、滑坡、泥石流既有自然因素形成，又有人為活動誘發(fā)。

研究區(qū)崩塌多發(fā)生于坡度大于55°的陡峻斜坡地段，斜坡一般由堅硬～較堅硬且裂隙發(fā)育的巖石組成，當巖體中各種軟弱結構面的組合位置處于不利情況易發(fā)生崩塌，此外，降水、地震以及人類工程活動中的爆破、邊坡開挖過高過陡都會促使崩塌的發(fā)生。崩塌是研究區(qū)主要地質災害類型，主要分布在南部中低山丘陵地區(qū)，該區(qū)域內(nèi)地形地貌變化較大，地質構造復雜，裂隙發(fā)育，溝谷縱橫，遇較強的降雨過程，易突發(fā)崩塌等地質災害。從發(fā)生時間和體積來看，多發(fā)生于降雨過程中或雨后，一般規(guī)模較小，多為小規(guī)模墜石或土體坍塌，危害程度較小。但個別地段崩塌面臨空，規(guī)模較大，潛在危害十分嚴重。

研究區(qū)90%以上滑坡災害為土質滑坡，大部分滑坡為沿第四系松散層與基巖覆蓋界面滑動的堆積層滑坡，堆積層物質為第四系全新統(tǒng)殘坡積、崩坡積、老滑坡堆積碎塊石土、含碎石角礫粉土等，該類滑坡主要分布在山坡坡腳部位或者切坡修路邊坡上，規(guī)模一般較小，威脅人員也相對較少。但也有部分滑坡是沿基巖內(nèi)部層理面或節(jié)理裂隙面滑動而形成的滑坡，斜坡結構類型為順向坡(斜向坡)，斜坡巖體沿下伏軟弱面向坡前臨空方向滑移。受坡腳切坡建房和道路切坡開挖影響，斜坡前緣臨空，順層巖體極不穩(wěn)定，加之內(nèi)部層理面或節(jié)理裂隙面抗拉強度弱。這類滑坡和第四系覆蓋層形成的滑坡相比滑坡規(guī)模一般較大，威脅人群也相對較多，如果發(fā)生滑動，危害也相對較大。

泥石流以其所含大量的松散物質與洪水相區(qū)別，一般由形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)組成，具極強的突發(fā)性和破壞力。研究區(qū)已發(fā)生的泥石流主要分布于南部低山丘陵區(qū)，主要以小型溝谷型泥石流為主，從泥石流的形成類型來看，主要發(fā)育降雨型溝谷泥石流，其成因模式為堆積體滑塌侵蝕類型。

2.4 水土流失

2.4.1 水土流失及分布特征

研究區(qū)在全國水土流失類型區(qū)劃分中屬于北方土石山區(qū)，由于氣候、地質地貌、水文、土壤、植被等自然條件影響，水力侵蝕為研究區(qū)的主要侵蝕類型，以大氣降水產(chǎn)生的地表徑流對土壤及其母質進行剝蝕、搬運和沉積為主，土壤顆粒被水流沖刷的同時，土壤中的有機質和礦物營養(yǎng)元素也隨之流失。根據(jù)地面坡度、植被覆蓋度、海拔高度等間接指標進行綜合分析，將研究區(qū)水土流失強度分為三級，具體流失強度級別及面積見表1和圖2。

表1 研究區(qū)2003、2010、2018年水土流失強度分區(qū)一覽表

圖2 研究區(qū)水土流失分級圖(2018年)

2.4.2 水土流失成因

研究區(qū)水土流失的原因包括自然因素和人為因素兩個方面。自然因素是水土流失發(fā)生發(fā)展的客觀條件，而人類不合理的生產(chǎn)活動是加劇水土流失的主要因素。

自然因素：包括地形、地質、植被、土壤、氣候等多方面因素。研究區(qū)南部山區(qū)地形復雜、植被覆蓋度較低，是造成水土流失的主要原因。復雜的地貌、破碎的地形造成山丘區(qū)小流域內(nèi)地形起伏較大，相對高差大、坡度陡，地表植被較為稀疏，遇強降雨極易造成嚴重水土流失。不利的氣候條件是造成區(qū)內(nèi)水土流失的又一主要原因，濟南市氣候類型屬大陸性半濕潤季風氣候，降水集中且時空分布不均，汛期(6-9月份)的降水量占全年降水量的70%～80%，而且降雨強度大、歷時短，加劇了水蝕的全過程；此外，區(qū)內(nèi)土壤理化性質也是造成水土流失嚴重的重要因子，由花崗巖和片麻巖風化形成的砂質土，顆粒粗、結構松散、抗蝕能力差，一遇降雨很容易造成沖蝕，而由石灰?guī)r風化形成的粘性土抗蝕性較好，但由于地表大面積裸露，也很容易產(chǎn)生水土流失。

人為因素：在經(jīng)濟開發(fā)建設過程中，對自然資源的開發(fā)利用將直接影響到人為水土流失發(fā)生與否及其發(fā)生的程度，社會生產(chǎn)發(fā)展水平、土地利用方式、經(jīng)濟發(fā)展政策、環(huán)境法規(guī)等各方面因素都將影響水土流失的發(fā)展。人們過度開發(fā)和利用自然資源、不合理利用土地、濫墾亂伐等活動均可加速水土流失的發(fā)生發(fā)展?？傮w上看，近年來研究區(qū)陡坡開墾、亂砍濫伐等易造成嚴重水土流失的行為已大為減少，但無水土保持措施的順坡耕作、林種單一、不合理土地利用方式造成水土流失的情況依然存在，最顯著的人為水土流失是生產(chǎn)建設項目造成的流失。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，修路、建廠和其它生產(chǎn)建設項目日益增多，公路、鐵路、電網(wǎng)、輸油輸氣管線、輸水工程等線狀工程交錯分布，火電廠、礦業(yè)、工廠企業(yè)、城建、農(nóng)林工程等點式工程點綴其間，總體上形成了生產(chǎn)建設項目星羅棋布的局面。開發(fā)建設導致破土面積隨之擴大，棄渣棄石不斷增加，原來水土流失不太嚴重的地區(qū)，局部可能從微度侵蝕迅速跳越到劇烈侵蝕，打破區(qū)域水土流失規(guī)律，整體上加劇了水土流失。

總之，只要地貌演化不停止，水土流失就不會停止，根治水土流失是不現(xiàn)實的。但是人類活動對水土流失的破壞作用卻可以通過對土壤侵蝕規(guī)律的認識來加以改善，自覺得按照地貌過程發(fā)展的規(guī)律將其向人類有利于生存的方向引導，是可以有效地延緩水土流失的，實現(xiàn)自然生態(tài)系統(tǒng)和社會生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)[4]。

3 生態(tài)環(huán)境狀況評價

3.1 評價指標

生態(tài)環(huán)境狀況評價利用一個綜合指數(shù)(生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，EI)反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境的整體狀態(tài)，指標體系包括生物豐度指數(shù)(當生物豐度指數(shù)沒有動態(tài)更新數(shù)據(jù)時，生物豐度指數(shù)變化等于生境質量指數(shù)的變化)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地脅迫指數(shù)和污染負荷指數(shù)五個分指數(shù)[5-6]。

3.2 生態(tài)環(huán)境狀況計算方法

生態(tài)環(huán)境狀況的劃分，采用生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)法計算方法，對生態(tài)環(huán)境狀況的影響因素(生境質量、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地脅迫和污染負荷)進行指數(shù)計算，其中生境質量是影響區(qū)域生態(tài)質量的基礎，植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地脅迫和污染負荷都是在生態(tài)環(huán)境條件的基礎上發(fā)生和發(fā)展的，它們之間相互影響，相互制約。因此，運用多因素綜合指數(shù)評價法進行總指數(shù)值計算。

根據(jù)研究區(qū)的生境質量、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地脅迫和污染負荷指數(shù)，并賦于一定的權重，然后根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)計算公式進行換算疊加，最終獲得研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，然后根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)進行分區(qū)評價(見表2)，并對分區(qū)結果根據(jù)實際情況采用定性的方法進行修正。

表2 生態(tài)環(huán)境狀況分級表

生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)計算公式：生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI)=0.35×生境質量指數(shù)+0.25×植被覆蓋指數(shù)+0.15×水網(wǎng)密度指數(shù)+0.15×土地脅迫指數(shù)+0.10×污染負荷指數(shù)

3.3 評價基礎數(shù)據(jù)來源

工作區(qū)生境質量指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)和植被覆蓋指數(shù)，依據(jù)2018年研究區(qū)遙感解譯圖和NDVI分區(qū)圖及相應公式計算得出；土地脅迫指數(shù)計算依據(jù)2018年研究區(qū)水土流失圖和土地脅迫指數(shù)計算公式得出；污染負荷指數(shù)計算數(shù)據(jù)采用研究區(qū)各區(qū)統(tǒng)計年鑒和各地區(qū)相應部門統(tǒng)計資料及相應公式計算得出。區(qū)統(tǒng)計年鑒中沒有的數(shù)據(jù)采用2018濟南統(tǒng)計年鑒中的數(shù)據(jù)進行計算。

3.4 生態(tài)環(huán)境狀況評價結果

根據(jù)前面的分級方法，將研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況分為五級，即優(yōu)、良、一般、較差和差(見圖3)。

圖3 研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況評價分區(qū)圖

優(yōu)區(qū)：該區(qū)分布面積最廣，主要分布在中南部低山丘陵區(qū)，面積約872.53 km2，占工作區(qū)面積的50.95%。該區(qū)土地類型主要為林地，植被覆蓋度高，生物多樣性豐富，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。該區(qū)由于地形坡度較大，存在崩、滑、流地質災害和水土流失等生態(tài)環(huán)境問題。

良區(qū)：該區(qū)分布面積相對較小，土地類型主要為沼澤和灘地，面積約10.82 km2，占研究區(qū)面積的0.63%。該區(qū)植被覆蓋度相對較低，生物多樣性不豐富。該區(qū)存在的主要生態(tài)環(huán)境問題是風沙土分布廣，水土流失嚴重，同時土地等級較差，未利用土地面積率較高。

一般區(qū)：該區(qū)主要分布在長清區(qū)平安店鎮(zhèn)西北部以及張夏鎮(zhèn)～萬德鎮(zhèn)一帶，土地類型主要為耕地，面積約380.0 km2，占研究區(qū)面積的22.19%。該區(qū)由于涵蓋區(qū)域較廣，而且不同區(qū)域的生態(tài)環(huán)境特征各不一樣，因而生態(tài)環(huán)境問題較為復雜。黃河南岸附近主要生態(tài)環(huán)境問題表現(xiàn)為風沙土分布廣、土壤鹽堿化現(xiàn)象較嚴重；農(nóng)田設施建設落后，第二、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平低，區(qū)域內(nèi)整體抗災能力弱；地表水、地下水污染較嚴重；黃河“懸河”的威脅和黃河斷流的影響較大；耕地資源日趨減少等生態(tài)環(huán)境問題；全區(qū)綠化體系不健全，南部地區(qū)由于地形起伏度大，水土流失嚴重。

較差區(qū)：該區(qū)主要分布在研究區(qū)北部，土地類型主要為城鎮(zhèn)建設用地、農(nóng)村居民點和工礦用地，面積約340.85 km2，占研究區(qū)面積的19.90%。該區(qū)存在水資源短缺和水環(huán)境污染、自然生態(tài)環(huán)境破壞嚴重、綠化覆蓋度低等生態(tài)環(huán)境問題。

差區(qū)：該區(qū)分布面積較小，土地類型主要為裸土地和裸巖，面積約21.43 km2，占總面積的1.25%。該區(qū)條件較惡劣，綠化體系不完備，不能滿足城市生態(tài)需求。

4 結語

濟南市的生態(tài)環(huán)境問題存在由來已久，它的形成是一個系統(tǒng)的、綜合性的社會問題[7]。實現(xiàn)經(jīng)濟建設與環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展，努力尋找一條經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境相互協(xié)調的可持續(xù)發(fā)展道路，是濟南市尤其是南部山區(qū)開發(fā)面臨的一項重要任務。生態(tài)環(huán)境問題是生態(tài)環(huán)境與人類工程經(jīng)濟活動相互作用、相互影響的產(chǎn)物，其防治也只有從自然因素和人類活動兩方面入手。保護生態(tài)環(huán)境、約束人類不當?shù)墓こ探?jīng)濟活動，改變粗放型的經(jīng)濟增長方式，促使生態(tài)環(huán)境向著良好的方向轉化，減輕地質災害造成的人民生命財產(chǎn)損失，應是我們開發(fā)濟南市南部山區(qū)的出發(fā)點和著眼點[8]。