濟南泉水的成因及保泉對策研究

劉莉莉，宋蘇林 ，崔春梅

（1.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250013；2.濟南市水文局，山東 濟南 250014）

濟南市城區(qū)分布著以趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龍?zhí)端拇笕禐橹鞯娜s130處，多年平均泉水噴涌量約為14萬m3/d。隨著泉域地下水開采量的增加，1966年起泉群噴涌量開始衰減，1971年趵突泉斷流，此后斷流情況更加嚴重，1981-03至1982-09，趵突泉停噴 18個月，1993-02至 2001-09，趵突泉最長斷流時間達926 d之久。濟南市市委、市政府將“保泉”列為重大問題研究，采取了一系列的保泉措施，確保了泉水的噴涌。

1 泉水的成因

濟南泉域特殊的地質與水文地質條件，形成了舉世聞名的四大名泉群，泉水的成因主要與泉域的地形、地貌、地質構造、氣象等因素有關。

1）地形地貌。濟南位于魯中山地，地勢南高北低，從南往北依次有中山、低山、丘陵，地勢有利于地下水和地表水向城區(qū)匯集。泉水出露處位于丘陵與華北平原相接的山前傾斜平原之上。

2）地質構造。南部山區(qū)屬泰山隆起北翼，為單斜構造。由于北側斷裂切斷，形成許多小斷塊，其中千佛山斷塊是構成四大泉群的構造基礎。南部山區(qū)基底為前震旦系變質巖，上覆寒武系和奧陶系石灰?guī)r巖層，市區(qū)為第四系沉積層。在構造運動和長期溶蝕的作用下，巖溶地貌發(fā)育，形成了大量溶溝、溶孔、溶洞等，組成了脈狀地下網(wǎng)道。市區(qū)北部為燕山期輝長巖——閃長巖侵入體，閃長巖巖質堅硬、質地細密、隔水性能好，向南延伸覆于石灰?guī)r之上。千佛山斷塊以西有千佛山斷層，東有羊頭峪斷層，這樣就組成了東西北三面阻水巖體，構成了三面封閉的排泄單元。

3）氣象。濟南地處溫帶，平均年降雨量為675 mm，大氣降水是泉水的主要補給源。

綜上濟南泉水的成因為：地下水由南部山區(qū)接受大氣降水的補給，沿地層傾向向北徑流，受北部巖漿巖體的阻擋，沿巖石的風化裂隙穿過較薄的第四系松散巖層出露出地表形成泉。從成因上講，濟南泉水屬于侵蝕——火山巖體接觸泉。

2 泉水斷流的成因

2.1 補給量減少

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和城市化進程的加快，泉域下墊面條件發(fā)生改變，地下水入滲能力下降，減少了泉水的補給量。城市化過程對于泉水的影響主要反映在對降雨徑流關系以及地下水入滲補給的影響方面。有關統(tǒng)計資料表明，1991—1993年汛期徑流系數(shù)3年平均值為0.62，最大次降雨徑流系數(shù)達0.82，而1960—1965年間最大次降雨徑流系數(shù)僅為0.41。降雨入滲量的減少，影響了泉群的噴涌。

南部山區(qū)位于泰山背斜的北翼，作為城市的天然生態(tài)屏障，不僅維護著城市大氣環(huán)境的正常新陳代謝，而且也是整個泉域地下水資源的重要涵養(yǎng)補給區(qū)和城市的“后花園”。但伴隨著城市化的發(fā)展，南部山區(qū)生態(tài)環(huán)境遭受了嚴重的破壞，地下水補給量不斷減少，在一定程度上影響了市區(qū)泉群的噴涌。

2.2 地下水超采

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，濟南市需水量劇增，巖溶水開采量也逐漸增加。1936年，濟南市首次建成了趵突泉水廠用于城市供水，日均開采地下水0.76萬m3。1939年最高供水量1.4萬m3/d，1945年供水量約0.6萬m3/d、1948年供水量約0.71萬m3/d，當時人們對地下水的開采量較小，泉水未出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，地下水開采量由1959年的不足10萬m3/d，發(fā)展到上世紀90年代的70～80萬m3/d；泉水位由1959年的30 m降低到1993年的小于27.5 m（泉群噴涌水位），造成泉群的斷流。隨著相關部門保泉工作的大力開展，限制了地下水的開采量，巖溶水開采量在近幾年有所減小。

3 保泉措施

3.1 地下水動態(tài)監(jiān)測

目前濟南泉域地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要由兩部分組成：1）由水利系統(tǒng)完成的地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)，在泉域范圍內(nèi)布設了15眼自動監(jiān)測井，現(xiàn)已發(fā)展至36眼；2）由地礦部門完成的地下水水位與水質監(jiān)測系統(tǒng)，在濟南示范區(qū)安裝了29臺自動水位監(jiān)測儀，布設51個水質監(jiān)測點，其中地下水水質點31個。地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立，能夠準確、合理、及時地監(jiān)測泉域地下水位、水質時空變化的全過程，為調(diào)整地下水開采布局提供技術支持，為泉水復涌作出了重大貢獻。

3.2 引黃引庫保泉

為了保持泉群正常噴涌，需要減少地下水的開采量，為了保障濟南市社會經(jīng)濟健康、持續(xù)、高速發(fā)展，又需要不斷增加供水量，要解決兩者之間的矛盾、實現(xiàn)雙贏必須開辟新的水源。濟南市先后建成了臥虎山、錦繡川、狼貓山3座水庫及向城區(qū)供水的配套工程和鵲山、玉清湖2座引黃平原水庫及向城區(qū)供水的配套工程。地表水庫和引黃工程供水基礎設施的相繼建成與投入使用，使?jié)鲜锌退偷乇硭墓┧芰M一步提高，供水格局發(fā)生了很大變化。打破了原來由地下水單一供水的供水格局，減少了地下水的開采，對保泉供水工作有深遠的意義。2008年全市總供水量中，地表水與地下水的比例為55.44∶44.56。

3.3 人工回灌補源

濟南市水利局于2001-08在玉符河上游段進行了第一次回灌補源試驗，試驗歷時12 d，放水量800萬 m3，2002-03-12至2002-03-27又進行了第二次回灌補源，歷時15 d，放水量900萬m3。分析試驗成果可知：1）玉符河上游東渴馬——潘村段可作為人工補源的最佳地點，在此處建立回灌補源工程；2）回灌補源工作有助于市區(qū)泉水地下水位的提升；3）市區(qū)和西郊是統(tǒng)一水體，之間有密切的水力聯(lián)系。

3.4 抽水試驗

濟南市組織實施了濟南西郊抽水試驗、西郊水廠停抽水試驗和解放橋水廠停抽水試驗。通過多次抽水試驗研究結果，總體可以得出：濟南西郊、東郊地下水與泉域地下水之間都存在密切的水力聯(lián)系，大量開采西郊和東郊地下水都會威脅市區(qū)泉水正常噴涌。應在保證泉水正常噴涌的前提下，適量開采東郊、西郊地下水資源；在泉群噴涌危機時要及時停采東郊、西郊地下水源。

3.5 人工增雨保泉

濟南市是干旱、冰雹等氣象災害活動頻繁的地區(qū)，水資源比較缺乏。經(jīng)研究表明，每年流經(jīng)濟南市的空中云水資源，轉化為地面降水的尚不足5%，空中云水資源非常豐富，可開發(fā)利用的潛力很大。在濟南市南部山區(qū)開展增雨 （雪）保泉人工影響天氣工作，可以最大限度地開發(fā)利用空中云水資源，增加地面有效降水量，涵養(yǎng)南部山區(qū)地下水源，保持市區(qū)泉水持續(xù)噴涌。

4 建議

4.1 加快建設人工回灌補源工程

回灌補源試驗表明，回灌補源有利于泉域地下水位上升，在玉符河建設回灌補源工程是有效可行的。應盡快實施人工回灌補源生態(tài)工程，在源頭上增加泉域地下水補給量。

4.2 實現(xiàn)分質供水，達到優(yōu)水優(yōu)用

在開發(fā)利用地下水時，要以保持泉水的持續(xù)噴涌為前提，這樣就限制了優(yōu)質地下水資源的可開采量。為進一步體現(xiàn)優(yōu)水優(yōu)用的原則，應盡快實施分質供水工程，使優(yōu)質地下水優(yōu)先供給人民生活。

4.3 充分利用現(xiàn)有地下水監(jiān)測網(wǎng)絡

目前，濟南泉域地下水監(jiān)測系統(tǒng)（網(wǎng)絡）存在的主要問題是：水利部門與地礦部門的資源信息不能共享，這在一定程度上極大地浪費了信息資源，應充分利用現(xiàn)有的地下水監(jiān)測網(wǎng)絡，盡快實現(xiàn)資源共享。

4.4 進一步加強泉文化保護，提高泉水知名度

應在保持泉水正常噴涌的同時，進一步加大泉水水質的保護和監(jiān)測，加強泉水文化的宣傳與保護工作。在保持泉水流量的基礎上，進一步做好泉水水質和水文化的保護與提高，使泉水保護達到“量”和“質”并重。