濟南龍洞片區(qū)某工程區(qū)地下水位升高原因及控制措施

摘 要：地下水位升高會對周邊環(huán)境、工程建設等產(chǎn)生不同程度的影響。以濟南市龍洞片區(qū)某工程為例，通過水文地質(zhì)鉆探、地球物理勘探、示蹤試驗、地表水測流以及水化學分析等方法探究工程區(qū)地下水位升高的原因，并提出了合理、有效的水位控制措施。南部山體淺層巖溶水側(cè)向徑流和大辛河河水是工程區(qū)地下水重要的補給源，且大辛河是主要補給源；在地下水補給量增大的同時，工程建設破壞了原本地下水徑流通道，工程地下結(jié)構(gòu)阻擋了地下水流動，最終導致地下水位升高。實施地下水位控制的雨水溝改造方案后，工程區(qū)地下水水位升高速率從2.4m/h降至0.1m/h，有效控制了地下水位的升高。

關(guān)鍵詞：地下水位升高；巖溶裂隙；示蹤試驗；水化學特征

中圖分類號：P641.11；P641.72；P641.73 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.02.017

引用格式：張春輝，李常鎖，衛(wèi)如春，等.濟南龍洞片區(qū)某工程區(qū)地下水位升高原因及控制措施[J].人民黃河，2025，47（2）：113-118，149.

基金項目：國家自然科學基金資助項目（42272288）；國家自然科學基金青年基金資助項目（42302281，42202294）；山東省自然科學基金青年基金資助項目（ZR2021QD084）

StudyontheCausesandMitigationMeasuresofGroundwaterLevelRise inaProjectinLongdongArea，Jinan

ZAHNGChunhui1，2，LIChangsuo1，2，WEIRuchun3，WUXiancang3，SUQingwei1，2，GENGFuqiang1，2，XINGLiting3，GAOShuai1，2

（1.ShandongProvincialGeo？MineralEngineeringExplorationInstitute（801HydrogeologicalandGeo？EngineeringTeam，Shandong ProvincialBureauofGeologyMineralResources），Jinan250014，China；2.ShandongEngineeringResearchCenterfor EnvironmentalProtectionandRemediationonGroundwater，Jinan250014，China；3.SchoolofWaterConservancyandEnvironment，UniversityofJinan，Jinan250022，China）

Abstract：Theriseofgroundwaterlevelwillhavedifferentdegreesofimpactonthesurroundingenvironmentandengineeringconstruction. TakingaprojectinLongdongareaofJinanCityasanexample，thispaperexploredthereasonsforthegroundwaterlevelriseintheproject sitethroughhydrogeologicaldrilling，geophysicalexploration，tracertest，surfacewaterdischargemeasurementandhydrochemicalanalysis，andproposedreasonableandeffectivemeasurestocontrolthegroundwaterlevel.Theshallowkarstwaterofsouthernmountainandthewater ofDaxinRiveraretheimportantrechargesourcesofgroundwaterintheprojectsite，andtheDaxinRiveristhemainrechargesource.While therechargevolumeofgroundwaterincreases，theprojectconstructiondestroystheoriginalgroundwaterflowchannels，andtheunderground structureblocksthegroundwaterflow，ultimatelyleadingtotheriseofgroundwaterlevel.Theincreaserateofgroundwaterlevelintheproject areaisdecreasedfrom2.4m/hto0.1m/hafterimplementingtherainwaterditchrenovationplanforgroundwaterlevelcontrol，whicheffec？ tivelycontrolstheriseofgroundwaterlevel.

Keywords：groundwaterlevelrising；karstfissure；tracertest；hydrochemicalcharacteristics

0 引言

地下水位升高會對周邊環(huán)境、工程建設等產(chǎn)生不同程度的影響，如工程受水頭壓力影響而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)開裂、地庫涌水或突水，地表沼澤化，斜坡變形等[1-3]。魯中低山丘陵區(qū)是我國北方主要裸露型巖溶水地區(qū)，巖溶地下水位埋藏深[4]，但近幾年濟南[5-7]、淄博[8]等地出現(xiàn)了地下水位升高現(xiàn)象。學者普遍認為氣候變化[9-11]和人類活動[12-17]（包括采礦活動、生態(tài)補水、井點降水、人工回灌、地下水徑流通道被破壞以及調(diào)水工程等）會導致地下水位升高。

有學者采用高密度電法、示蹤試驗、水文地質(zhì)鉆探、水化學分析、數(shù)值模擬等[18-21]方法探查了不同地區(qū)地下水的補徑排條件。然而，受巖溶發(fā)育不均勻及人類活動疊加影響，巖溶地區(qū)地下水補徑排條件探查難度大，采取單一方法無法完整分析巖溶地區(qū)地下水位升高的影響因素及作用機理。鑒于此，本文將水文地質(zhì)鉆探、地球物理勘探、示蹤試驗、地表水測流以及水化學分析等方法結(jié)合起來，系統(tǒng)探究濟南龍洞片區(qū)某工程區(qū)地下水位升高的原因，并提出合理、有效的水位控制措施，以期為類似工程建設提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 工程概況

某工程位于濟南市龍洞片區(qū)龍洞莊，原始地面標高185.30～230.08m，現(xiàn)狀場平標高185.45～185.93m，主體建筑基礎底板標高182.20m?？辈炱陂g未揭露地下水，但工程開挖揭露了多處出水點，目前僅保留位于工程區(qū)南邊界、出流于垂向山體裂隙的出水點以及位于工程區(qū)中部的地下水滲出點（即積水點）。工程東側(cè)緊鄰大辛河，大辛河原為季節(jié)性河流，河床標高182.96～190.36m，河床標高在工程南邊界以北約329m的范圍內(nèi)高于場平標高。大辛河自2017年6月起每日接受12000m3的客水補源，自此成為長流河。在工程與大辛河河床間設置兼做擋土墻的地連墻，墻趾進入完整中風化灰?guī)r0.5m。為減小水頭壓力，擋土墻上布設20余處泄水孔，河水能夠通過泄水孔直接流入工程區(qū)。另外，在工程區(qū)西、東和南側(cè)修建雨水溝，以疏排出水點、積水點、泄水孔出流水體，并將工程區(qū)內(nèi)地表徑流排至工程區(qū)外市政管網(wǎng)。

投入運營后工程區(qū)地下水位上升速率約2.4m/h，因電纜溝內(nèi)電纜被浸泡、污水廢水井及排水管網(wǎng)內(nèi)充滿地下水而影響工程的運行及檢修，同時排水提升泵需每5min抽排地下水，頻繁的啟停導致水泵故障率急劇增大。

1.2 地質(zhì)條件

自然狀態(tài)下，工程區(qū)范圍內(nèi)自上而下分布有填土、粉質(zhì)黏土、碎石以及灰?guī)r，其中：碎石沿大辛河分布，厚0.6～21.1m，平均厚6.36m；灰?guī)r埋藏西南淺、東北深?？紫端x存于河床兩岸帶狀分布的碎石層中，水位受降水控制明顯，無穩(wěn)定水位；巖溶水賦存于灰?guī)r裂隙中，以垂向徑流為主，也有一部分沿地層結(jié)構(gòu)面及裂隙水平方向流動。2013年豐水期實測龍洞莊北側(cè)巖溶水井水位為168.7m，埋深為21m。

工程建設挖除了灰?guī)r及部分碎石，挖除碎石厚度為6.5～13.3m。工程東側(cè)建設前地層見圖1（a）（該剖面展示原始地形，水文地質(zhì)鉆探以場平標高為井口高程，孔深均為50m），工程南側(cè)挖除灰?guī)r較厚且河道治理加深河槽[見圖1（b）]，工程北側(cè)僅挖除了第四系土層，且現(xiàn)狀河床標高高于場平標高[見圖1（c）]。上述條件表明，該工程在建設后使地下水補徑排條件發(fā)生變化，進而導致地下水位升高，需要查明地下水的補徑排條件。

2 研究方法

工程建設期年均降水量為639.0mm，與濟南市多年平均降水量666.5mm相差不大，因此不考慮大氣降水等氣候因素對地下水補給的影響，重點考慮工程建設及周邊環(huán)境改造等人類活動對地下水的影響，采用地球物理勘探、水文地質(zhì)鉆探、抽水試驗、測流、示蹤試驗以及水化學分析等方法研究地下水補徑排關(guān)系，見圖2。

地球物理勘探使用高密度電法和瞬態(tài)面波法相互驗證，使用WGMD-9超級高密度電法系統(tǒng)在工程東側(cè)開展高密度電法探測，同步在工程區(qū)使用SE2404EP綜合工程探測儀部署瞬態(tài)面波測線。測流分別針對地表水和泄水孔進行：使用LB-JCN2便攜式流量流速測定儀（流速范圍為0.05～7.00m/s，工作水深為0.1～30.0m）測量各測流斷面的流速，并使用流速面積法計算各測流斷面的流量。另外，使用2L容器測量泄水孔和出水點的出水量，每個測點測量5次，去掉最大值和最小值后取平均值。根據(jù)水文地質(zhì)特點以及巖溶地區(qū)示蹤試驗[22]經(jīng)驗，將鉬酸銨作為示蹤劑，鉬酸銨的投放量為100kg，投源位置為地表水測流斷面1，將出水點、積水點、雨水溝、鉆孔sw4和sw8作為檢測點。鉬離子采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法進行檢驗，該方法精度高，相對標準偏差小于5%，最低檢出限為0.01μg/L。取主要采樣點（大辛河、積水點、出水點、sw4、sw7和sw8）的水樣進行水質(zhì)簡分析，在水樣中加入硝酸使pH值降至2，封口密閉送檢，依據(jù)《地下水質(zhì)量標準》（GB/T14848—2007）進行水質(zhì)評價。

3 研究結(jié)果及分析

3.1 巖溶裂隙發(fā)育情況

物探圈定5處較大規(guī)模的巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，總面積1.6萬m2，發(fā)育深度為15～35m，受河流切割影響，工程區(qū)東側(cè)巖溶裂隙分布范圍較廣，發(fā)育深度為15～30m；西側(cè)發(fā)育深度為15～30m；南側(cè)發(fā)育范圍最小，發(fā)育深度為15～35m，見圖3。在物探基礎上補充實施水文地質(zhì)鉆探，總體上巖芯較完整，多呈柱狀、長柱狀，偶見小溶孔，充填有方解石，局部巖芯破碎，巖溶裂隙發(fā)育深度為15～25m，其中：鉆孔sw7巖溶裂隙最發(fā)育，累計厚度14.4m；鉆孔sw4、sw5巖溶裂隙較發(fā)育，累計厚度分別為5.3、4.9m；其余5孔累計巖溶發(fā)育厚度均小于2.0m，巖溶發(fā)育程度一般，但鉆孔sw6、sw8巖溶裂隙相對較發(fā)育。

工程區(qū)50m以淺范圍內(nèi)巖溶水富水性極差，絕大多數(shù)水文地質(zhì)孔一抽即干，水位恢復時間為26～34h，水動力條件差。只有鉆孔sw7富水性較好，降深18.09m時，出水量為418.37m3/d，該孔在揭露埋深11m的垂向裂隙后，巖溶水承壓自流。隨著鉆探進尺的加大，鉆孔sw7的水位恢復速率從0.11m/s提高至0.15m/s，說明越深該孔富水性越好。為細化鉆孔sw7周邊巖溶裂隙發(fā)育情況，對鉆孔sw7內(nèi)情況利用井下電視進行了拍攝。揭露的含水裂隙傾向北東，傾角3.72°。鉆孔sw7抽水時南側(cè)出水點流量銳減，說明鉆孔sw7揭露的裂隙與出水點裂隙一致，且該裂隙在垂向上繼續(xù)往深部延伸。

3.2 大辛河滲漏情況

在臨近工程的大辛河自南向北布設了5個測流斷面，其中斷面1～斷面4的河床標高高于場平標高，處于工程南邊界往北329m的范圍內(nèi)。斷面1至斷面4的流量從1541.85m3/h逐漸減小至853.57m3/h，但斷面5的流量增大至1578.94m3/h，其中斷面2至斷面3區(qū)間滲漏量為383.83m3/h，占總滲漏量的55.8%，滲漏明顯。因此，在河床標高高于場平標高時河水存在滲漏，與工程相應位置擋土墻泄水孔的出流情況一致，各斷面測流結(jié)果見表1。

擋土墻泄水孔的總出水量為8.72m3/h，遠小于地表水滲漏量，考慮工程區(qū)東側(cè)巖溶水富水性極差且地連墻進入完整灰?guī)r0.5m，大辛河從東側(cè)一線補給工程區(qū)地下水的可能性很小。為分析大辛河河水補給工程區(qū)地下水的途徑，實施1組示蹤試驗，投源點位于大辛河測流斷面1。判定檢出鉬離子的標準為檢出濃度大于背景值的3倍，且連續(xù)出現(xiàn)3次以上，在峰值出現(xiàn)后的衰減階段，濃度仍高于背景值則視為檢出，否則視為未檢出。本次示蹤試驗分兩期進行，第一期持續(xù)6d，第二期持續(xù)5d，前兩天分別在9時、12時和15時取樣，此后每天分別在9時、15時取樣，共取得樣品132件。根據(jù)檢測結(jié)果繪制的各檢出點鉬離子濃度歷時曲線，可分為單峰型和雙峰型兩類，見圖4（時間為0時各檢出點鉬離子濃度為本底值）。

投源后，絕大多數(shù)示蹤劑沿著河水向下游運移，因此在測流斷面3處的初始檢出濃度較高，見圖4（a）。其余檢出點鉬離子濃度曲線可分為兩類：雨水溝、sw4和sw8鉬離子濃度曲線為單峰型，說明這些檢出點有且僅有一條通道接受鉬離子；各檢出點峰值出現(xiàn)的時間和濃度不同，表明不同檢出點接受鉬離子的通道存在差異。從濃度上看，除投源點外，雨水溝濃度明顯高于其余各檢出點，2h內(nèi)便檢測到鉬離子，峰值濃度為396.43μg/L，其后續(xù)鉬離子濃度變化趨勢與大辛河一致，這與河水從泄水孔直接流出有關(guān)。sw4、sw8分別在投源266、24h后檢測到鉬離子濃度峰值，二者接受鉬離子的通道唯一，但考慮巖溶裂隙發(fā)育的不均勻性，無法通過示蹤試驗判斷其補給來源及路徑。出水點和積水點鉬離子濃度曲線為雙峰型，且第一峰值濃度均大于第二峰值濃度，表明二者接受鉬離子的通道至少有兩條，其中第一通道徑流速度較快。出水點和積水點鉬離子峰值濃度存在差異，但濃度變化趨勢基本一致，表明二者接受鉬離子的通道相同。

結(jié)合巖溶裂隙發(fā)育特征進行判斷，出水點、sw7、積水點接受大辛河河水補給，即大辛河對工程區(qū)地下水的補給作用明顯。大辛河河水沿著巖溶裂隙進入出水點所在的裂隙，進而流入工程區(qū)補給地下水。鑒于本次試驗期間年降水量（581.8mm）與工程建設期間的（526.4mm）相差不大，而出水點的出水量則從324.00 m3/d增大至739.92m3/d，可以認為大辛河對出水點的補給量約為415.92m3/d，占出水點總出水量的56.21%。

3.3 水化學特征

根據(jù)水化學特征可以得到巖溶水系統(tǒng)的重要信息，輔助分析巖溶水的補徑排特征[23-26]，因此對主要采樣點進行水質(zhì)簡分析，可將采樣點水質(zhì)分為A、B、C三類，見圖5。A組為HCO3·SO4-Ca型水，包含大辛河和出水點，水質(zhì)類別為Ⅱ類。出水點接受山體側(cè)向徑流和大辛河河水補給，且大辛河補給量占比較大。

4 成因與控制措施

4.1 地下水補徑排條件

1）南側(cè)山體淺層巖溶水側(cè)向徑流補給。工程區(qū)整體巖溶裂隙不發(fā)育，富水性差，25～45m范圍內(nèi)灰?guī)r相對完整，同時考慮炒米店組灰?guī)r的巖溶發(fā)育特征，深層巖溶水頂托補給工程區(qū)地下水的可能性極小。工程區(qū)南側(cè)sw7揭露的巖溶裂隙發(fā)育段累計厚度大，且揭露了北東向垂向裂隙，直接接受南側(cè)山體巖溶水的徑流補給。這條裂隙起自山體內(nèi)部，經(jīng)出水點、sw7進入工程區(qū)，影響工程區(qū)地下水位，是一條自南向北的主要補給通道。推測補給通道位置見圖6，南側(cè)山體淺層巖溶水對工程區(qū)地下水的補給作用見圖7。

2）大辛河補給。雖然工程區(qū)南邊界以北329m范圍內(nèi)大辛河河床標高高于場平標高，但工程區(qū)臨近大辛河一側(cè)的巖溶水富水性極差，說明該工程通過設置插入完整中風化石灰?guī)r的地連墻，有效阻隔了地表水直接進入工程區(qū)的淺部巖溶裂隙和碎石層，使得大辛河河水繞過地連墻補給工程區(qū)地下水的可能性極小。

大辛河補給工程區(qū)地下水的途徑有兩處：一是出水點，二是雨水溝。其中，出水點處接受河水的直接補給，河水的補給量占出水點出流總量的56.21%，河水通過出水點—sw7—積水點的徑流通道進入工程區(qū)補給地下水。由于河水水量較大，因此裹挾淺層巖溶水的河水沿南北向徑流通道流至工程區(qū)后，在水頭壓力的作用下，在上覆碎石層的巖溶裂隙處越流補給孔隙水。

此外，部分河水匯入雨水溝，與擋土墻泄水孔出流的河水匯集后通過碎石層下滲補給工程區(qū)內(nèi)地下水。工程區(qū)地下水在接受補給后，沿第四系碎石層自南向北徑流排泄，并在場平標高低于大辛河河床標高的范圍內(nèi)（全長249m）排泄補給河水，但工程挖除了碎石層且局部分布有一層高3m的地下室，進一步加大了對地下徑流的阻擋，使得地下水流動緩慢、排泄不暢。

總而言之，地下結(jié)構(gòu)對地下水流動具有顯著影響[13，27]。工程建設前工程區(qū)碎石與河床底部碎石相連，工程區(qū)中南側(cè)碎石平均厚度為12.6m，大辛河作為一條季節(jié)性山洪河道，雨后形成的地表徑流一方面沿著河床排泄，另一方面沿著碎石層滲漏補給周邊孔隙水后向下游流動排泄。工程本身處于山坡，第四系厚度自南向北逐漸增厚，南側(cè)灰?guī)r裸露，大氣降水沿著灰?guī)r裂隙下滲補給淺層巖溶水，向北流動排泄。但隨著工程建設，碎石層平均厚度減少至5.8m，南側(cè)山體被挖除7.36～44.00m，影響了淺層巖溶水原本的徑流通道。與此同時，工程的基礎結(jié)構(gòu)以及擋土墻阻擋了地下水的徑流通道，導致工程區(qū)地下水排泄不暢。工程區(qū)地下水接受大辛河河水的持續(xù)補給后，在徑流通道被阻擋破壞的情況下，最終導致地下水位升高。

4.2 地下水位控制措施

根據(jù)對該工程建成后地下水位升高成因的分析，為緩解工程區(qū)地下水位過高的情況，針對性提出地下水位控制方案，即雨水溝改造：增大雨水溝的集蓄能力、減小甚至消除雨水溝的下滲功能，對雨水溝進行防滲處理，同時擴寬、加深雨水溝，收集出水點和泄水孔流出的水并排泄至工程區(qū)外。控制方案實施后，工程區(qū)地下水抽排時間由原本的5min延長至120min，地下水位升高速率從最初的2.4m/h降低至0.1m/h，有效延緩了水位上升，控制了地下水位的升高。

5 結(jié)論

圍繞濟南龍洞片區(qū)某工程建成后地下水位升高的現(xiàn)象，綜合分析了地下水的補徑排條件：該工程區(qū)地下水接受南側(cè)山體淺層巖溶水側(cè)向徑流和大辛河河水補給；南側(cè)出水點揭露的垂向山體裂隙是主要的工程區(qū)地下水補給通道，該北東向裂隙進一步向工程區(qū)及地層深部延伸，總體上為出水點—sw7—積水點一線；大辛河是工程區(qū)地下水最主要的補給源，大部分通過出水點揭露的巖溶裂隙進入工程區(qū)，補給量占出水點出流總量的56.21%，少部分河水通過匯入雨水溝下滲補給工程區(qū)地下水；自工程南邊界以北329m范圍，場平標高低于大辛河河床標高，該段河水滲漏明顯，對工程區(qū)地下水存在補給作用；在場平標高高于大辛河河床標高的區(qū)域（全長249m），工程區(qū)地下水沿著碎石層向下游流動排泄并補給河水。

根據(jù)該工程建成后地下水位升高成因的分析，針對性提出地下水位控制的雨水溝改造方案，控制方案實施后，工程區(qū)地下水位升高速率從2.4m/h降至0.1 m/h，有效控制了地下水位的升高。

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【責任編輯 呂艷梅】