济南四大泉群补给来源差异性研究

济南泉水是中国北方岩溶泉水的典型代表。20世纪70年代以来,快速的城市化进程及过量开采造成济南泉水断流,尽管近几年采取补源措施,但效果并不理想,其根本原因是人工补源地点的选择缺乏科学依据。为确定济南泉域不同含水层对泉水的补给比例,根据泉水水位与水温监测、水化学指标测试、泉水电导率频率分析等方法,结合泉群出露区地质结构条件,研究泉水补给来源的差异性,确定济南泉域不同含水层对泉水的补给比例,为高效、精准补源及阐明泉水水化学成分形成与演化提供科学依据。研究表明:(1)岩溶含水层对趵突泉和黑虎泉的补给比例存在差异,其中张夏组含水层对趵突泉和黑虎泉的补给比例分别为31%～54%、24%～31%,奥陶系灰岩—寒武系凤山组灰岩含水层对趵突泉和黑虎泉的补给比例分别为45%～68%、68%～75%;(2)珍珠泉和潭西泉补给来源类同,潭西泉、珍珠泉张夏组含水层补给比例分别为60%～70%、60%,奥陶系灰岩—寒武系凤山组灰岩含水层补给比例分别为15%～17%、22%～25%,人工补源水补给比例分别为8%～21%、13%,孔隙水、裂隙水补给比例分别为6%、5%～6%;(3)泉水水温特征表明补给珍珠泉、潭西泉的地下水以深循环为主,并且受孔隙水、裂隙水补给,补源水对珍珠泉、潭西泉影响明显;(4)泉水位动态表明枯、丰水期黑虎泉与趵突泉的补给来源与方向存在一定差异,且黑虎泉地区奥陶系—寒武系凤山组灰岩岩溶发育更强烈。从宏观上,泉水补给来源于广泛分布的寒武—奥陶系灰岩区。微观上,不同岩溶含水层对四大泉群的补给强度存在明显差异,奥陶系含水层是泉水重要的补给来源,济南保泉人工回灌补源地点应选在奥陶系灰岩地区。     

济南岩溶泉域泉群区水化学与环境同位素研究

本文通过对济南岩溶泉域排泄区地下水样品的分析,采用主要离子(Cl、NO_3、Mg、Ca、HCO_3、SO_4)、微量元素(Br、Ba、Sr)、氢氧同位素(~2H和~(18)O)、硫同位素(~(34)S)等示踪因子的综合研究方法,结合岩溶泉域实际水文地质条件,揭示了济南泉水的水文地球化学特征、枯丰期水化学动态和环境同位素特征,确定了泉水在枯、丰水期不同的补给来源及补给途径。研究显示,泉群区出流的泉水可以分为三组,黑虎泉出流的路径是经奥陶系灰岩直接出流,趵突泉是经奥陶系灰岩与第四系沉积层出流地表,而五龙潭泉、珍珠泉和53号井则是在灰岩和侵入岩体的接触地带及第四系沉积层较薄弱处涌出地表;在丰水期地下水是混合补给,包括来自奥陶系岩溶水直接补给和硅酸盐岩裂隙水的间接补给,而在枯水期地下水主要由奥陶系岩溶水直接补给;泉群区地下水中的S主要来源于燃煤,而且有不断增加的趋势。     

PHREEQC在济南泉水来源判别中的应用与效果

为验证济南泉域的泉水来源,选取趵突泉周围13个取样点岩溶水中的微量元素Ba和Sr,运用PHREEQC软件对这两种元素进行不同比例的混合。结果表明,济南南部山区、东郊、西郊等处的岩溶水都对趵突泉泉水有不同程度的贡献,并首次试算出各个方向来水比例。这从水化学的角度说明,趵突泉水的来源是多源的。     

济南四大泉群水化学特征及其成因分析

为明晰济南四大泉群水化学动态变化特征及成因,利用离子比例系数、PHREEQC模拟以及氢氧同位素反演等方法分析各泉群水化学成分特征及其形成过程。研究表明：（1）四大泉群阳离子Ca2+为优势离子,阴离子HCO3-为优势离子;（2）潭西泉和珍珠泉水化学类型稳定,而趵突泉和黑虎泉由HCO3—Ca型变为HCO3·SO4—Ca型;（3）四大泉群受地表水、寒武系凤山组-奥陶系岩溶水以及寒武系张夏组岩溶水混合补给,其中趵突泉、黑虎泉接受寒武系凤山组-奥陶系岩溶水补给占比略大,而潭西泉、珍珠泉接受寒武系张夏组岩溶水补给占比略大;黑虎泉滞留时间最短,循环交替强烈;（4）水岩相互作用强弱程度导致泉群水化学成分差异,溶解沉淀作用强度整体大于阳离子交换作用。趵突泉阳离子交换作用强度最弱,黑虎泉伴随有去白云化作用,潭西泉和珍珠泉水化学作用及强度类似,进一步印证潭西泉和珍珠泉有相同的补给来源及运移机制。该研究成果对水资源合理利用和岩溶大泉的保护具有重要意义。     

济南泉域边界条件、水循环特征及水环境问题

济南泉域是市区泉水的汇流及蓄水范围,在其北部城区中心地带出露趵突泉、黑虎泉、五龙潭和珍珠泉四大泉群。为更好地保护和利用济南泉域内岩溶地下水,文章对济南泉域的边界条件、岩溶主径流通道、地下水循环特征及水质变化几个敏感问题进行探讨。利用泉群流量相关分析、流场特征分析、回灌补源分析及自备井调查等手段,重新界定了济南泉域的东边界,将其北部透水段向东扩展至原边界以东约4 km。通过对钻孔岩溶分层统计及缓冲区分析,在山前地带沿党家庄－十六里河－千佛山断裂泉城公园方向地下埋深100~150 m发现一条补给四大泉群的岩溶地下水集中径流带。研究发现,五龙潭和珍珠泉以深循环为主,补给主要来自岩溶地下水,而趵突泉和黑虎泉同时受深循环和浅循环影响较大,趵突泉主要补给来自西部和南部岩溶地下水和地表水,除此以外黑虎泉在东南方向上还有一定量的岩溶地下水补给。目前岩溶水水质变差,南部岩溶裸露区,尤其水库河道周边地带,生态环境亟待治理。      

济南四大泉群泉水补给来源混合比探讨

济南泉水众多闻名于世,人类活动造成泉水断流。为恢复名泉,多年来一直实施地下水自备井限采、集中开采的水源地禁采、回灌补源等措施,但保泉效果并不明显。根据泉水位观测、示踪试验、水质指标测试、岩溶发育程度分析、数理统计等方法,研究泉水补给来源的混合比例。研究结果表明：泉水位及泉水电导率动态变化特征揭示泉水补给来源存在季节性差异,丰水期泉水以东南方向管道流补给为主,枯水期泉水以西南方向裂隙流补给为主;岩溶水系统排泄区的水位动态与泉水位具有明显的相关性,奥陶系灰岩补给区地下水位与泉水位的相关性高于张夏组岩溶水水位与泉水位的相关性,枯水期在张夏组灰岩含水层进行回灌补源并不能遏制泉水位下降的势态;根据42组水质资料计算,泉水的Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、总硬度等常规离子组分含量介于寒武系张夏组岩溶水和奥陶系岩溶水之间,四大泉群流量中,来自于张夏组含水层的补给比例占11%~32%,凤山组-奥陶系含水层的补给比例占24%~60%,历阳湖占5%~10%,兴济河占0~6%,玉符河占1%~8%,市区回灌对五龙潭的流量有重要影响。可见,北方岩溶发育极其不均,泉水动态变化反映出北方岩溶的管道流与裂隙流并存,济南保泉回灌补源地点宜选择在奥陶系灰岩分布区。     

济南泉域排泄区岩溶地下水水化学特征

文章通过分析研究济南泉域排泄区地下水水化学成分特征及形成过程,结合岩溶地下水的补径排条件,揭示了不同位置、不同深度循环的水质存在差异的原因。为保护泉水、优化泉域内地下水的开采方案提供了依据。     

济南岩溶泉水利用和保护座谈会

中国地质学会岩溶地质专业委员会、山东省科协、山东地质学会、济南市科协于1981年10月在济南市联合召开了山东岩溶泉水利用和保护座谈会,到会的代表近五十人。 山东省地质局和济南市科协的代表向会议介绍了济南岩溶泉水及其补给区的水文地质特征、泉水的动态和资源评价、保护泉水措施的建议等。代表们对济南南郊泉水补给区、西郊玉符河冲积扇,东郎的明水泉群、市区的四大泉群     

娘子关泉域岩溶水氢氧同位素特征及影响因素浅析

为了研究娘子关泉域岩溶水状况及补给运移规律,系统采集了泉域内岩溶水、地表水样品,分析测试了样品的δD、δ~(18)O值,利用氢氧同位素方法,通过分析氢氧同位素特征及其影响因素研究岩溶水的补给来源及各含水层的相互联系。研究结果表明,大气降水和河流渗漏补给是泉域内岩溶水的主要补给来源。由于大气降水的高程效应和温度效应,导致泉域内δD、δ~(18)O值存在一定的差异。由于受到强烈蒸发后的大气降水及河流渗漏水的补给,河流沿岸岩溶水的δD、δ~(18)O值相对较高。同时对娘子关泉群城西泉、五龙泉和集泉站的D和~(18)O同位素分析结果表明,城西泉水来源于近源低海拔的补给源;而五龙泉和集泉站泉水来源于深循环、远距离、较高补给高程与地表水交换弱的补给源。通过以上研究,进一步明确了娘子关泉域岩溶水的补给运移规律,为当地政府合理开发及可持续利用娘子关泉域岩溶水资源提供了理论支撑。     

济南泉域浅层地下水水化学同位素研究

文章系统地分析了济南泉域浅层地下水(第四系孔隙水)和地表水的水化学成分和氢氧稳定同位素,并结合当地地形和水文条件,研究了不同地段浅层地下水和地表水的不同补给来源,揭示了浅层地下水与岩溶水的水力联系,得出浅层地下水在市区和东郊以降水入渗补给为主;在西郊和平安店则以岩溶水顶托补给和地表水(河水和水库水)入渗补给为主、当地降水入渗为辅的结论。为保护泉水、优化泉域内地下水开采方案提供了重要依据。     

云南维西县仙人洞泉和龙滩泉成因分析

主要根据仙人洞泉和龙滩泉的地质和水文地质调查资料,分析了研究区内岩溶发育特征,并应用水化学分析和同位素测试方法,研究分析了仙人洞泉和龙滩泉形成原因。认为研究区仙人洞泉和龙滩泉水化学及同位素特征相似,二者与金沙江水水化学组成差异较大,二者均以分水岭附近的石炭系地层为主要补给区,但仙人洞泉还接受更远地段地下水的补给,地下水沿岩溶裂隙和管道系统径流。     

济南岩溶水系统Sr元素分布特征及其指示意义

济南岩溶区水化学的主控地层为富锶的古生代海相碳酸盐岩。在地下水营力的作用下锶进行迁移转化,其分布特征具有重要的水文地质意义。笔者利用岩溶水中的微量元素Sr的含量大小及其分布特征,从水文地球化学的角度出发,揭示了其水文地质意义:通过分析Sr元素含量的分布特征及迁移规律,验证了济南泉水补给的多源性及“一碗水”观点;通过刻画Sr度特征对其可信度进行了验证。为济南泉水及其他地区岩溶水的研究提供了一些有益的启示。/Ca;水文地质意义     

水化学特征在岩溶水系统分析中的应用——以山西晋城长河流域岩溶水系统为例

通过对长河流域岩溶水矿化度、Ca^2＋／Mg^2＋、Ca／Sr及Mg／Sr等的特征分析,长河流域岩溶水系统从补给区到径流区、排泄区矿化度、Can／Mgn、Ca／Sr及Mg／Sr变化具有明显的规律性,岩溶水的流动方向则与以上各水化学指标质量浓度的变化方向一致,即研究区在东、北部灰岩裸露区直接接受大气降雨补给渗漏及部分半裸露区间接补给渗漏,向西以泉水形式排泄到沁河河谷地带,形成沁河河谷排泄带,地下水径流方向为南西西方向。并分析岩溶地下水的径流特征,富水强弱,水岩作用强弱及岩溶裂隙发育规律特征。     

基于水化学、同位素特征的济南岩溶地下水补给来源研究

文章利用水化学、2H、18O同位素、87Sr/86Sr比值、13C和14C同位素对济南岩溶地下水补给来源、地热水补给来源进行研究。结果表明,岩溶冷水水化学类型以HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca型为主、地热水以SO4-Ca型为主。在旱季,间接补给区对泉群地下水补给比率在66.00%~73.58%之间,直接补给区仅占到26.42%~34.00%,旱季泉水的主要来源为间接补给区岩溶地下水。地热水受到了更新世以来的降水补给,是不同时期降水补给所形成的混合地下水,接受补给区域应为高程较高的张夏或者炒米店-三山子组地层,补给高程在350~550 m之间。      

济南泉域地下水环境演化与保护

济南泉水为国内外水文地质界和社会所关注，保持泉水长期连续喷涌和泉域水环境良性循环是焦点之一。本文根据实际调查成果，分析了泉域岩溶地下水环境的演化特征，认为自然和人为双重作用导致了泉域地下水补给、迳流、排泄和水化学条件的改变，引发了泉水断流、地下水降落漏斗、地表水体污染和地下水质量下降等生态环境地质问题。优化泉域内外地下水开采布局、人工调蓄补源、控制城区向直接补给区扩展等是保持泉水喷涌和保护水环境的主要措施。     

济南市岩溶水化学特征及基于模糊评价法的水质评价

岩溶地下水是济南泉群的重要补给来源,其水质直接影响着济南市保泉工作成效。本次研究于5月和9月在济南市长孝岩溶水系统、趵突泉岩溶水系统及白泉岩溶水系统采集水样并进行水质检测。通过运用数理统计、相关性分析、Piper三线图、Gibbs模型等方法,对研究区内地下水水化学特征进行分析,利用模糊评价方法,对研究区地下水的质量进行综合评价。结果表明：三个岩溶水系统中地下水均为弱碱性水,硬度较小,TDS值均<1 000 mg·L^-1。阴阳离子浓度表现为：HCO₃^->SO₄^2->Cl^->NO₃^-,Ca²⁺>Na⁺>Mg²⁺>K⁺。模糊评价的结果显示,三个岩溶水系统地下水总体水质良好,可用作生活饮用水,且长孝、趵突泉及白泉的岩溶水水化学类型大致相同,离子来源相似,故水力联系较强。     

金沙江河谷巧家段地下水化学特征

金沙江河谷巧家段地形切割强烈,最大相对高差可达2 719 m,水文地质条件差异大,河谷区内泉水出露众多。对河谷区内38组泉水水化学组分进行分析的结果表明:地下水化学类型较简单,主要为HCO3- Ca、HCO3- Ca?Mg、HCO3- Mg?Ca型;地下水溶解性总固体(TDS)浓度变化较大,总体上TDS浓度自河谷斜坡补给-径流区至谷底排泄区,具有逐步增高的趋势;孔隙水TDS浓度明显高于岩溶水;地下水宏量组分HCO3-、Ca2+、Mg2+、SO42-与TDS具有正相关关系。据水化学组分变化分析谷底第四系地层中出露大泉的形成条件,其为孔隙水与岩溶水相混合形成。      

济南趵突泉泉域岩溶水化学特征时空差异性研究

水文地球化学一直是水文地质领域的研究重点,而地下水化学组分的时空变化特征受多种因素的影响。为了掌握济南趵突泉泉域岩溶地下水水化学特征时空差异性,本文分别于枯、丰水期在泉域内采集并分析了岩溶地下水样品,并采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图解法及离子比例系数法等分析手段,对研究区岩溶地下水水化学特征及时空差异性进行了研究。结果显示,研究区地下水优势阳离子为Ca,优势阴离子为HCO3,丰水期除HCO3外,其他离子的变异系数较枯水期普遍升高,且大于05,表现出丰水期空间差异性增大的特点。地下水水化学类型具有以HCO3·SO4- Ca为主,多种类型并存的特点。Ca、Mg、HCO3含量在枯、丰水期比值要小于1,且比其他离子要相对稳定,呈现出全局性特点。而Na、K含量在枯、丰水期比值波动较大,大部分比值大于1,Cl、SO4、NO3含量在枯、丰水期比值具有波动剧烈的特点,呈现出区域性特征,同时表明人类活动大大改变了研究区地下水水化学场的分布特征。     

永定河对北京西山岩溶水和玉泉山泉的影响

岩溶介质赋水各向异性使岩溶含水层具有不均一性和复杂性,增加了刻画地下水流场的难度和不确定性。为深入理解岩溶水系统不均一性,基于水化学和同位素数据研究了西山岩溶水系统补径排路径,为厘清岩溶水流场特征提供了新的依据。水化学和同位素证据表明西山岩溶区有3个补给源区:军庄、潭柘寺降水补给区和永定河渗漏补给区,每个补给区各自具有独立的径流通道。军庄补给区为降水和河水补给,降水补给向温泉-永丰屯方向径流;入渗河水补给沿永定河断裂向南东方向径流,在古城一带转向北东方向补给玉泉山泉。潭柘寺降水补给沿八宝山断裂北侧经回民公墓,八宝山朝四季青方向径流。自北而南可分为军庄-永丰屯径流带、永定河-香山径流带、潭柘寺-八宝山-四季青径流带。潭柘寺和永定河是西山岩溶水和重要补给源区,对玉泉山泉有直接影响。     

济南泉域岩溶水数值预报与供水保泉对策

基于保持泉水长期连续壮观喷涌和泉域岩溶生态地质环境良性循环发展等约束条件,根据济南泉域岩溶地下水系统特征,采用MODFLOW模拟裂隙岩溶介质地下水运动规律,进行了回灌补源条件下的地下水、地表水联合调蓄模拟,结果表明趵突泉枯水期水位控制在27.6m以上,四大泉群能够保证长年喷涌,同时在西郊增大开采量,提出济南泉域允许开采量不超过39万m^3/d是泉域生态地质环境功能修复的前提。提出了回灌补源、水质供水、控制城市向直接补给区扩展和优化水资源配置等泉水保护建议。