济南四大泉群附近补给路径及补给比例研究

济南地区岩溶大泉是集供水、旅游、生态等功能于一体的重要自然资源,但随着经济社会的快速发展,人类活动影响不断增强,各岩溶大泉受到水质劣化、流量衰减的威胁。为了明确济南四大泉群附近主要补给路径,更加科学合理的保护泉水资源,文章采用流速流向定量分析、地下水流场分析、水化学同位素分析、聚类分析、三端元混合比计算等研究方法,分析了济南四大泉群主要补给路径,定量计算了各泉群补给路径贡献比例。研究表明,四大泉群的主要补给路径可划分为西部、南部、东南部补给路径,每个泉群受到不同补给路径的混合补给作用,其中趵突泉、黑虎泉、五龙潭、珍珠泉泉群的主要补给来源分别为南部补给路径（流量占比40.21%）、东南部补给路径（流量占比47.42%）、西部补给路径（流量占比47.13%）、南部补给路径（流量占比51.04%）,研究工作可为我国北方岩溶大泉成因机制和生态保护提供参考。     

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。     

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。     

渭北中部筛珠洞泉补给来源的再认识

筛珠洞泉位于中低山区与渭北黄土台塬区衔接地带。筛珠洞泉区地势整体趋势为西北高东南低,北部以中低山为主,海拔在1 200-1 600 m之间,多由裸露和隐伏碳酸盐岩组成;西南地势逐渐降低,海拔在800-1 000 m之间,为以唐王陵向斜为主的一系列褶皱构造,由奥陶系碎屑岩和碳酸盐岩组成;东南部地势呈阶梯状下降,山前地带海拔多在400-500 m之间,为裸露碳酸盐岩区与山前冲洪积扇区的接触地带。筛珠洞泉作为渭北中部最大的岩溶泉,对于其补给来源前人已做了大量的研究,较为一致的认识是泾河渗漏是筛珠洞泉最主要补给来源,且筛珠洞泉是渭北中部筛珠洞泉域隐伏岩溶系统的集中排泄点。本文根据氢、氧和锶同位素的研究成果,结合水文地球化学及岩溶水文地质条件,对筛珠洞泉的补给来源提出了与前人研究不同的认识,即筛珠洞泉的补给以筛珠洞泉域外西南部岩溶地下水为主;在所有的补给来源中,大气降水、河水及岩溶水所占比例分别为11%、37%和52%;在岩溶水补给中,西南部、西北部及坝址区岩溶水所占比例分别为77.9%、19.7%和2.4%。在此基础上,本文还根据氚同位素资料估算筛珠洞主泉岩溶水的平均滞留时间为62-64年。     

硫氧同位素示踪污染物来源在济南岩溶水中的应用

近年来,济南岩溶水硫酸盐浓度逐年升高,为了对硫酸盐污染区域实施有效的防治措施,保障饮用水安全,识别硫酸盐的污染来源极其重要.在系统分析研究区水文地质条件的基础上,根据实际的采样测试数据,采用硫、氧(S、O)双同位素示踪技术,分析识别了济南趵突泉泉域硫酸盐的主要污染来源,并通过IsoSource质量守恒模型,估算了硫酸盐各污染来源的贡献率.结果表明:泉域内硫酸盐主要污染来源有大气沉降、污水和土壤;大气沉降来源贡献率最大,均值达到53.9%;其次是污水来源,均值为31%;土壤来源贡献率最小,均值为15.1%.该研究为北方岩溶区地下水硫酸盐来源的定量研究提供了一种新方法,为济南趵突泉泉域硫酸盐污染防治提供了科学依据.     

济南岩溶水微量元素分布特征及其水文地质意义

济南以泉名扬天下,故称泉城。20世纪后半期,由于地下水的开采,济南泉水流量逐年递减,并于1976年始出现断流,20世纪末限制岩溶水开采量后,泉水复涌。自1980年开始,保泉地质调查工作陆续开展,但迄今对泉水补给方向及影响泉水因素尚无定论。采用微量元素水文地球化学方法,对济南可能的泉域范围内的枯丰水期岩溶水化学特征及其变化进行了研究。结果表明,丰水期较枯水期离子浓度总体偏低,由南部山区向北至泉群地带,元素浓度由低到高,显著地反映出由补给区通过径流区至排泄区的整个水化学过程。利用PHREEQC软件MIX模块,选择趵突泉及其周围的不同采样点岩溶水进行配比混合模拟。结果显示,泉水补给方向多样,趵突泉不仅有近源补给来源,还有远距离深循环补给。作者结合调查区地质构造及相关水文地质条件,认为济南泉水的形成是多源混合补给、深浅循环结合而成,千佛山断裂北部透水段,对济南泉群的形成具有极其重要的作用。     

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。     

济南趵突泉泉域岩溶水硝酸盐污染特征及其来源识别

为有效防治硝酸盐污染,保障区域饮用水安全,识别硝酸盐的污染来源,在系统分析济南趵突泉水文地质条件的基础上,进行岩溶水取样调查,采用N、O双同位素技术,识别其泉域内硝酸盐的主要污染来源,并利用IsoSource模型定量计算各污染来源的贡献率。结果表明：趵突泉泉域岩溶水中硝酸盐主要污染来源有动物粪便与污水、土壤有机氮、化肥中的NH$_4^{+}$;其中动物粪便与污水来源贡献率最大,均值达到51.07%,其次是土壤有机氮和化肥,均值分别为25.21%、23.71%。     

平凉大岔河隐伏岩溶水补给的环境同位素研究

在干旱、半干旱的隐伏岩溶区进行地下水资源评价中，地下水的形成及补给是最基础，也是最棘手的工作。本文应用环境同位素技术对研究区隐伏岩溶水的来源、补给做了研究。结果表明，区内不同时代的岩溶水均由大气降水组成。隐伏岩溶水的补给局限在大岔河流域内，并有大量现代降水的混入，混入量平均为54％，说明该区隐伏岩溶水汇水条件良好，具有可观的开发利用价值。     

辛安泉系统岩溶地下水降水补给滞后分析研究

辛安泉域是山西第二大岩溶泉,是长治市生活主要供水水源,根据其地质和含水岩性特征,从其补径排规律上,分析了泉域接受降水补给的年内和年际特点.并建立其裸露区降水补给模型.得出降雨补给泉水滞后6a以上,最长可达10a,降水丰枯与泉水的不一致变化趋势.近年降水减少是泉水流量下降的主要原因,应合理开采,以保泉水常流不竭.     

娘子关泉群水的来源再研究

本文对《山西省娘子关泉域岩溶水资源评价及其开发利用科研报告》中的“娘子关各泉组同出一源”的观点提出了疑问。这一观点的主要依据是娘子关“各泉组水温与矿化度基本相同”,但笔者通过泉水水温、矿化度、其它水化学特征及硫同位素的对比、水力联系等的分析,对上述依据进行了考究,进而对此观点提出了异议。依笔者所见,娘子关泉群(或各泉组)并非同出一源,而是有两个明显不同的源。     

济南岩体周边裂隙岩溶水水化学特征与离子来源研究

济南岩体是山东省中部典型的中生代地质体,其周边裂隙岩溶水发育,查明济南岩体周边裂隙岩溶水水化学特征及主要离子来源,对裂隙岩溶水的开发利用具有重要意义。以济南岩体周边裂隙岩溶水为研究对象,通过研究地层岩性、裂隙岩溶发育特征、主要离子含量及变化特征、水化学类型等,利用Pearson相关性分析、Gibbs图解、主要离子比例分析、Mg/Ca摩尔比分析等方法推断离子来源。研究发现：区内裂隙岩溶水中Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、SO₄^2-、Cl^-、TDS含量,从岩体南、东、西3侧至齐河—天桥一带,再到桃园—鸭旺口一带,为逐渐增加的趋势,HCO₃^-变化趋势与之相反;水化学类型有5种,存在由岩体南侧HCO₃-Ca型,至东、西2侧的HCO₃-Ca·Mg型,到齐河—天桥一带的SO₄-Ca型,再到桃园—鸭旺口一带的SO₄·Cl—Na·Ca型不断溶滤的...     

基于小波分析的趵突泉地下水补给范围探讨

为查明济南趵突泉地下水补给范围以及市区、西郊对趵突泉的补给范围所占比例,选取2010—2020年趵突泉泉域20个地下水长期监测点的岩溶水位数据,采用交叉小波变换的方法对地下水位与降水量的时滞进行分析,并结合泉水的功能分区对趵突泉地下水补给范围进行探讨,计算市区、西郊对趵突泉的补给范围所占比例。结果表明：（1）随着地下水径流长度的增加,地下水位对降水时滞呈现增大的趋势,从78.58 d增大至129.22 d,济南西郊的时滞变化梯度大于济南市区;（2）玉符河下游地下水补给范围大,径流路径长,河流沿线地下水位对降水量的时滞大于两侧;刘长山−郎茂山−万灵山一带地下水径流路径较短,岩溶富水性较差,地下水位对降水量的时滞小于两侧;济南市区与西郊地下水存在水力联系;（3）选取趵突泉水位与降水量的时滞等值线为趵突泉补给范围的北边界,东边界为东坞断裂,西边界为马山断裂,南边界为地表分水岭,趵突泉的补给范围为1 390.54 km²。（4）济南西郊对趵突泉的补给范围为1 133.09 km²,市区对趵突泉的补给范围为257.45 km²,西郊和市区对趵突泉的补给范围面积比值为4.4∶1。     

济南玉符河重点渗漏带岩溶地下水补给特征与保护

玉符河是济南趵突泉域的重点渗漏带之一,是天然河道型渗漏带,其流域面积较大,具有较好来水条件,且卧虎山水库与锦绣城水库水系联通工程使其具备调水补源的条件,能通过增加外调补水增加重点渗漏带的补水能力。文章根据渗漏补给功能特征,采用RS、GPS、GS、物探测量、水文地质试验等技术手段,利用岩性、构造、地形、渗透性、植被覆盖度五大矢量数据的叠加分析方法,以主河道为中心划定玉符河重点渗漏带的保护范围,并利用变化参数法计算出玉符河重点渗漏带多年平均天然地下水补给量约为1 290万m³,其是岩溶地下水的重要补给来源。玉符河重点渗漏带的补水效果主要是通过提升西郊区域岩溶地下水水位,阻止趵突泉南部山区地下水向北径流过程中的向西分流,使地下水集中向泉水出露区汇聚,从而增大泉水的出流量。在保护渗漏带自然入渗功能的前提下,可充分挖掘玉符河重点渗漏带的补水功能,通过调水补源、河道生态修复、入河污染控制等措施,增大玉符河重点渗漏带的渗漏补给量。     

窟野河流域中游煤矿区地下水质量及补给来源研究

为查明神东矿区地下水质量状况和补给来源,分析测试了不同含水层(第四系松散层、白垩系洛河组、侏罗系直罗组和延安组含水层)的一般化学指标、毒理学指标和环境同位素(D、18O、3H)的值,利用环境同位素(D、18O、3H)分析该区地下水的补给来源和更新能力,利用单指标综合评价和影响因素识别相结合的方法研究了区内地下水的质量现状和影响因素,采用四步法计算出毒理学指标的饮水途径健康风险值。结果表明:(1)第四系松散层地下水、白垩系洛河组地下水和侏罗系风化带水主要为现代大气降水补给,更新快。侏罗系深层基岩裂隙水主要为晚更新世冰期降水补给,与现代降水基本无水力联系;(2)侏罗系延安组地下水水质较差,Ⅳ-Ⅴ类水所占比例较高,达到47.9%,其他含水层地下水水质较好。总体上,对Ⅳ-Ⅴ类水单指标贡献率较大的指标为钠氟化物TDS氯化物硫酸盐;(3)毒理学指标中氟化物的健康风险值最大,其他毒理学指标健康风险基本都在可接受范围内。因此,氟化物应作为水污染监测和防治中的优先控制物。本次研究成果将为矿区水源地的选择和污染物防控提供科学依据。     

利用稳定同位素方法识别内蒙古佘太盆地地下水补给来源

为研究近几十年来佘太盆地地下水补给变化情况,通过现场调查分析,对佘太盆地浅层地下水开展同位素样品采集工作,并测定了其氢、氧稳定同位素的值。在分析同位素分布特征及变化规律的基础上,结合当地地质及水文地质条件识别了地下水补给来源和补给区并构建了浅层地下水的补给模式图,探讨了区域上浅层地下水的补给流动状况。通过分析研究区大气降水和地下水中的氢氧稳定同位素的变化特征发现:当地大气降水并不是地下水的主要补给来源,其补给源区为周边山区,补给来源主要是周边山区的大气降水,且地下水所经历的蒸发作用较明显;盆地的东、西部地下水的补给源区不尽相同,西部的补给区高程要高于东部的补给区高程,但两部分地下水所经历的蒸发强度基本相同。     

忻州盆地边山岩溶水系统与盆地孔隙水补给分析

忻州盆地边山岩溶水与盆地孔隙水存在密切的水力联系,岩溶水系统的圈划与分析对盆地孔隙水资源评价十分重要.文章运用地下水系统分析理论,基于地理信息系统技术,定量提取区域地质(岩相古地理、地层与构造)和水文地质信息,绘制了基于区域隔水底板等高线图、典型剖面图、盆地-山区两壁投影图等信息的岩溶水系统图;运用岩溶水系统图分析得出下马圈泉岩溶水系统与盆地孔隙水存在间接汇水、潜流和河流(泉)渗漏等补给关系,并给出了补给量的计算方法,为忻州盆地地下水资源评价与定量模拟提供了新的水文地质依据与基础.     

基于时间序列分形的济南岩溶大泉动态研究

为研究岩溶大泉动态变化的影响机制,以济南泉域为例,根据2003年关闭地下水供水水源地以来趵突泉及黑虎泉的泉水位、泉域内降水量、地下水开采及人工补源资料,采用分形理论中时间序列分形维数法,计算各要素数据序列分维值及稳定性指数,结果表明:旬尺度下泉水位分维值大于月尺度下泉水位分维值;奥陶系灰岩分布区雨量站降水量分维值较小,但奥陶系灰岩降水入渗补给条件好,因此与泉群的水位波动关系更为密切。各泉水位影响因素中,人工补源因素的稳定性最差,极易受外界因素干扰发生改变。利用灰色关联度验证分析表明降水量、人工开采量、人工补源量与趵突泉泉水位的关联度分别为0. 858、0. 647、0. 667,与黑虎泉泉水位的关联度分别为0. 859、0. 646、0. 668;关联度总体排序为:降水量>人工补源量>人工开采量,说明2003年以来影响泉水位动态的首要因素是大气降水并非人工开采,即泉水动态主控因素发生转变。在分析了泉域资源量的演化基础上,对各影响因素的分维值与泉水位动态分维值进行回归分析认为,为保持泉水持续喷涌奥陶系灰岩分布区更适宜作为泉水人工补源地带。研究结果为济南岩溶大泉的保护提供科学依据。     

环境同位素在北京平谷盆地山前侧向补给研究中的应用

利用地下水水化学和同位素测试分析成果,结合区域地质、水文地质条件研究了平谷北山山区侧向补给情况和中桥水源地地区第四系松散孔隙水和下伏岩溶水关系。结果表明：研究区第四系松散孔隙水和基岩岩溶地下水均来源于大气降水,地下水化学类型均为HCO₃^-—Ca²⁺·Mg²⁺型;平谷北山山前基岩岩溶水侧向补给平原区第四系松散孔隙水和下伏岩溶地下水;通过D值估算得到中桥水源地第四系浅层地下水的山区岩溶水侧向补给和垂向降水入渗补给比例为57∶43;中桥水源地基岩岩溶水接受山区岩溶水侧向补给和第四系孔隙水垂向越流补给比例为87∶13。研究成果为平谷地区地下水资源量评价和地下水动力场数值模型的建设提供了关键参数,为区域地下水的合理开采和有序回补涵养提供了科学依据。