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HODFLOW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27.6 m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m3/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.     

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。     

大气降水与济南泉水动态变化的定量关系研究

济南保泉历经40多年历史,历年枯水期泉水一直受到断流威胁。针对济南泉水动态变化现状,采用相关分析法,研究不同时间尺度下大气降水与泉水动态的关系。研究表明:济南泉域岩溶地下水的主要的补给来源是大气降水,泉水位高低主要受降雨大小的影响;大气降水对泉水位的影响具有滞后性特点;不同时间尺度下累计降水量回归分析得出兴隆雨量站、燕子山雨量站对泉水位影响滞后时间较短;在现状开采条件下,当旬降雨量累计值大于17.58 mm时对泉水位回升有积极的影响。综合济南泉域岩溶水流向、各雨量站距泉的距离、降雨对泉水位影响的滞后时间、各雨量站降水大小与泉水位变幅的关系程度等方面,得出兴隆雨量站所在区域降雨对泉水位的影响较大,是适宜的保泉补源地,能达到科学补源保泉的目的。     

济南市玉符河多水源回灌岩溶水水质风险评价

济南以泉城而闻名,保泉和供水安全问题是其面临的巨大挑战,利用多水源进行岩溶水回灌是解决问题的有效措施之一,但是补给水源水质相对岩溶水而言较差,回灌到地下可能存在一定健康和环境风险,需要对回灌系统的水质进行风险评价。本文对比地下水质量标准和地下水水质背景值,重点选择地表源水超标和劣于背景值的风险源监测指标,借鉴澳大利亚含水层补给管理指南,对玉符河多水源回灌岩溶含水层工程运行期的水质风险进行评价。2015年对黄河水、卧虎山水库两种水源多次回灌期间的源水、孔隙水和岩溶水的22项指标进行水质监测和指标分析,风险残余评价结果表明黄河水回灌补源期间,平均浊度的标准指数源水是1.4,孔隙水1.7,岩溶水0.93,硫酸盐平均含量的标准指数源水是0.93,孔隙水0.9,岩溶水0.73,氯离子虽没有超过地下水III类标准,但是在源水中含量是地下水含量的2倍多;卧虎山水库水回灌补源期间,平均浊度的标准指数源水是2.4,孔隙水1.1,岩溶水0.43,硫酸盐平均含量的标准指数在源水0.75,孔隙水0.84,岩溶水0.66,氨氮的平均含量的标准指数源水1.14,孔隙水1.47,岩溶水1.35。因此,浊度、硫酸盐和溶质在裂隙岩溶含水层迁移较快为两种水源玉符河回灌补源工程的共同高风险项和关键控制点。此外,黄河水补源还需注意盐度,卧虎山水库水补源还需控制营养物的污染风险。基于以上评价,还提出了限制回灌量占区域岩溶水资源量比例等建议。      

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。     

济南张夏组灰岩岩溶地下水供水潜力探讨

济南南部广布巨厚张夏组灰岩,其中赋存优质丰富的岩溶地下水。出露众多泉水,其流量为800—8000m^3／d。该文通过简述济南地区张夏组灰岩岩溶地下水的赋存条件与水文地质特征,概略计算与评价其资源量,论证开发利用这一新水源的可行性,以期为济南供水与保泉开辟新途径。     

玉符河外源回灌对岩溶地下水影响研究

为缓解济南市的泉水保护与城市供水矛盾,玉符河先后实施了多期地表水回灌补源地下水工程,对维持泉水持续喷涌下城市正常取用地下水起到了重要作用。外源水水质与当地岩溶水差异明显,长期回灌将对岩溶水产生一定影响。针对这一问题,以2021—2022年玉符河的回灌补源为例,利用同位素试验和水化学综合分析等多种手段相结合的方式,研究玉符河流域岩溶水受外源水补给的影响,分析影响区内地下水水化学特征及其组分的变化趋势。结果表明：玉符河回灌对岩溶水有一定的补给作用,根据其补给的程度将研究区分成三个区带,在河岸东侧Ⅰ区范围内河流入渗补给占50%以上,是主要的影响区;城区泉群位于Ⅲ区内,水质受玉符河补源影响有限,但水位会有一定的抬升。自玉符河至Ⅲ区,水化学类型由SO₄·Cl-Na·Mg型逐渐向HCO₃-Ca·Mg型过渡,由于兴济河的调水补源,泉群地下水类型又转变为HCO₃·SO₄-Ca·Mg型。影响区内岩溶水各离子含量变化主要是河水与岩溶水的物理混合引起,同时伴随着水岩平衡的改变。补源经过一个水文年后,各离子逐步接近原来含量水平。研究成果为科学实施玉符河回灌补源提供了依据,对促进保泉与供水的有机统一具有一定意义。     

微量元素在福建马坑铁矿崎濑泉形成条件识别中的应用

崎濑泉是福建马坑铁矿区附近流量最大的泉,与矿区的关系一直没有查清。本文通过对前人勘察资料研究和在不同部位采水样进行分析的基础上,运用聚类分析和指示岩溶水、碎屑岩地下水补给来源和径流过程的Sr /Ca与Rb /K值研究了福建马坑铁矿崎濑泉补给来源和径流途径。结果表明,取自崎濑泉泉口水样与及矿区水文钻孔的岩溶水水样相关系数达到0.98,而与取自矿区北部砂岩裂隙水的水样相关性则很差;灰岩水和砂岩水间的相关系数仅为0. 26;崎濑泉水的Sr / Ca、Rb /K值与岩溶水的都比较相近,而砂岩裂隙水的Rb /K值则明显地较崎濑泉水与岩溶水的高,说明崎濑泉水的来源应当是深部的岩溶水,与其上部的砂岩裂隙水并无密切关系;崎濑泉的形成是大气降水在矿区东北部天山凹附近的灰岩裸露区渗入岩溶含水层并向西径流,至矿区中西部沿F10断层附近的岩溶强径流带径流至崎濑村,受陈坑- 崎濑断层阻挡然后涌出地面,而并非前人所说的是先由大气降水补给砂岩裂隙含水层,然后再由砂岩裂隙含水层补给下部的岩溶含水层。     

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。     

山西娘子关泉群及其水的来源

娘子关泉域群泉是中国北方最大的岩溶泉,泉域汇水面积达7 436 km²,前人认为：泉域内岩溶水由北、西、南3面向娘子关一带径流汇集,由于娘子关一带下奥陶系燧石团块或条带白云岩相对隔水层隆起,并被桃河侵蚀出露,使岩溶地下水溢出地表成泉群,其主要含水层为中奥陶系含石膏碳酸盐岩。但各泉的水化学、同位素特征有差异,娘子关泉群并不是出自统一源。文章通过水化学、同位素、水文地质剖面等方法研究得出： 娘子关泉域存在两个含水层、三个子系统：中奥陶系灰岩含水层和中上寒武系白云岩含水层;西部奥陶系岩溶水系统、东部奥陶系岩溶水系统和东部中上寒武系岩溶水系统。泉域内城西泉与程家泉出露于中奥陶系下马家沟组泥灰岩之上,含水层为中奥陶系灰岩裂隙、溶隙水,由于区域下马家沟组泥灰岩隆起隔水出露地表成泉,属于东部奥陶系岩溶水系统;坡底泉、五龙泉、河北泉、水帘洞泉、苇泽关泉其补给主要来源于中上寒武系含水岩组,为承压上升泉,属于东部中上寒武系岩溶水系统。     

山西娘子关泉水及污染成因再分析

山西娘子关泉水是我国北方最大的岩溶泉水之一,也是世界著名大泉,上世纪80年代前多年平均天然流量12.6 m3/s。文章利用1∶5万娘子关泉域岩溶水文地质环境地质调查项目勘探调查成果,对以下2个问题开展再分析:（1）娘子关泉水的成因,勘探等资料表明绵河南岸五龙泉、苇泽关等泉组主要接收下部中、上寒武统含水岩组岩溶水的补给,而非前人研究来源于上部中奥陶至下奥陶含水岩组补给;（2）结合水文地质条件,采用同位素等方法分析,认为部分地区煤矿老窑水的出流是导致娘子关泉水近年来加速污染的主要原因。      

济南明水泉域岩溶地下水数值模拟及泉水水位动态预测

应用地下水模拟软件GMS建立山东济南明水泉域的三维地下水流数值模拟模型,对泉域内岩溶地下水进行数值模拟和水平衡分析,评价了泉域岩溶地下水资源总量和在保持泉水常年喷涌条件下的岩溶地下水可采资源量。在此基础上,应用时间序列分析法对泉水水位动态进行了预测。结果表明:明水泉域多年（2003-2014年）地下水补给量为1.23×108 m3·a-1,排泄量为1.36×108 m3·a-1,均衡差为-1.30×108 m3·a-1;模型预测未来20年泉水最低水位为55.65 m,最高水位为68.72 m,平均泉流量为34.6×104 m3·d-1。     

典型背斜槽谷区岩溶水资源空间分布格局与水质特征——以宜居河流域为例

文章选取典型背斜槽谷区——宜居河流域作为研究对象,结合不同水文地质单元对流域岩溶泉进行出露特征及水质分析,研究结果表明:(1) 二叠系、三叠系含水层的调查泉点水化学类型全部属于HCO3-Ca型水,而寒武系、奥陶系含水层部分泉点属于HCO3·SO4-Ca型水,这可能与该地区的岩性及人类活动有关;流域内93.8%的岩溶泉点水质等级为优良和良好,可作为饮用水源;(2)流域内岩溶泉流量<10 L·s-1的岩溶泉数量占78%,平均流量仅为0.84 L·s-1;流量≥10 L·s-1的岩溶大泉平均流量达76.56 L·s-1;此外,发现不同岩性地层在岩溶泉发育的数量和流量上皆有差异,表现出岩溶泉发育的极不均一性;(3) 在可溶岩与非可溶岩接触带、断裂构造带、陡崖处、地势较低的弱承压泄流区、深切河谷及峡谷两侧切割处5类地点易出露岩溶泉。      

山东孤岛潜山凸起区裂隙岩溶热储 资源综合评价与发电潜力研究

山东孤岛潜山凸起区是以古生界为基底的披覆背斜,发育巨厚的寒武纪—奥陶纪碳酸盐岩,具备形成大型裂隙岩溶热储的条件.为研究该区热储的开发利用前景及发电潜力,在深入分析该区地质背景的基础上,以Gg2孔为例,查明寒武系—奥陶系以碳酸盐岩为主,其中奥陶纪八陡组、五阳山组、北庵庄组,寒武纪—奥陶纪三山子组及寒武纪张夏组以灰岩和白云岩为主,可形成良好的裂隙岩溶热储,累计厚度约480 m.以热储中点处温度为平均温度,以中、低温双循环地热发电为利用方向,下限温度按70℃估算,该区裂隙岩溶热储可供发电的热量为804×1016 J,当服务年限设为30 a、热效率系数设为7%时,估算的发电潜力为595 MW,为大型地热田.     

昆明市黑龙潭岩溶泉氢氧稳定同位素分析

黑龙潭位于昆明市北缘的五老山山麓,沿黑龙潭东支断裂带出露地表,该区分布三个岩溶泉,分别是:清水潭、浑水潭、小水潭,文章运用氢氧稳定同位素方法对它们进行连续的观测研究。通过对大气降水和泉水氢氧稳定同位素特征进行分析,揭示研究区岩溶泉水的来源及泉域含水层特征。得出以下结论:（1）通过大气降水δ18O -δD 关系建立当地大气降水线,大气降水线和泉水的稳定同位素分析表明泉水来源于大气降水,而且主要来源于夏季降水。（2）高斯混合模型分析结果表明,清水潭的补给不仅来源于野猫山地区,还包括径流过程中的入渗补给,而且入渗补给量并不小。浑水潭旱雨两季补给类型有所区别。小水潭除受北部二叠系灰岩含水层补给之外,很有可能也受东北部玄武岩山地的孔洞裂隙水补给。      

梁北二井水文地质特征及充水因素探讨

通过对井田边界条件、主要含水层的富水特征、断层的水文地质特征以及地下水的补给、径流及排泄条件的分析研究,认为二1煤层顶板的直接充水水源为顶板砂岩裂隙水,底板的直接充水水源为石炭系太原组上段石灰岩岩溶裂隙水,底板的间接充水水源为石炭系下段太原组灰岩岩溶裂隙水和寒武系白云质灰岩岩溶裂隙水;矿井充水通道为顶板砂岩、底板灰岩的裂隙和断层带。采用大井法对先期开采地段二1煤层-700m水平的矿井涌水量进行了预算：正常涌水量为947m^3/d,最大涌水量为1140m^3/d。结合邻近矿井的调查,认为计算的涌水量是可靠的,可作为煤矿建井设计和水害防治的依据。     

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。