济南泉水与济西地下水

1济南泉水与济西地下水关于泉域西边界——兼析济南泉水与济西地下水关系济西是罕见的超大型岩溶富水区，搞清泉域西边界，对合理开发济西地下水至关重要。1.1西郊与城区之间有一条透水性极弱的岩溶弱发育带西郊峨嵋山至城区泉群之间不仅有巨厚的隔水火成岩体（济南岩体西南部）相隔，还有该岩体南侧的侵入接触带和与之相连的石灰岩区岩溶弱发育带，共同把济西地区与城区岩溶水分隔开来。平面上呈圆弧形向南凸出的侵入接触带，长期不利于地下水富集，形成了地下水活动相对滞缓的地带。据801队资料，位于该接触带的八一礼堂钻孔，孔深390.3m，主要岩性为火成岩和岩溶发育不良的石灰岩，抽水降深达48.45m，出水量仅157.9m3/d，已接近干孔；位于接触带附近的其他钻孔，如7313厂、车桥厂基岩深孔，其抽水资料也反映了大降深、小水量贫水特征。刘长山西侧的三眼基岩钻孔水量甚小以至不足成井，东侧原水泥厂一带也因水量太小未能成井。附近局部地段虽有出水量700m3/d的井孔，但没有形成面状得的相对富水区。这一带透水性微弱，从深到浅难以找到东西向贯通的地下水渗透带（更缺少强渗透带）。侵入接触带往南郎茂山、万灵山至分水岭村一带，为地下岩溶弱发育带。同样是奥陶系及上寒武石灰岩，但由于地处补给区，水动力条件较差，致使地下岩溶很不发育。这一带市劳教所、郎茂山小区、双龙庄、九曲、南康、复兴村等地的钻孔和机井，均未见明显的岩溶发育段，抽水降深5～40m，出水量仅在100～700m3/d；而且在九曲、南康、复兴村一带更是以干孔为主。说明这一带地下水极度贫乏，透水性、导水性俱差。离开该岩溶弱发育带，往西至峨嵋山以西，往东北至城区永庆街、普利门、泉城路解放桥一带，富水性增强，单井出水量递增至5000～10000m3/d。与上述岩溶弱发育带的贫水特征形成明显反差。1.2沿岩溶弱发育带存在着一条连续稳定的地下水分水岭为搞清济南地区特别是这一带地下水水面形态，特增加密度进行长期跟踪监测。从1982年～2005年的几十张地下水等水位线图清楚地看到，沿岩溶弱发育带存在着连续稳定的地下水分水岭。说明济西、城区之间不可能存在明显的水力联系。等水位线图显示：岩溶弱发育带西侧文庄、邵而、党家庄一带的地下水往西北流向西郊水源地；玉符河以西杜庙至南、北大沙河下游北汝、归德一带地下水主要流向齐河一带；岩溶弱发育带东侧兴济河流域地下水则向北补给济南泉水。2在一侧抽水造成水位下降，另一侧是否随之下降，该地下水分水岭是否移动或消失？为此进行了专门监测。该岩溶弱发育带以西白马山自备井区和西郊水源地，2001年停采以前开采量18～22万m3/d，但漏斗中心却出现在开采量最小、富水性较差的白马山至腊山一带。漏斗区水位低于西郊强富水区3～5m，低于岩溶弱发育带北段（市劳教所）2～4m，低于岩溶弱发育带以东（南郊宾馆）2～3m，低于城区0.5～1m。漏斗范围始终没越过岩溶弱发育带，没有导致地下水分水岭东移。近20年来西郊至城区之间漏斗区低于城区地下水位的事实，排除了西郊补给城区的可能性。2004年济西抽水试验重启以来的监测资料进一步表明，沿机床二厂、青龙山、郎茂山、万灵山至兴隆山一带地下水分水岭依然稳定存在。众所周知，济南地区岩溶地下水总体流向是从东南往西北，而阻水岩体的走向是西南——东北，这就决定了城区泉水与济西水力联系不密切，而与济东水力联系密切。加上济西与城区之间的岩溶弱发育带（地下水分水岭）的存在，济西地下水穿过岩溶弱发育带和火成岩体补给城区泉水的条件就不具备了。尽管岩溶弱发育带并非完全不透水（有较微弱的透水性），但在东、西两侧地下水流向总体相背的情况下，地下水不可能产生水量交换。1.3停、抽水试验未发现济西地下水与济南泉水存在水力联系自上世纪80年代以来，因停电西郊水源地突然停采多次，多点水位监测数据表明，城区地下水位并没相应的引起变化。如1987年5月西郊水源地20万m3/d全部停采5个小时，受此影响，周边的西郊地区地下水位迅速回升，往东影响到岩溶弱发育带以西的机床二厂、后龙窝庄一带，而岩溶弱发育带以东的城区地下水位没有受到影响。2003年6、7月份那段济西抽水试验证明济西与城区是“两碗水”。等水位线图清楚地显示，抽水影响范围只在以水源地为中心局部地段，根本没有往城区扩展的趋势，这是问题的本质所在。6月中旬前后地下水位下降是大区域季节性井灌和城区“黑井”集中开采所致，而当时济西水源试验抽水量很小（不及农业开采的1/15）。往年没搞抽水试验时，旱季城区地下水位也以同样甚至更大的幅度下降。从6月20日开始在济西大幅度增加试验抽水量，之后多日无降雨情况下，城区地下水位却保持稳定（此时农灌开采结束）；进入汛期以后，一边是济西一期抽水试验满负荷运行，一边是城区水位涨（其中7月8日一天就上涨0.36m，创出近5年来单日涨幅之最）。说明城区的地下水位涨落与济西地下水位变化无关。2004年7月21日济西抽水试验重启以来，长达20多天的大规模停采、减采试验就进行过3次，48小时以上的停水试验多次。结果对岩溶弱发育带以东包括城区所有观测井的地下水位都没有造成影响。1.4历次示踪试验均未拿到济西与城区水力联系的任何证据3迄今做过的历次示踪试验，均未取得玉符河流域及西郊地下水与济南泉水连通的证据。中国地科院桂林岩溶所与801队1989年、山师大地理所1996年分别在玉符河干流催马庄、西渴马钻孔中投放钼酸铵示踪剂250kg、22kg，济西绝大多数监测点均测到峰值；但在城区泉水、水厂连同岩溶弱发育带以东的所有监测点均未接收到。1990年在岩溶弱发育带西侧王官庄钻孔中投放示踪剂，在城区地下水中也未测到。从1989年示踪剂扩散等时线图清楚地看到，在催马庄至古城地下水主径流带扩散速度最快，而郎茂山——万灵山岩溶弱发育带犹如一道屏障，把来自玉符河干流的示踪剂牢牢地挡在了济西。1989年中国地科院桂林岩溶所、801队得出的示踪试验主要结论是：“示踪试验没有取得泉域西部（济西）水源地与市区泉群水力联系的直接证据。”1996山师大地理所得出的示踪试验主要结论是：“济南泉水主要来源地，东南部面积大，汇水快，为主要源地；西南部面积小，汇水慢，为次要源地。”1.5“8．26”暴雨解疑团，泉水来自东南部1987年8月26日的局部特大暴雨及相应的地下水动态变化，对于揭示济南泉水的补给源，是一个不可多得的例证。这场暴雨100～300mm的范围，主要分布在岩溶弱发育带以东至巴漏河以西，即本文所论证的济南泉域范围。雨区地下水位大幅上升，雨后第二天城区猛涨4m，四大泉群一齐喷涌，重现数年未见的壮观景象。且在开采量未减的情况下，持续喷涌了半年多。由此，泉水的主要补给区范围便显现得清清楚楚！再看济西，其补给区的玉符河、南北大沙河中上游地区，此次降雨量仅30～80mm，卧虎山水库也没溢洪。西郊地下水没得到多大补给，雨后地下水位回升幅度自然就很小，直至汛后9、10月份，比上一年名泉干涸时水位还低1m左右。这就完全排除了玉符河、南北大沙河流域通过西郊补给促成此次泉涌的可能性。试想，如果主要靠济西来水补给，“8.26”之后四大泉群能喷涌吗？如果不是东南部广大地区补给的话，雨后泉涌能持续那么长时间吗？济南泉群涌水量与不同区域降水量回归分析结果也表明，济南泉水与济东地区降水量关系更为密切，进一步印证了东南部是济南泉水的主要补给区。1.6多年监测数据表明，城区的地下水位变化不受西郊影响多年的动态资料也显示，城区地下水位升降实质上不受西郊控制。例如：1991年9月5日西郊水位在29.65m时，城区就达28.40m；到同年10月10日西郊水位升至31.55m时，城区几乎原地踏步，为28.55m。说明城区水位并不受西郊影响。1990年8月25日、2002年3月1日西郊水位分别为28.30m、28.42m时，城区分别为26.97m、27.05m，在趵突泉喷涌线上下；然而在1992年4月22日、41992年11月10日、1999年4月26日西郊水位分别高达29.05m、28.85m、29.04m时，城区水位却仅26.70～26.80m，低于趵突泉喷涌线0.3m左右。说明趵突泉喷涌与否与西郊水位高低无关。2001年6月1～11日，西郊水位微降0.08m，而城区水位却下降了0.64m；1991年8月10～20日，西郊地下水位普降0.8～1.0m，而城区水位反而上涨0.7m；1992年10月25日～11月15日，西郊地下水位先升0.6m后又降了0.7m，而这期间城区地下水位却纹丝不动。说明西郊和城区水位并不同步，两地分属各自独立的地下水系统。由于大部分时段济西地下水位高于城区，如1998年4月～1999年12月、2004年4月～11月、2005年9月～11月，济西高于城区2～3m，经常给人们造成济西是济南泉水的上源的模糊认识。2003年9月6日济南泉水复涌前后的地下水动态，使这一模糊认识得以澄清！从2003年8月16日～10月6日，济西南八里、筐李与城区地下水位的差值缩小到不足0.5m。其中9月1日南八里、筐李地下水位竟低于城区0.22m和0.38m，9月6日济南泉水复涌的当天，济西杜庙一带地下水位仅比城区高0.04m。这主要是由于2003年7、8月份济西地下水补给区降水量明显小于济东的缘故。如果济南泉水主要靠济西地下水补给的话，2003年9月6日的济南泉水复涌是根本不可能的事。类似例证举不胜举，无不揭示了西郊与城区不存在水力联系的本质。而大范围降雨或阶段性农灌等因素造成的同步升降，不构成两地有无联系的证据。1.7水化学场、天然同位素研究证明济西与城区分属两个地下水系统水化学场表明，岩溶弱发育带及其附近是地下水滞流区。刘长山、白马山一带，多年来岩溶水矿化度高于西郊和城区0.2～0.4g/l,钙离子浓度高于西郊和城区30～60ppm。如果该地段是地下水强渗透带的话，地下水中各种离子浓度必被冲淡，就不会存在高值区了。据中国地科院岩溶所1989年在济南市的天然同位素研究成果，济西地区与城区分属补给源不同、且无水力联系的两个地下水系统。历时一年，共取9批水样，所测定氘的含量（同标准海水的千分偏差比值δD）平均值，济西谢家屯、全福庄分别达-63.1‰、-61.4‰，城区解放桥水厂、永庆街为-58.3‰、-60.8‰。说明济西、城区两个岩溶水系统补给源不同。两地的历时曲线形态的明显差异，反映出济西、城区为各自独立的岩溶水系统。1.8卧虎山水库历次放水对济南泉水及城区地下水位均未产生影响有资料以来特别是1990年以来卧虎山水库历次放水，对促使济西地下水位上升有一定作用，但从未发现对岩溶弱发育带以东的济南泉水及城区地下水位产生影响。2001年8月18～30日卧虎山水库往玉符河放水回灌期间，城区地下水位上升的0.36m（按滞后5天计算为0.18m，不及常年同期升幅的1/3），主要是汛期降水滞后补给和城区减采地下水共同作用的结果。这点升幅与入汛以来至放5水前已有的3.25m升幅相比，是微不足道的。8月18～19日（城区减采0.7万m3/d，上升0.13m，以下类同）、25～27日、29～30日城区水位曾出现跳跃式小幅上升，主要是城区减采地下水所致；9月1～3日城区水位下降，主要是城区增采地下水所致，与水库停止放水无关；9月5～8日城区水位上升，主要是9月3～5日南近郊降雨56mm的缘故；9月12日、17日城区水位跳跃式上升，17日趵突泉复涌，是解放桥水厂减采、停采所致。2002年3月下旬区域水位下降趋势减缓，主要是阶段性春灌陆续结束，农业减采、停采地下水所致，决不是因第二次回灌补源减缓了降速。2001年春天没搞回灌，阶段性春灌结束后城区地下水上升了0.22m。从横向看，在条件类似而没有搞回灌补源的长清西部、章丘明水等地区，其间地下水位变化与城区也非常相相似。从纵向看，1997～2000年，并没专门搞回灌补源，4年同期（8月18～30日）城区地下水位自然升幅就分别达1.79m、1.21m、0.48m、0.63m，平均1.03m，远大于2001年8月18～30日回灌补源期间0.36m的升幅。可见，这0.36m的升幅