（自然地理学专业论文）济南市泉群流量衰减原因分析及其喷涌趋势预测.pdf

独创声明 x 5 9 8 9 7 l 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 ( 注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或 证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：苏维k导师签字： 辫移 签字日期：2 0 0 4 年4 月“日签字日期：20 0 4 年斗月舶日 柰经侔孝、学帮鸬霹 暂垒文公宿 济南市泉群流量衰减原因分析及其喷涌趋势预测 山东师范大学硕：卜论文 济南市泉群流量衰减原因分析及其喷涌趋势预测 中文摘要 岩溶水作为水资源中的重要组成部分。其水量往往十分丰富，国内外许多大、中城市 都以岩溶水为主要的供水水源。岩溶水的集中排泄地段常常出露流量很大的泉，成为著名 的风景名胜。在天然状态下，岩溶水的水量和水质尽管可能会随着降水量、蒸发量及地壳 运动等自然因素的变化而变化，但其变化过程一般都非常缓慢，或者是可恢复的，因而通 常不会给环境带来严重后果。但当人类在利用和改造自然的过程中，肆意改变或破坏岩溶 水系统的动态平衡时，则有可能导致与岩溶水有关的环境和生态条件的恶化。 济南市是闻名于世的“泉城”，素以“家家泉水，户户垂杨”的自然景观享誉中外， 特殊的水文地质条件、丰富的岩溶地下水资源以及泉水出漏点的形态差异造就了济南千姿 百态、绚丽多姿的自然景观。但近几十年来，随着社会经济的发展和人口的增多，加之岩 溶水资源的不合理开发、利用，济南泉群景观日益衰落，停喷、断流现象日趋严重。 本文选取东起埠村向斜，西至马山断裂，北起小清河和5 0 0 m 埋深灰岩顶板，南到地 表水分水岭，面积2 6 1 4 9 k m 2 的泉域作为研究区，通过野外实地调查、资料收集，并结合 前人的研究成果，从自然地理学、统计学、可持续发展的角度出发，定量分析了济南泉群 流量衰减的原因，并在此基础上，运用相关模型对泉群未来一段时期的宏观喷涌趋势进行 了预测。针对济南目前存在的“泉水问题”，文中提出了相应对策。本文具体内容主要包 括： 1 、绪论。介绍了选题的背景，国内外研究简况以及济南泉群的前期研究情况。 2 、研究区概况。以济南泉域为研究区，在界定济南泉域的边界和范围的基础上，简 要介绍了济南泉域的自然地理环境、水文地质条件和泉水的成因。 3 、泉群喷涌的动态变化。历史时期，济南泉群虽曾有过停喷事件的发生，但总体上 面言，其水文状态一直处于相对稳定的状态；2 0 世纪5 0 年代以来，泉群喷涌的历史可分 为泉水常年喷涌时期、泉水喷涌的过渡时期、泉水流量的衰减时期和泉水的人工调控时期。 此外，随着降水量的季节变化，泉水流量也相应地出现明显的季节性变化。 4 、运用时序分析的方法分析了泉群喷涌的影响因素和流量的衰减原因。2 0 世纪6 0 年代中期至8 0 年代末，泉域范围内大气降水的相对偏枯和持续减少是泉群流量衰减的主 要原因，其控制着泉群流量变化的基本趋势。而最近一、二十年来，人类活动则对泉群流 量衰减起了促进作用。具体来说，岩溶水的超采和水源地的不合理布局加大了泉群流量衰 减的梯度，尤其是2 0 世纪9 0 年代，尽管降水量由枯转丰，但岩溶水的开采量也达到了有 史以来的最高水平，因此直接导致了泉群断流现象的加剧。近几十年来，城市规模的扩展 所引起的土地利用的变化和南部山区涵养地下水能力的降低也在一定程度上改变了泉域 内部分地区的水文过程，加大了径流量，缩短了汇流时间，从而减少了大气降水对岩溶地 下水的补给量，间接导致了泉群流量的衰减。此外，南部山区部分水库的建立也在一定程 度上影响了岩溶地下水系统天然的补排关系。加剧了泉群流量的衰减。 1 济南市泉群流量衰减原分析及j # 喷涌趋势预测 山东师范人学坝i 论义 5 、泉群喷涌的宏观趋势预测。基于泉群喷涌影响因素的分析，建立了反映济南市岩 溶水动态的遗传门限回归模型，并对三种开采方案下，泉群喷涌的宏观趋势进行了预测。 预测结果表明：在2 0 0 3 2 0 1 0 年，由于降水比较丰富，所以在维持2 0 0 2 年开采条件下， 趵突泉总体上有较好的喷涌景观，但黑虎泉仅在个别年份有小规模的喷涌现象；在减采 1 0 万m 3 d 的情况下，泉区岩溶水位基本达到了泉群常年出流的低标准水位，趵突泉和黑 虎泉都会有相对较好的喷涌景观：在增采1 0 万m 3 d 的情况下，黑虎泉有可能完全处于断 流状态，而趵突泉也仅偶有出流现象。 6 、保泉对策。提出了实现泉群常年喷涌、恢复泉城特色风貌的措施：积极实施人工 补源工程；优化供用水结构、逐步实施分质供水；调整岩溶水资源的开采布局；合理规划 城市建设、有效利用城市雨水资源；加快南部山区生态环境建设、充分涵养地下水资源； 积极推广科技节水、逐步建成节水型城市。 关键词：泉群影响因素衰减原因喷涌宏观趋势济南市 分类号：p 6 4 1 8 堕垦立塞壁垫苎塞堕堡塑竺堑丝苎堕塑塑塑堡型 些查堑鲨查兰丝! ：堡；! 兰； a n a l y s i sf o rt h ec a u s e s0 f t h e d i s c h a r g ed e c l i n i n g a n dt h es p u r t i n gf o r e c a s t o fj i n a ns p r i n gg r o u p s a b s t r a c t a sa nj m p o m m tc o h i p o n e n tp a r to fw a t e rr e s o u r c e ，k a r s tw a t e rh a sa b u n d a l l tq u a i l “t y i t b e c o m e st h em a i ns o u r c eo fw a t e rs u p p l yf o rm a n yc i t i e si nt h ew d r l d t h ec o n c e n t r a t e d d r a i n a g er e g i o no fk a r s t 、v a t e ro f t e nh a sb i gs p r i n g s ，a n db e c o m e sf h m o u sb e a u t ys p o t i n n a t l 工r a l c o n d i t i o n ，t h eq u a n t i t y a n dq u a i 时o fk a r s tw a t e r c h a n g e s a st 1 1 e p r e c i p i t a t i o n ， e v a p o r a t i o na n dm e m o v e m e n to fm e l i t h o s p h e r ev 耐e s ，b mt h ec o u r s ei su s u a l l ys l o w jo rt h e c h a n g c sa r er e s t o r a b l e n e s ec h a 芏l g e sd o n tb r i n gs e r i o u ss e q u e n c e st o 也ee n v i r o m e m i f h 啪a nb e i n gc h a n g ea n dd e s 订o y 也ed y n a m i cb a l a n c eo fk 盯s tw a t e rs y s t e 】nw a n t o n l y ，t h e c o r r e l a t i v ee n v i r o 哪e n t 柚de c o l o g i cc o n d i t i o n 谢1 lb ed e t e r i o r a t e d a saf 抽o u ss p r i n gc i 吼“e v e r yh o u s e h o l dh a ss p 咖g s ”i sm em o s tv i v i dd e s c r i p t i o no f j i l l a ns p r i n g s t h es p e c i a lh y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，a b u n d a n tk a r s tw a t c r 心s o u r c e sa 1 1 dt 1 1 e c o n f o n n a t i o nd i 丘b r e n c eo fs p n gd r a i l 媳g es p o tf o r n l 也em a g 芏1 i n c e n tn a t u r a l l a l l d s c a p e i n r e c e n td e c a d e s ，诵t hm es o c i a la n de c o n o m i c d e v e l o p m e n t ，a i l dt l l ei l l o g i c a lu t n i z a t i o no f k a r s t 、v a t e r ，t h es p r i n g s l a n d s c a p ed e c l i n e sg r a d u a l l y t h es o u t h e mb o u n d a 珂o f m ej i n a ng p r i n ga f e as t u d i e di nt h et h e s i si sd e t e r m i n e dt ob e 出e s u r f 犯ew a t e rd i v i d e ，a n dm en o “h e mo n ei s 也ex i a o q i n g 融v e ra 1 1 d 也e5 0 0 m e 订el i m e s t o n e r o o n l ee a s t e ma 1 1 d 、v e s t e l nb 0 1 l i l d 耐e so f 也ej i n a 芏ls p r i n ga r e aa r e d o n g 、f a u l t sa 工1 db u c u n s y n c l i n er e s p e c t i v e iy t h et o 诅ja r e ao f t h es 州n ga r c ai s 2 6 1 4 9 k m 2 b yi n v e s t i g a t i n go nt h e s p o t ， d 蝴 c o l l e c t m g a n d s u r n r i l a r i z l n g k i l o w n p r o d u c t i o n ， t h i s p a p e ra n a l y z e s q u a n t i f i c a t i o n a l l yt l l ec a u s eo fd i s c h a 唱ed e c l i i l i n ga tap o i n to fp h y s i c a lg e o g r 印h y ，s t a t i s t i c s a n ds u s 组i n a b l ed e v e l o p m e n t 血e o un l e n ，t 壬l i sp a p e rf b r e c a s t s 血em a c r 0 一廿e n do f s p u m n go f j i n a i ls p r i n g 舻o u p sw 曲c o r r e l a t i v em o d e i ，a n dp u t sf b 州a r d 也ec o l i n t e m e a s u r e sa i m i n ga t “s p 血gp r o b l e m n l em a i n c o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 i r l t r o d u c t i o n t h es i g l l m c a n c e 锄d p u r p d s eo fc h o o s i n g t 王1 i s s u 巧e c t ，a n da c l l i e v e m e n t h o m ea n da b r o a d i nt h i sf i e l d 盯ei n t r o d u c e d t h ea c h i e v e m e n t o f p r e d e c e s s o r s s t u d i e so n 也ej i n a ns p r i n gg r 0 1 印s i ss l l i m e d u p 2 s k e t c h yc i r c u m s t a n c e sj nt h es t u d i e da r e a t h e s c o p e o ft h es t u d i e da r e ai sd e f - m e d t h e p h y s i c a lg e o g r a p h i c a le n v i r o m e n t ， h y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n sa n dm ec a u s e so ff o r m a t i o no f 吐1 ej i n a n s p r i n g 伊o u p s a r e i n t r o d u c e d 3 t h e d y n 锄i cc h a n g eo f s p r i n g 伊o u p ss p u r t i n g i nh i s t o r i c a lp e r i o d ，m e h y d r o l o g i cs t a t eo f j i n a l ls p 血gf o u p s h a db e e ns t e a d ya l lt h r o u 曲 s i n c e19 5 0 s ，t h ep r o c e s so f j i n a l ls p 豳g s 印u r t i n gc a nb ed i “d e di n t os e v e r a ip e “o d s i n c j u d i n g p e r e n n i a ls p u r t i n gp e d o d ，i n t e r i m ， d e c l i n i n gp e r i o d a n da r t i i c i a l c o n t r o n i n gp e r i o d f u n h e m o r e ， t h ej i n a l l s p 咖gg r o u p sd i s c h a r g ec h a n g e s s e a s 0 n a l l y 、v i t ha l t e r a t i o no f 3 济南市泉群流量衰减原因分析及其喷涌趋势预测 山东师范大学倾- 卜论文 p r e c l p l t a t l o n 4 t h ei n n u e n c ef a c t o r sa n dt h ec a u s e so f d e c l i l l i n go f j i n a l ls p r i n gg r o l j p s d u r i n g1 9 6 5 一1 9 8 9 ，血er e d u c t i o no f p f e c i p i 僦o n ，蝴l i c h h a db e e n c o n t r o l l i n gt h e 如e l i n i n g t r e n do ft l l e s p r i n gg r o u p s d i s c h a r g e ，w a st 1 1 em 勾o rf a c t o fo fm ed e c l i n a t i o no f t h es p r i n g 口o u p s d i s c h a 唱e i nr e c e n td e c a d e s ，h u m a t la c t i v i 可p l a y s a n i n c r e a s i n gr o l ei nm e d e c l i n a t i o n o f 山es p r i n gg r o u p s d i s c m r g e o v e r - e x p l o i t a t i o no fk a r s tw a t e r 趾di l l o 百c a ld i s 廿i b u t i o no f w a t e rs o u r c er e g i o ne n l 鹕em e d e c l i n i i l gg r a d s i n1 9 9 0 s ，t h eq u a i l t i t yo fe x p l o i t a t i o nr e a c h e d 也e h i 曲e s tl e v e li nh i s t o a n d 也i sp r i c k e du p t h cc u t t i n g - o f r p h e n o m e n o n n el a i l d u s ec h a n g e c a u s e db yt h ed e v e l o p m e n to fj i n a i lc i 哆a l t e r e dm eh y d r o l o g i c a 王p r o c e s st oac e r 【a i ne x t e n t ， i n c r e a s e dm n o f rv o l 眦ea i l ds h o n e n e d 也et i m eo fc o n c e n t r a t e dn o wt h e s ec h a n g e sd e c r e a s e 也e r e c h a 碍e t ok a r s t w a t e r ，a i l di n d u c et l ed e c l i i l a 廿o no f 恤es p r i n gg r o u p s d i s c h a r g e m o r e o v e r ，m ee s t a b l i s l l r i l e mo fr e s e n ，o i r si 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理，从而导致了作为反映整个岩溶含水层特性的重要标志之一的岩溶泉景观的日益衰 落，并给整个城市的发展带来了诸多影响和巨大损失。 基于以上种种，本文依托山东省计委项目“济南市岩溶地下水的开发利用与泉群保 护”，从自然地理学、统计学、可持续发展的角度出发，对泉群喷涌的动态变化规律进行 研究，探讨自然、人为因素对泉群流量衰减变化的影响以及未来一段时期内、不同开采水 平下泉群的宏观喷涌趋势，从而为济南市实现泉水常年喷涌、岩溶地下水可持续利用以及 改善城市生态环境等各项工作的开展提供科学的依据。 1 2 国内外岩溶地下水研究简况 国际上对岩溶水开发利用和岩溶大泉的研究较早，水位观测也有百年的历史。如英国 1 8 7 9 年就曾利用人工脉冲波测定马尔姆坦落水洞与埃尔黑德( a i r e h e a d ) 泉之间的连通性 1 2 = 1 9 0 5 年e 梅勒便提出泉水流量衰减的基本公式【3 】：2 0 世纪6 0 年代逐渐形成了“喀 斯特水文学”这一边缘学科1 2 j ：1 9 8 5 年，国际岩溶永资源和应用中心正式成立，作为国 际水文计划( i h p ) 的4 5 项目( 岩溶水文学研究) 的重要组成部分，该中心于1 9 8 5 年7 月7 日1 9 目在加止a r a 组织了“岩溶水资源研究”国际讨论会，1 9 8 9 年8 月2 8 日9 月2 8 日组织了“岩溶水资源研究与发展”国际讨论会，1 9 9 0 年l o 月7 日1 6 日在土耳 其安塔利亚地区召开了“岩溶地区水文地质作用”国际讨论会【4 】。此外，国际水文计划 ( i h p 5 ) 把“脆弱环境的水文学与水资源”列为1 9 9 6 2 0 0 1 年的主要研究课题，其中重 要的一个专题即为“地下水资源的未来危机叫5 1 。由此可以看出，国际岩溶水研究的整体 趋势是向人类所关注的环境问题发展。 我国关于岩溶水的科学性研究早有文字为凭。成书于公元前7 7 0 2 2 1 年( 春秋末至 战国初) 的山海经之山经中就揭示了岩溶洞穴于冬春旱季时消落地表水，夏季多 雨时涌出水流的年动态变化现象，并探讨了晋祠泉水的成因。北山经中也描述了岩溶 地区地表水与地下水的转化现象。晋至南北朝( 公元2 6 5 5 8 1 年) 时期也有许多论述 洞穴的文字涉及到岩溶水的问题。明代徐霞客( 公元1 5 8 7 1 6 4 1 年) 在其巨著徐霞客 游记中，探讨了岩溶水文地质特征及岩溶发育过程中产生岩溶塌陷的机理 ”。此外，我 国对于泉水流量变化的观察也已有2 0 0 0 多年定性的历史纪录 6 】。但对岩溶水的定量研究 济南市泉群流量衰减原因分析及：1 1 ；喷涌趋势预测 山东师范大学坝l 论义 则是从2 0 世纪5 0 年代岩溶水文地质勘查调查评价基础上开始的。自此以后，我国岩溶水 研究进入了一个全新的发展时期：在岩溶发育的机理、岩溶发育规律、岩溶水文地质特征、 岩溶水动力条件与动力学等方面，逐步建立了自己的理论基础；在探测及研究岩溶水的技 术方法方面，也有了很大的进展，特别是近几年，较多地应用了电子、遥感、同位素、地 球物理、地球化学等新技术对岩溶水进行研究：在国际合作方面，2 0 世纪9 0 年代以来， 我国积极倡导和参与开展了岩溶与环境变化的研究，研究项目如由中国地质科学院岩溶地 质研究所成功申请并组织的i g c p 2 9 9 项目“地质、气候、水文与岩溶形成”( 1 9 9 0 1 9 9 4 ) 、 i g c p 3 7 9 “岩溶作用与碳循环”( 1 9 9 5 1 9 9 9 ) 以及现正在执行的i g c p 4 4 8 “全球岩溶生 态系统对比”( 2 0 0 0 2 0 0 4 ) 项目。 目前，关于岩溶水的研究正在从中尺度的区域研究走向大尺度的全球范围研究，从 整体上探讨岩溶系统形成、演化与环境的关系及对全球变化的影响和响应；从定性研究向 定量研究转化，注重加强室内室外模拟、实验、分析；从单一学科研究向综合集成研究转 化和深入，对涉及水资源与环境相关的难点和疑点问题，进行多学科联合攻关，综合集成 研究。 1 3 前期研究情况 济南岩溶地下水和泉群方面的研究是伴随着二十世纪5 0 年代全省范围内区域性水文 地质调查逐步展开的。山东省地勘局八0 水文地质工程地质大队( 现山东省地矿工程勘 察院) 、山东师范大学、山东省环境水文地质总站、济南市水利局、山东省水利科学研究 院等相关部门开展了以供水和水资源评价为目的的水文地质勘探工作，为济南市保泉供水 工程提供了重要的科学依据。在地矿、水利以及驻济高校等相关部门工作的基础上，许多 专家和学者们也从不同角度对济南市岩溶地下水和泉群保护等相关内容进行了大量的研 究工作。以袁道先、黄春海、房佩贤、曹以临、李传谟、李春山、陈振鹏、奚德荫等人为 代表【7 】。此外，王洪涛等人【8 1 ( 1 9 9 3 年) 在建立剖面二维流数学模型的基础上，以流函数 和势函数作为基本变量来模拟济南岩溶区地下水径流场的空间变化规律和作用因素：陈鸿 汉等人【9 j ( 1 9 9 8 年) 采用化学动力学的基本原理和方法，对济南泉域岩溶系统碳循环进 行初步研究；王国利和张文国【1 0 】( 1 9 9 9 年) 针对济南泉域裂隙岩溶水系统开发的实际， 提出了确定决策变量权重的新方法，建立了泉域地下水系统管理模型。李福林等人“】 ( 2 0 0 2 年) 利用统计资料，建立了泉群年平均喷涌量与最低地下水位之间的定量方程， 从而确定出四大泉群喷涌的底限水位与最低景观流量的对应关系，后在计算泉域内地下水 的入渗补给量的基础上得出保证泉涌的地下水最大允许开采量的控制性参数。 2 泉域概况 2 1 自然地理环境 2 1 1 泉域的边界和范围 济南泉域为一大的岩溶水系统，关于其边界，许多单位的研究人员曾作过勘察和研究， 并提出了一些有意义的成果。但由于水文地质条件的复杂性及研究条件的局限性，有些问 6 济南市泉群流量衰减坛阁分析及其喷浦趋势预测 山东师范大学懈1 + 论文 题至今尚未解决，因而还无法得出统一的认识和结论。本文在考虑水文地质特性及兼顾计 算研究方便的基础上确定边界如下：济南东郊至明水之间的埠村向斜为泉域的东边界，马 山断裂为泉域的西边界，地表水分水岭为泉域的南边界，小清河与东北部5 0 0 m 埋深灰岩 顶板为泉域的北边界( 见图2 1 - 1 ) 。泉域范围具体包括小清河以南历下区i 市中区、槐荫 区的全部，天桥区、历城区、长清区以及章丘市的部分乡镇，总面积2 6 1 4 9 k m 2 ，占济南 市总面积的3 1 7 9 。 图2 - l - 1济南泉域水文地质图 2 1 2 地形、地貌 济南泉域地处鲁中山地的北缘与山前倾斜平原的交接带，地势南高北低，变化显著， 绝对标高在5 0 0 7 0 0 m 。南部与东南部为绵延起伏的山区，山势陡峭，深沟峡谷剥蚀强 烈；中部为低山丘陵，地势坡度较缓，沟谷宽阔，冲沟发育，绝对标高2 0 0 4 0 0 米，相 对标高1 0 0 2 0 0 米；北部则为山前平原及黄河冲积平原，绝对标高在2 0 5 0 m 。济南市 区就位于低山丘陵与平原的交接地带。 2 1 3 气候、水文 济南泉域地处中纬度内陆地带，属暖温带大陆性季风气候，多年平均气温1 4 2 ，区 内夏季盛行西南风，冬季盛行偏北风，多年平均风速3 o m s 。据黄台桥、孙村、邪而、卧 虎山水库、南高而、窝铺六个气象站1 9 5 6 2 0 0 2 年的观测资料，泉域多年平均降水量为 ， 堕塑皇墨翌堕里塞丝璺望坌塑垒苎堕翌垫塑堡塑 6 7 5 3 1 m m ，降水的季节分配很不均匀， 东南向西北递减。 山东师范人学硕f 论文 主要集中在汛期。降水在空间分布上也不均，自 济南泉域内对岩溶水有补给作用的较大河流主要有玉符河和北大沙河。玉符河发源于 泉域南部长城岭，为黄河支流。上游由锦绣川、锦阳川、锦云川三条支流汇合为玉符河主 流，河道由东南向西北，主要流经宅科、寨而头、西渴马、催马、潘村、周王庄，最后注 入黄河。北大沙河，发源于武家庄乡南部的摩天岭西南脚下，小支流2 0 余条，主干流经 万德、张夏、崮山、城关、平安店五镇，于老王府村南流入黄河。该河长5 4 3 k m ，汇流 面积5 8 2 。 2 1 4 土壤、植被 依地形、水文、气候、植被、母岩等自然条件的差异及人类生产活动的影响，济南泉 域整个范围内分布着棕壤性土、普通棕壤、普通褐土、石灰性褐土、淋溶褐土、潮褐土、 褐性土等土壤类型。 济南泉域内植被按其组成和分布区域可划分为森林植被、灌草丛植被、草甸植被和农 业植被四个类型。其中森林植被又可分为针叶林、落叶阔叶林、竹林三大类，现有的成片 森林群落皆为人工栽培次生林。灌草丛植被和草甸植被皆属于野生自然植被，其分布区多 为待开发的荒山荒滩区。泉域内农业植被主要分布在山前平原区。由于人类活动的参与， 济南泉域内的四个植被类型，尤其是农业植被和森林植被并没有一个严格的区域界限，常 常是交互穿插存在，彼此相互影响、相互促进。 2 2 水文地质条件 2 2 1 地层与岩性分布 济南泉域的地层以古生界的寒武系和奥陶系碳酸盐岩为主。其中，寒武系在泉域内出 露齐全，主要呈近东西向条带状分布于南部地带。奥陶系则遍布于区内的中北部，大致呈 北东南西向展布。太古界泰山群主要分布在本区的东南部，其主要岩性为片麻岩。区 内第四系松散沉积物分布也十分广泛，主要分布在山前倾斜平原和北部黄河冲积平原及玉 符河、北大沙河河谷地带，山间盆地和山麓斜坡上也有小面积堆积。此外，在市区偏北地 区的第四系之下还分布着火成岩体，火成岩体由南到北逐渐增厚，多成顺层侵入的舌状岩 脉，岩性以辉长岩和闪长岩为主。 2 2 2 含水岩层与含水岩组分布 根据含水岩层的性质以及地下水在含水岩层中贮存、运动的特点，泉域地下水可分为 4 种不同的含水岩组及地下水类型。各含水岩组的分布及其特征分述如下： 1 、第四系孔隙水含水岩组 主要分布在山前平原区、山间河谷地带，尤以玉符河、北大沙河的冲、洪积扇含水砂 砾层孔隙水最丰富，呈潜水或微承压形式赋存。该含水岩组水位埋深山前1 0 3 0 m ，远 离山前的平原区一般为3 8 m ，玉符河下游地区则小于l m 。因水位埋藏浅，第四系孔隙 水含水岩组成为当地农业灌溉的主要取水层。 8 济南市泉群流量衰减原分析及其喷涌趋势预测 山东师范人学埘! i j 论文 2 、碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组 碳酸盐岩类裂隙岩溶水是济南泉域工、农业及生活供水的主要水源。含水岩层出寒武 系、奥陶系石灰岩组成。寒武系上统风山组至奥陶系中下统厚层石灰岩含水层厚度大、质 地纯，其主要岩性为灰岩、白云质灰岩、泥灰岩、豹皮灰岩、鲕状灰岩等，岩溶、裂隙发 育且彼此连通，导水性强，有利于地下水的补给、径流和富集。在低山丘陵区，因灰岩直 接裸露地表，岩溶发育有利于大气降水的渗漏补给、径流、富集，地下水交替强烈，为岩 溶地下水的补给、径流区。在济南单斜构造的前缘及山前倾斜平原地区，石灰岩多被第四 系所覆盖，是岩溶地下水的排泄区、富集带。 3 、碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组 由寒武系下统及上统灰岩组成，灰岩厚度薄，岩溶不发育，富水性差。该含水层分布 的地势般较高，且有页岩隔水，相互无水力联系，因此地下水无统一的水面，含水岩组 地下水位埋深变化幅度一般为5 1 0 m ，局部由于受构造影响而自流。 4 、变质岩及岩浆岩裂隙水含水岩组 主要分布于南部山区分水岭地带的古老变质岩及火成岩裸露区，含水岩层为花岗片麻 岩、辉长岩、闪长岩。其风化裂隙发育，厚度一般在地表以下1 0 1 5 m ，含水不丰富， 单并出水量较小，一般小于1 0 0 m 3 ，d 。 2 2 3 泉域岩溶水系统分区及其水文地质特性 济南泉域岩溶水系统按其储存空间、水理特征及功能特点可分为三个区，具体分区及 其水文地质特性如下： 1 、间接补给区 位于泉域南部的中、低山区、低山丘陵区。包括裂隙水、岩溶裂隙水、裂隙岩溶水三 个亚子系统：裂隙水亚子系统和岩溶裂隙水亚子系统，以大气降水补给为主，受地形、构 造等条件的制约，常以泉的形式转化为地表水，后进入裂隙岩溶水子系统，大量渗漏补给 岩溶水：裂隙岩溶水亚子系统，地表岩溶发育，有利于大气降水补给，富水性良好。 2 、直接补给区 位于泉域岩溶水系统南部的丘陵区及山前地带，主要为裂隙岩溶水亚子系统的分布 区。岩层呈裸露、半裸露、覆盖状态，地表岩溶发育，是泉域岩溶水系统直接接受大气降 水补给的入渗带。该区岩溶水动态类型为入渗一径流型，水位变幅较大，其输出方式以径 流形式向汇集区排泄和开采排泄为主。 3 、汇集排泄区 位于泉域岩溶水系统的北部，山前倾斜平原与火成岩体、石炭、二叠系接触地带的南 缘，呈东西向条带状分布。地层以奥陶系为主，在火成岩体及石炭、二叠系与灰岩接触带 附近，岩溶十分发育，构成了近东西向的岩溶水强富水带。该区在天然条件下以泉水、径 流排泄为主，目前以人工开采为主要输出形式。 塑塑皇垦壁垫墨塞堡坚堕竖! 塑垦! ! 堕塑垫堑翌型 生奎堕垫茎兰型垡型：兰一 2 3 泉水成因 现代地质工作者通过调查研究证实济南的泉水来源于南部山区，其形成主要是由地 形、地貌、地质构造、气象条件所控制的。岩性倾向与地势倾斜的一致性是济南泉水形成 的地质地貌基础，岩溶裂隙发育的巨厚石灰岩层为济南泉水之源一岩溶地下水的补给、储 存、运移提供了良好场所和通道，而庞大的岩浆岩体阻隔则是济南泉水形成的关键( 7 j 。具 体来说。南部山区作为济南泉水的补给区，在灰岩出露和裂隙岩溶发育的地方，吸收大量 的大气降水和地表径流。渗人地下形成丰富的裂隙岩溶水。这些裂隙岩溶水，受太古界变 质岩的隔阻，不能继续下渗，便沿岩层倾斜的方向向北作水平运动，形成地下潜流，至城 区遇到闪长岩体的阻挡和断层堵截，地下潜流大量汇聚，并由水平运动变为垂直向上运动， 促进了岩溶的发育和水位的抬高。在强大的静水压力下，地下水穿过岩溶裂隙，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，形成天然涌泉 。因此，从成 因上说，济南市区泉水属于火成岩体接触泉【1 3 j 。 3 泉水喷涌的动态变化研究 3 1 历史时期泉水喷涌的动态变化 在北宋以前，关于济南泉水的记载仅有三则，其中春秋左氏传和山海经语焉 不详，北魏郦道元在水经注中描述趵突泉“泉源上奋，水涌若轮”，提供了济南泉水 最早的水文定性资料。从北宋到建国前，记载济南泉水的文献颇多，尽管多为一般性描述， 缺少精确的量的记载，但从中仍可以看出，济南泉水的水文状态在漫长魄历史时期一直处 于相对稳定的状态。以趵突泉为例，泉水的出水高度为1 米左右，这在几千年的文献记载 中几乎是一个统一的记录【i ”。 但在历史时期济南泉水也曾有过停喷事件。如唐宋八大家之一的苏辙任齐州掌书记期 间，记载了宋熙宁六年、七年( 公元1 0 7 3 1 0 7 4 年) 的泉水干涸情况：“既至( 济南) ， 大旱几岁，赤地千里，渠存而水亡。问之，其人日：城南舜祠有二泉，今竭矣，越明年 夏，虽雨而泉不作又明年夏，大雨霖泉始复发。”1 1 5 l 。明代泉水断流的记载是 在崇祯十三、十四年( 公元1 6 4 0 1 6 4 1 年) 。据明历城县志记载，1 6 4 0 年、1 6 4 1 年 两年历城大旱，趵突泉出现干涸断流。明代历城文人叶承宗在岁早趵突泉涸歌诗序中 说：“辛巳泉涸，宋人话我日：子无复泉是望，盖王屋之源已竭矣。于是投袂而起，走泺 上，痛饮丽言之，匪独间执谗慝之口也，亦聊以自信云。”可见，当时趵突泉停喷了很长 时间，并已彻底干涸。 此外，从济南“七十二名泉”的不同“版本”也可以看出历史时期泉水的“涌m c 涸” 变化：明崇祯年间刘救历乘载明代山东按察司佥事、诗人晏璧作于永乐间的济南七 十二泉诗删除了元至元年间于钦齐乘转录的金代名泉碑中的云楼、朱砂、鉴泉 等1 3 处泉，新增了北漱玉、白公、朱公等泉。而民国初年续修历城县志所载清代济 南同考官、文人郝植恭作于清同治十三年( 1 8 7 4 年) 的济南七十二泉记与名泉碑、 济南七十二泉诗相比，则分别删除了名泉碑中的卧牛、东高、石湾等名泉，济 1 0 济南市泉群流量衰减原因分析及其喷涌趋势预测 山东师范大学硕士论文 南七十二泉诗中的朱公泉、