济南泉域岩溶地下水环境演化
首先，弹簧被切断
济南有着几千年的泉历史文化，独特的水文地质条件，在市区形成了以趵突泉为首的四大泉群，其中市区2.6km2范围内有150多处名泉(部分被埋没和消失)，举世闻名。20世纪50-60年代，济南年平均水位在30m左右，趵突泉、黑虎泉、五龙潭泉、珍珠泉四大泉群争相喷涌，景色壮观。西郊的腊山泉、峨眉山泉也流出了很多年。随着城市发展对水资源的需求逐年增加，水位连年下降，泉流量减少。市区泉水自1972枯水期以来第一次断流，此后枯水期经常断流。20世纪80年代以来，泉水断流时间延长，泉水流量锐减。根据长期调查资料，多年来，泉流量变化与城市水位变化基本一致，呈现水位下降、泉流量衰减的趋势，但泉流量变化幅度大于泉水位变化幅度。济南泉域的动态可分为以下四个阶段:
1.1959 ~ 1967高水位大流量阶段
该时期大气降水丰富，降水量1961 ~ 1964均在800mm以上，最大为1196mm，市区年平均水位28.75 ~ 32.85 m，泉流量一般为30 ~ 50万m3/d，地下水开采量较小，仅47
2.1968 ~ 1975中水位和中泄水位
市区地下水开采量从1968年的148700 m3/d增加到1975年的279000 m3/d。由于市区开采，东郊高新开发区各自水源调试，1972枯水期首次断水。虽然市区年平均水位维持在28.06 ~ 28.75 m，但由于大量开采回灌泉水，泉水流量基本维持在14万~ 16万m3/d。
3.1975 ~ 1981年水位下降春流量衰减阶段。
在此期间，市区地下水开采量达到历史最大值31万m3/d，同时，西郊腊山、峨眉山水厂相继投产，年平均水位由1975年的28.16m下降到1981年的26.78m，下降速度为0.65438
4.1982 ~ 2002年低水位间歇流出阶段
自1982以来，东郊、市区和西郊的水源开采布局基本稳定。虽然城区开采量有所减少，但自来水和工业自备井总开采量基本稳定在55万m3/d左右，且受气象因素影响，出现多次长时间中断，如1982连续中断220d20世纪80年代后期，济南出现持续干旱，泉水水位在1990枯水期降至最低20.8m，从1989到1990连续断流250d。1999 ~ 2002年间，济南遭遇了历史上最长的连续干旱年，断流时间达932天。总的来说，从1982到2002年，泉水流动和停止交替，但停止时间比流出时间长(图11-11)。
图11-11济南泉水停水天数统计
从1959到2001，城市水位从30.4m下降到25.964m，下降了4.436m，年均0.11 m。
以上分析表明，泉流量的衰减过程也是济南市地下水开采规模逐渐扩大的过程。因为泉水断流，不仅影响了济南的旅游业，也影响了大明湖和小清河的水质。
1960 ~ 1966，西郊水源地附近无集中工业开采，水位稳定在30 ~ 33.9m之间，为自然状态。由于市区与西郊关系密切，西郊水位于1982年降至28.27m，由1966年降至0.219m/a至2001年；从1982到1999，西郊水位受采矿和降水影响变化较大，但速度下降到0.057 m/a。
60年代东郊高新开发区水位31~32m，1.964平均水位31 ~ 32m，为自然状态。20世纪60年代中期以后，随着发电厂、铁厂和炼油厂的建立，产量增加了。70年代水位降至24-25m，降速0.5-0.6m/a，2002年枯水期部分地区低水位达到0.964m。
历年来，泉流量变化与城市水位变化基本一致，呈现水位下降、泉流量衰减的总趋势(图11-12)。从1982开始，泉水交替流出和停止流动，但停止时间比流动时间长。在旱季，城市水位比泉水流出高度低27米。到80年代中期，市区、西郊、东郊的采矿漏斗区初步形成。按地下水位标高27m计算，城市漏斗面积约为40km2(表11-1
图11-12济南泉水水位流量对比曲线。
表11-1四个泉群附近漏斗变化统计
第二，岩溶水水化学环境的演化
根据近年来泉水水质监测数据，该地区共检出76种有机污染物。其中，邻苯二甲酸酯和杂环芳烃的检出率超过60%。董娇自来水厂、卧虎山水库、孟家庄地下水、西郊自来水厂、锦绣川水库、西营地下水为重度污染，共检出59种有机污染物。水质检测结果表明，济南市岩溶地下水系统的水环境发生了较大变化，应引起足够的重视。
1.泉域岩溶水的水质变化过程
近年来，随着人类活动的加剧和开采量的增加，该地区岩溶水水质逐渐恶化，特别是20世纪80年代以来，岩溶水化学成分含量迅速增加。以西郊、市区和东郊为例，分析比较了泉域Cl-、so42-、NO3-离子、总硬度和盐度的历年变化趋势。
从峨眉山水厂历年的常规成分分析来看，从1959到2004年，特别是20世纪80年代后期以来，各成分的含量都有不同程度的增加，在1996达到峰值。2004年岩溶地下水矿化度为1.53倍，总硬度为1.22倍，Cl-为2.37倍，so24-为25.34倍。所有成分主要来自人为污染，主要是汽车总厂、生建摩托车厂、山东水泥厂、长城炼油厂等企业的“三废”排放。由于西郊水源地附近的岩溶地下水主要由玉符河流域的降水和河流入渗补给，玉符河冲积扇地表渗漏强烈，且随着西郊的大规模规划建设，该地区水质恶化趋势仍将持续。
自1958以来，城区附近地下水化学成分也呈上升趋势(图11-13)，Cl-、SO2-4和NO-3上升趋势明显。2004年盐度为1958中的1.3438。
图11-13市区地下水矿化度变化趋势图。
虽然各成分含量有所上升，但Cl-、so42-和NO-3三项指标均未超过国家饮用水水质标准，其中总硬度和盐度的上升幅度较小。
东郊水质变化趋势与市区和西郊基本一致。2004年地下水矿化度是1958的2.09倍，但氯离子、硫酸根、矿化度和总硬度的增幅大于城区和西郊，说明东郊高新开发区三废排放对岩溶地下水的影响大于城区和西郊。
综上所述，泉域岩溶地下水的SO2-4、Cl-、NO-3、硬度和矿化度的升高是由生活污水、工业废水和农业生产等人为因素造成的，东郊影响最大，其次是城区和西郊。
2.岩溶水污染现状
ⅰ常规离子污染:研究区常规离子污染主要包括总硬度、总溶解固体、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐等。，呈点状分布，其中硝酸盐和SO2-4超标率为65438±0.6%，总溶解固体超标率为3.2%，NO-2超标率为4.8%，总硬度超标率为65438±02.9%。地下水的硬度、盐度和SO2-4最大超标倍数分别为3.0倍、2.5倍和4.8倍，表明岩溶地下水遭受了工业污染。比如邵尔庄附近的硬度和NO-3都超标，说明这个地区的地下水已经受到工业和生活垃圾的污染；北儒和不动的NO-2含量较高，污染物超标倍数分别为2.2倍和1.5倍，而NH+4含量较低，表明这两个地区的生活垃圾污染严重，微生物活动强烈，水质不稳定。史静东路、政法学院、荆家沟硬度均超标。
Ⅱ.五种有毒元素(苯酚、氰化物、As、Cr6+、Hg)污染:地下水中五种有毒元素含量的增加表明地下水已经受到工业污染。枯水期系列水质分析资料显示，泉域“五毒”元素污染较轻，仅为点状污染，但苯酚、CN、As没有超标的地方，但CN检出率为7.14%，在荆家沟、吉尔屯、孟家庄呈逐点分布，浓度分别为0.02mg/L、0.012mg/L。
ⅲ重金属离子污染:天然水中铜、铅、锌含量较低，大庙1999检出，含量为0.016mg/L，石河岭1997检出，含量为0.022mg/L，均未超标。
铅是一种蓄积性毒物，是水污染的重要标志之一。西郊大杨庄、南部山区兴隆、华能水厂、199洞W19检出，1997徐家庄检出，均未超标。铅和铜的检出率为3.6%，铅分别在稷山和岔河检出，含量为0.06544。岔河路和经十路分别检出Cu，含量分别为0.92mg/L、0.011mg/L，均未超标。锌是人体必需元素之一，检出率为25%，最高含量在吴家村为0.42mg/L。镉和钼未检出。
ⅳ油污:东、西郊炼油厂附近长期存在油污。据检测结果，东郊炼油厂一口供水井含油量为0.22毫克/升，西郊一口机井含油量为0.09毫克/升..
三。岩溶水环境质量评价
1.评定标准
地下水质量评价依据《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)进行单项和综合评价(表11-2，表11-3)。
表11-2地下水质量等级表
表11-3地下水质量评价标准
2.评估项目
根据生活饮用水水质标准，选取NH+4、Cl-、SO2-4、F-、NO-2、NO-3、总硬度、盐度、pH值、As、Hg、Cu、Cr6+、Pb、Zn、苯酚、CN-、Cd、Mo * *计17。
3.评估方法
为了准确反映地下水质量现状，根据调查数据进行了综合评价。当某个成分低于仪器的最低检测值时，根据仪器的最低检测值进行评估。
地下水质量综合评价采用注释评分法，根据公式计算F值。
计算公式:
山东省地质环境问题研究
式中:为各单一成分得分Fi的平均值；Fmax是Fi中的最大值；f为综合评价得分。
计算结果见表11-4。
4.地下水质量评价结果
区域岩溶水水质仅西郊景家沟1采样点水质很差，8个采样点水质较差，其余43个检测点水质良好。根据综合评价，将水质分为良好区、良好区、较差区和极差区，研究区无水质良好区(图11-14)。
(1)水质良好区(ⅱ)
研究区内大部分地区属于水质较好的地区，从南郊石灰岩裸露区到北部隐伏区分布较广，济南地区的地下水大部分属于此类。本区地下水类型主要为碳酸氢钙型，当地地下水类型为HCO3钙镁型。各项水力指标均符合饮用水水质标准，水质良好，适用于生活或工业供水。
(2)水质良好区(ⅲ)
分布在水质差的区域外围，与水质较好的区域相连。该区地下水各成分均未超过地下水质量ⅲ类标准，可作为集中式供水水源。
(3)水质差区(ⅳ)
主要分布在学习区中部，后卫华(段54)，后龙窝(+3)，政法学院(郑1)等。研究区东部和西部仅分布在不动、武警医院、绍尔和北儒。地下水中部分项目超过饮用水水质标准，适合农田灌溉和工业用水，需要作为饮用水源处理。
(4)水质极差(ⅴ类)
表11-4地下水化学成分质量表
图11-14岩溶地下水质量区划图
本区仅分布于荆家沟地区，综合评价为ⅴ类配水区。地下水主要受工农业污染，不适合饮用。地下水中的SO2-4、总硬度和盐度严重超标。
四、影响岩溶水环境的主要因素
1.城市建成区扩展对岩溶水供给的影响
城市化对泉水的影响表现为城市面积逐渐增大，相应泉域内岩溶水直接补给区面积逐渐减小。1954年，济南市区面积仅为28.89km2，位于直供区的面积仅为1.985km2，随着经济社会的发展，城市规模逐渐增大，城市扩展方向主要向泉域的东部、东南部、南部和西南部扩展。1960左右，城区面积比1954扩大了9.10km2，80年代扩大了15.905km2，20世纪初比50年代扩大了52.155km2(图11城市化向南扩展最快的时间是80年代以来。由于城市化面积的增加和地面的固化，降水无法渗透到地下进入下水道和防洪沟，而防洪沟淤塞严重，地形坡度大，无法形成有效的入渗，降水白白流失。
图11-15城市扩展与演变图
与20世纪60年代相比，在平均降水年，由于城市扩张的影响而减少的补给量为38488.44 m3/d，相当于38万人的日用水量。与20世纪70年代相比，入渗补给量减少了35627.02 m3/d；与20世纪80年代相比，入渗补给量减少了32191.33m3/d..与其他三期相比，入渗补给量变化不大。与当年相比，各时期的入渗补给量减少了很多，即80年代以来，城区面积迅速扩大，地面硬化影响了大气降水的入渗补给，使泉域岩溶水补给量逐渐减少。
此外，公路建设等工程也占用大量土地，路面固化减少岩溶水补给。近40年来，特别是上世纪80年代以来，济南城市道路面积大幅增加。20世纪90年代，济南的道路建设进入快速增长期，道路面积迅速增加。2000年道路面积是1970的9倍(表11-5)。
表11-5济南市道路面积
由于城市建设地面的固化，泉域地表径流量逐年增加。60年代径流系数为0.5，90年代增加到0.9。径流量的增加减少了地下入渗的补给，大部分降水流失(表11-6)。
表11-6 20世纪不同年代的径流量
2.岩石开采对岩溶地表环境的影响。
济南地区碳酸盐岩地层分布广泛，矿物有石灰岩、白云岩、铁矿、花岗岩和硬粘土。多年来，这些矿产资源的无序开发，不仅造成了资源浪费，而且破坏了泉域地表环境，对泉域供水造成不利影响。
(1)破坏植被，加剧水土流失。
森林植被被称为“绿色水库”。据山东滕州杨庄平衡场实验数据，森林植被覆盖率平均提高1%，年降水量增加3毫米，同时林地是天然的地下水库，林地植被可以吸收降水涵养水源，防止水土流失。然而，人类的活动，如岩石开采和挖掘，将不可避免地破坏地表植被。另外，泉域南部山区很多中小型矿址都是个体户，业主缺乏环保意识。采石造成大规模的植被破坏，许多生长数年甚至数十年的水土保持植被被破坏，开采后形成的废弃地荒芜。相关资料显示，济南泉域南部山区植被覆盖率较新中国成立前有了很大提高，但主要集中在南部低山区。山前的石灰岩矿区一般都被荒山荒草覆盖。在森林覆盖率低的基础上，人为开采的岩石被破坏，森林和杂草的面积进一步减少，加剧了水土流失，影响了降水对泉域岩溶水的补给。
(2)破坏自然景观，留下陡壁、危崖、怪石，易诱发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。
石灰岩是上亿年前的海底沉积物，独特的石灰岩景观是地球内外力量复杂作用形成的。石灰岩矿区满目疮痍，原始景观荡然无存。特别是大量的个体采石场，在开采过程中，不注意矿体的休止角，形成许多陡壁和危险的悬崖。采矿秩序整顿后，很多采石场已经关闭，这些陡壁、危崖、岩址是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的诱发因素。石灰石开采形成大量渣土，暴雨条件下易形成渣石流，如江水泉水库南采石点形成大量渣石流，正在逐步进入水库，或仲宫镇东郭村南，因道路施工已造成山体滑坡，危及公路安全。
(3)粉尘污染
石灰石矿山开采产生的粉尘污染主要包括空气污染、地表环境污染和对地下水水质的影响。石灰石矿一般都是就地开采，形成大量石灰石粉，尤其是石材(石料)加工厂，不采取降尘措施。在生产过程中，遇大风时粉尘绵延数百米，导致当地空气质量下降。石灰石粉尘随风飘散，给附近的山坡、草地、居民楼、农田作物、树木枝叶蒙上了一层灰色的粉末，不仅妨碍了视线，也影响了附近居民的正常生活和植物的正常生长。
⑷对水质的影响
这些四处飘散的石灰石粉尘，通过雨水和地表水的溶解，渗入地下，直接进入地下水，增加了地下水中Ca2+的浓度，增加了其硬度。相关研究表明，济南泉域Ca2+高浓度区与石灰岩矿区位置非常吻合。虽然地下水的硬度还没有超标，但其不良影响已经可见一斑。
(5)采石场垃圾填埋处理
南部山区中心城区附近的许多采石场被大量的生活垃圾、建筑垃圾和渣土掩埋。由于采石场比较低洼，积水经过沉淀后淋溶了生活垃圾，有害物质随后进入地下，造成岩溶水污染。
3.水利工程对岩溶水补给的影响
人类活动对河谷河道的影响主要表现在河道断流、河道占用、河谷淤积、河道疏浚、河谷垃圾堆积等方面。，降低了地表渗漏性能，造成泉水补给量减少。
泉域间接补给区主要分布在广大的南部山区，包括马山、万德、高尔、张夏、孤山、仲宫、六部、西营等乡镇。地层为中下寒武统泰山群灰岩、碎屑岩、变质岩，山陡谷深，侵蚀强烈，河流河谷，地表径流发育。北沙河、金银川、戴宇河等已建成卧虎山水库、锦绣川水库、八达岭水库等大中型水库。由于泰山群变质岩在南方分布较广，与碳酸盐岩地层相比，其渗透条件相对较差，因此大部分河流发源于此。由于该地区沟谷较深，地下水大部分是就地补给，在沟谷中进行短距离的搬运和排泄。20世纪70年代以前，河面流量汇集在玉符河和北大沙河，流向下游。河水分别在朱家庄-潘村、孤山拦河坝-琵琶山渗漏，补充泉域地下水。间接补给区收集地表径流和地下溢流，通过河道进入直接补给区，如1963卧虎山水库，通过溢洪道向玉符河释放约100万m3水，进入黄河，部分渗入地下水。据采访了解，卧虎山水库修建前，鱼凫河基本常年流淌，鱼凫河下游周王庄河段水位1962年8月19时为32.433m。随着卧虎山水库、锦绣川水库、岳庄水库等大中型水库的建设，上游地表径流被截留，气象因素的影响，从70年代开始，间接补给区地表水补给逐渐减少。如1988，卧虎山水库溢流闸泄流量仅为1960 m3，仅占1963泄流量的0.9%。近20年来，鱼凫河基本上干涸了很多年。从1999到现在，卧虎山水库上游554km2的汇水面积除了回灌试验外，没有排到鱼凫河。
根据有关资料，南方山区修建水库可拦蓄地表水6543.8+0.8亿m3，起到防洪抗旱双重作用。由于城区供水紧张，卧虎山水库从65438至0988开始向城区南部供水，锦绣川、卧虎山两大水库向党家庄兴隆、何世礼、分水岭直补区的灌溉量逐渐减少，因此泉水回灌量也相应减少。
4.土壤侵蚀及其对岩溶水环境的影响
泉域岩溶水的主要补给来源于直接补给区，区内森林覆盖率较低，使其涵养水源的能力不高。济南泉域总面积为1448km2。在直补区，密集覆盖面积只有34km2，占直补面积的7%。直补区植被以稀疏覆盖区为主，水源涵养能力强的密集覆盖区主要分布在济南市南部山区，如青龙山、英雄山、千佛山、羊头峪、龙洞庄、莫莫丁、木格寨、灵岩寺等，其他地区零星分布，如贺郎山、铜锣山、猪肝顶、老虎窝、高二巷、仲宫镇及流域以南。
泉域密集覆盖区的总体分布特征是:密集区分散且面积较小，仅在龙洞庄、千佛山、灵岩寺等局部区域面积较大。其他地区分布面积相对较小，其分布与地形地貌关系密切。一般沿山体北坡走向分布，覆盖区形状不规则。
在植被茂密的地区，树木分布密集，树龄较长，一般生长在山丘或山坡上，所以种植后保护得很好。土壤蓄水能力强，有利于降水入渗补给地下水，增加岩溶地下水补给，增强水土保持能力，有效防治地质灾害，生态环境良好。