济南市岩溶泉域地下水化学特征与水环境演化
管清花1，3，李福林1，3，王爱芹1，3，冯 平2，田婵娟1，3，陈学群1，3，刘 丹4
【摘 要】分析山东省济南市趵突泉泉域的岩溶地下水水化学特征与水环境，揭示各化学指标的区域分布特征、时间变化特征以及相互转化关系，总结出济南地区地下水环境现状与演化规律。结果表明：济南市岩溶地下水水化学类型自东南向西北沿流场方向为：HCO3·SO4-Ca→HCO3·SO4-Ca·Mg→HCO3-Ca→HCO3-Ca·Mg；地下水NO-3-N 浓度总体呈增高趋势，总硬度和TDS 浓度较高，农业种植区大量使用化肥农药和企业污染物的排放，是引起济南市岩溶地下水水环境问题的主要原因。 【期刊名称】《中国岩溶》 【年(卷),期】2019(038)005 【总页数】10
【关键词】济南泉域；岩溶地下水；水化学特征；水质污染；水化学演化 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
管清花，李福林，王爱芹，等.济南市岩溶泉域地下水化学特征与水环境演化［J］.中国岩溶，2019，38（5）：653-662.
基金项目：国家自然科学基金（41572242）；山东省水利科技推广项目（SDSLTG201902）；山东省水科学研究与技术推广项目（SDSLKY201703）
0 引 言
泉水是济南的灵魂和名片，泉水文化是济南历史最悠久、最深厚的体现和载体。泉域岩溶地下水是济南市泉水的主要补给来源，也是济南市重要的生活及工农
业用水水源［1］。济南市四大泉群喷涌的历史演变经历了常年喷涌期、喷涌过渡期、衰减期和人工调控期。20 世纪50 年代，泉群日均流量为36.6×104 m3·d-1；1968-1980 年，泉流量一般为14.29 m3·d-1～9.39×104 m3·d-1，个别泉出现暂时断流的现象。20世纪80年代，岩溶水开采量增加，平均泉流量在8×104 m3·d-1以下，泉水出现间歇性断流［2］；2001 年以后，济南市通过增大玉清湖和鹊山水库引黄供水量，逐步减少地下水开采量，以及玉符河放水回灌等措施，2001 年9 月17 日趵突泉得以复涌至今［3］。济南岩溶地下水水位持续下降的同时水质条件发生了变化，使得可利用资源量减少［4］。因此，科学认识岩溶地下水水化学特征及其演化规律，对保障该地区地下水水质安全具有重要意义［5］。
早在20世纪50年代到70年代，前人对济南泉域岩溶地下水的研究多集中于流量的调查。20世纪80年代开始，泉域岩溶地下水水化学方面的研究成为焦点。万利勤［6］以Cl-和NO3-浓度为示踪剂研究了济南岩溶排泄区地下水化学成分的形成；王兆林等［7］同样选取排泄区的趵突泉、西郊峨眉山水源地多年的水样数据，对水化学指标变化趋势进行分析；刘莉［8］通过计算饱和指数分析了泉域补给区和排泄区地下水化学特征，并结合野外调查与观测、样品采集与测试分析等手段，应用水文地球化学方法研究了岩溶地下水的形成和变化规律。此外，前人还开展了岩溶水补给来源研究［9-10］，结果表明：玉符河河道补水影响了济南岩溶地下水矿物溶解组分及离子成分。已有研究主要集中于岩溶地下水水化学成分的形成及排泄区水质特征［11］，缺乏从水文地球化学角度探讨济南岩溶地下水水化学特征及其演化规律。因此，本文通过采集济南市岩溶地下水样品，分析其水化学特征，确定其地下水化学类型，探讨主要
阴、阳离子的时空变化规律，并在此基础上分析其地下水环境的时空演化趋势，总结出济南市岩溶地下水水环境现状，以及存在的污染问题等，以期为岩溶地下水的合理开发、利用和保护提供依据。
1 济南市泉水成因与岩溶水系统
1.1 水文地质条件与泉水成因
济南南部山区出露的地层主要有古生界寒武系，奥陶系及新生界第四系松散沉积地层。总体上从南向北，地层由老到新依次出露，形成一单斜构造［12］。济南泉水形成受地形和岩溶水文地质条件的影响，济南地势南高北低，南部为泰山余脉，北部为平原，为地下水提供了由南向北汇集运动的地形条件。另一方面，得天独厚的岩溶地质条件，为地下水提供了汇集和流动的空间，南部山区岩溶地貌发育，蓄积了大量的大气降水，形成了丰富的岩溶地下水，北部为弱透水的火成岩侵入体，形成北部相对阻水边界，且火成岩在灰岩中的层间穿插侵入，因而地下水顺层构造涌出形成泉水［13］。 1.2 岩溶水系统
根据山东省地矿工程勘察院名泉总体规划地质成果，综合考虑水系与地貌、断裂构造的透水性、地下水运动特征及人类活动干预因素，将泰山北翼单斜岩溶水系统划分为两个二级系统，分别为济南—平阴岩溶水系统和章丘—淄川岩溶水系统，二者的分界线为相对阻水的文祖断裂，两个岩溶水系统基本不存在水力联系。又依据断裂构造、岩脉、地质构造、岩溶发育和水动力条件等因素，将两个二级地下水系统自西向东划分为5个三级岩溶水子系统，分别为：平阴、长清—孝里铺、济南泉域（趵突泉）、白泉泉域和明水泉域水文地质单元（图1）。
济南市岩溶泉域地下水化学特征与水环境演化
