濟棗高鐵濟泰段對濟南泉群的影響及防治對策分析

邱曉東 宋章 陳興海 李傳生

【摘要】濟棗高鐵濟泰段通過濟南南部的千佛山、慧佛山，其為濟南泉群的重要補給區，鐵路建設對濟南泉群或多或少產生一定影響。文章基于研究區區域地質、水文地質及地下水的補給、徑流和排泄、測區地下水動態變化特征等研究，分析評價擬建濟棗高鐵濟泰段對濟南泉群的影響，并探討其防治對策。主要結論有：（1）擬建濟棗高鐵濟泰段主要處于濟南單斜地質單元，地層巖性以寒武系-奧陶系的碎屑巖和碳酸鹽巖為主，中強富水性;（2）濟南泉群主要以其南部的千佛山、慧佛山降水補給為主，其次為河床滲落、孔隙水補給;（3）擬建鐵路推薦線位對濟南四大泉群的補給、徑流影響較小;比選線位對趵突泉和涌泉泉域影響較小，對白泉泉域無影響;（4）工程防治對策首先應遵循鐵路軌面標高處于泉群補給區垂直滲流帶的地質選線原則，其次隧道設計施工中堅持以堵為主、疏排為輔的綜合治理措施。研究成果可為測區類似工程提供借鑒指導。

【關鍵詞】濟棗高鐵; 濟南泉群; 巖溶; 選線; 防治對策

【中國分類號】P641.1【文獻標志碼】A

濟棗高鐵濟泰段東線方案自在建濟萊高鐵港溝站引出，向南跨濟南南繞城高速后進入南部山區，經西營鎮、柳埠鎮東側后沿濟泰高速公路走廊前行，于泰安市東側設泰安東站;濟棗高鐵濟泰段西線方案自在建濟萊高鐵平安店鎮引出，向西繞經長清區、歸德鎮后沿泰山山麓西北側走行，進入泰安市區跨京滬鐵路后沿京滬高鐵引入既有京滬高鐵泰安站。濟棗高鐵濟泰段由北向南行進于泰安過程中穿越了千佛山、慧佛山一帶，而千佛山、慧佛山為濟南泉群的重要補給區，鐵路的修建對濟南泉群補給區或多或少產生一定影響。

濟南泉群的形成受測區特定的地形地貌、地層巖性、地質構造、氣象水文等多因素的影響 [1-7]。鄒連文等[1]通過對濟南泉群涌水量與區域降水的回歸分析，說明濟南泉群的主要補給區為東南部巖溶漏水山區;邢立亭等[3]基于調查、示蹤試驗、水質指標測試、巖溶分析和數理統計等方法，認為濟南泉群水位動態變化反映出濟南北部巖溶管道流與裂隙流并存，豐水期以東南方向巖溶管道流補給為主，而枯水期以西南方向裂隙流補給為主;孫斌等[3]利用Mapgis對濟南市區新生界地層厚度圖和灰巖頂板埋置深度圖進行了分區研究，揭示了濟南市區其侵入巖分布和變化特征，并說明了趵突泉、黑虎泉是由于侵入巖在此缺失形成“天窗”地下水出漏排泄而形成的機理;韓連山等[5]研究認為燕山運動奠定了濟南地區南部依泰山隆起、背部臨濟陽斷陷的構造格局和地貌特征，碳酸鹽巖隱伏于市區，在侵入巖缺失形成“天窗”的趵突泉、黑虎泉等地形低洼、構造有利部位泉水騰空而起形成泉群;此外，濟南泉群的形成與測區千佛山斷裂、文化橋斷裂的分布、導水性和透水性息息相關[5-7]。

本文基于區域地質、水文地質及泉水補給、徑流和排泄、測區地下水動態變化特征等研究，分析評價擬建濟棗高鐵濟泰段對濟南泉群的影響，并探討其防治對策。

1 區域地質單元劃分

研究區地處魯南中部隆起區，總體以新太古代泰山巖群為基底、以古生代地層為主體的向北傾斜的單斜構造，且受測區NW向和NE向斷裂相互切割的影響，將研究區分割成多塊相對獨立的單斜斷塊。因此依據研究區的總體沉積環境，并結合區內地層的巖性組合特征和空間展布規律，及地質構造因素，地層與構造相互關系等，可將研究區劃分為郭店單斜地質單元、濟南單斜、泰萊盆地三個地質單元（圖1）。

新建的濟棗高鐵線路主要穿越了濟南單斜地質單元（濟南泉域），其次為郭店單斜地質單元（白泉泉域），兩地質單元中地層巖性主要為寒武系和奧陶系的灰巖、白云質灰巖為主，富水性中強;以弱富水性的泥巖、頁巖主要分布于寒武系的饅頭組。而線路穿越的泰萊盆地，其巖溶及巖溶塌陷等地質災害發育，但已處于濟南泉群影響區之外。

2 研究區水文地質條件

2.1 研究區地下水的補給、徑流、排泄特征

2.1.1 地下水的補給特征

濟南泉群主要受南部海拔500～700 m的千佛山、慧佛山的降水補給，大致以大澗溝為界，可分布長城嶺至大澗溝間接補給區和大澗溝至濟南山前的直接補給區（圖2）。

補給區內地層巖性主要為寒武系-奧陶系厚層狀灰巖，受構造的切割影響巖體中裂隙、巖溶等地下水通道相互溝通，形成了有統一水位的地下水力聯系通道。濟南泉群的補給大致分為大氣降水入滲補給和河流滲漏集中補給兩種方式。

2.1.1.1 大氣降水入滲補給

濟南泉群主要為南部山區的巖溶水補給，而巖溶地下水主要接受大氣降水的入滲補給。根據測區由南向北傾斜便于地下水運移的單斜構造特征、厚度達1 000 m的灰巖利于地下水存儲地層巖性特征及測區水文觀測孔長期動態觀測地下水位變化的分析等，濟南泉群流量和測區地下水水位變化均與大氣降水息息相關。測區豐水期集中于每年的6～9月，占全年降水量77 %以上，每年雨季測區地下水位快速上升，濟南泉群流量普遍增大;枯水期為每年的4～6月，測區降水較少，地下水位變低，濟南泉群流量隨之普遍減少。

2.1.1.2 河床滲漏集中補給

測區河床滲漏集中補給為濟南泉群的第二大補給源。主要表現在兩個方面，一是濟南泉群南部的河流在上游其河床與測區下伏的灰巖、白云質灰巖等強富水地層水力聯系緊密，豐水期巖層地下水接受河流反補、而枯水期河流接受巖層地下水補給，而河流在下游局部地段強烈滲漏，補給濟南泉群地下水;二是測區水庫豐水期接受蓄水，枯水期放水補給河流，河流補給濟南泉群地下水。

2.1.2 地下水的徑流特征

測區地下水的徑流受南高北低的地形因素、厚層狀中強富水的灰巖地層巖性因素、千佛山斷裂和文化橋斷裂控制的由南向北傾斜的單斜構造因素等控制。千佛山斷裂以東地區山區地下水主要呈NNW流向、以西地區呈NW流向，地下水在由南向北徑流的過程中受濟南盆地隔水的侵入巖、泥頁巖的阻隔，在其接觸帶形成地下水富集區。

2.1.3 地下水的排泄特征

測區地下水的排泄主要表現為泉水的集中排泄和人工開采排泄。地下水在由南向北徑流的過程中，受北部濟南盆地分布的侵入巖、泥頁巖阻隔，在與灰巖的接觸帶附近形成了地下水的富集區，在濟南盆地低洼地帶以上升泉的形式集中排泄，濟南泉群就是由此形成。此外，由于城市和工農業發展的需要，濟南盆地地下水的大量開采亦為排泄方式之一，由此還造成了濟南泉群1972～2003年的季節性斷流。

2.2 地下水的動態變化特征及主要影響因素

大氣降水為測區地下水的主要補給來源（圖2），測區的南部山區主要為裸露的灰巖地層，受構造影響巖體節理裂隙較發育，大氣降水及表水易于下滲，快速補給地下水。每年的豐水季節測區地下水補給量大于排泄流量，7～9月為測區的最高地下水位;枯水季節由于受泉流和翌年3～4月人工開采地下水的影響，測區地下水排泄量大于補給量，翌年的5～6月出現最低地下水位;年度變幅處于10～80 m。

3 濟棗鐵路建設對濟南泉群的影響評價及防治對策

3.1 對濟南趵突泉泉域的影響

濟南泉域范圍內，擬建的濟棗高鐵線路以隧道形式穿越，大部分位于地下水（巖溶水）的垂直滲流帶，局部位于季節交替帶內，隧道建設僅對大氣降水的滲流補給有影響，使滲流補給途徑產生變化。

橋梁及路基建設引起的局部地段地表硬化面積占泉域補給區的面積的比例較小，且降水可通過附近地段地表入滲進入巖溶含水層，因此橋梁、路基建設對泉域降水補給量影響較小。隧道工程位于南部丘陵山區，隧道穿越部位為地下水（巖溶水）的垂直滲流帶或季節交替帶。隧道建設對局部地下水垂直滲流路徑產生一定的影響，對濟南四大泉群水源深部徑流影響較小。

3.2 對涌泉泉群的影響

涌泉泉群位于濟南區域的補給區，泉群泉點眾多，屬于玉符河流域，存在眾多獨立小泉域。其中泉點主要含水層為張夏組灰巖，部分泉點主要出露地層為三山子組（主要出露原冶里組與亮甲山組分界線）、炒米店組、崮山組，均屬于濟南泉域的間接補給區。

區內巖溶地下水流域由南向北徑流，擬建新建泰安東站方案線路走向與地下水流向近相同，僅局部會影響部分泉點的補給，距離線路較近的分泉點較多，泉點大部分出露于張夏組和饅頭組交接處。

3.3 對白泉泉域泉群的影響

本次推薦線路通過白泉泉群補給區僅約4 km。橋梁及路基建設引起的局部地段地表硬化面積占泉域補給區的面積的比例較小，且降水可通過附近地段地表入滲進入巖溶含水層，該段橋梁、路基建設對泉域降水補給量影響較小。因此本次鐵路建設不會切斷巖溶水的地下循環途徑，不會導致巖溶水的流失，線路建設對白泉泉群的水量影響較小。

在裸露巖溶區，巖溶水直接接受大氣降水補給，鐵路施工產生的污染物及運營期產生的跑冒滴漏的污染物，將隨大氣降水下滲至巖溶含水層，會對區內巖溶水水質產生一定的影響。因此，推薦線路建設對白泉泉群的水質有一定影響。

3.4 綜合影響評價

研究區內主要的泉群有濟南市區四大泉群、涌泉泉群、白泉泉群。鐵路建設對泉群的影響分析結果如表2所示。

本次推薦線路建設對濟南四大泉群的補給、徑流影響較小;對白泉泉群水量的影響小;對涌泉泉群內錫杖泉泉點有影響，但影響較小。

比選線路對趵突泉泉域影響較小;對白泉泉域無影響;對涌泉泉群內泉點影響較小。

3.5 防治對策分析

擬建濟棗高鐵濟泰段主要以橋隧工程穿越濟南泉群補給區，工程防治對策主要從以下兩方面加以考慮：

（1）工程地質選線原則：基于研究區巖溶水的補、徑、排及動態特征分析，查明地下水徑流水位深度（圖3），遵循鐵路軌面標高處于濟南泉群補給區垂直滲流帶內的選線原則，確保鐵路隧道不會截斷泉群的地下水流。

（2）隧道內防治措施：堅持設計施工過程中隧道內以堵水為主、疏排為輔的綜合防治措施，最大限度減少對測區地表井泉點的影響。

4 結論

（1）擬建濟棗高鐵濟泰段主要處于濟南單斜地質單元，地層巖性主要為寒武系-奧陶系中強富水的碎屑巖和碳酸鹽巖為主。

（2）濟南泉群主要以南部的千佛山、慧佛山降水補給為主，以河床滲落、孔隙水補給為輔。

（3）擬建鐵路推薦線位對濟南四大泉群的補給、徑流影響較小;比選線路對趵突泉和涌泉泉域影響較小;對白泉泉域無影響。

（4）工程防治對策遵循鐵路軌面標高處于泉群補給區垂直滲流帶的地質選線原則，隧道設計施工中堅持以堵為主、疏排為輔的綜合治理措施。

參考文獻

[1] 鄒連文，商廣宇，張明秀，等.濟南泉水來源區域探討[J]. 中國水利，2008（7）：77-79.

[2] 孫曉剛，韓連山. 大美泉城[M]. 濟南：濟南出版社，2013.

[3] 邢立亭， 周娟，宋廣增，等.濟南四大泉群泉水補給來源混合比探討 [J]. 地學前緣，2018，25（3）：260-272.

[4] 孫斌，邢立亭.濟南泉群附近侵入巖體變化特征研究[J]. 銅業工程，2011，（5）：5-11.

[5] 韓連山，汪玉靜，韓昱.千佛山與趵突泉泉水形成關系研究[J]. 山東國土資源，2015，31（12）：27-31.

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