济南泉域岩溶水系统水化学演化及成因分析

济南泉域岩溶水是济南市工农业生产和城乡生活的重要供水水源。随着经济社会发展和城市化进程加速,济南泉域水环境发生了较大变化,水质逐年变差,查明其水质演化特征和影响因素,对泉域岩溶水资源开发利用和保护具有十分重要的意义。本研究在分析泉域地下水和地表水主要离子化学特征和时空变化的基础上,综合采用相关分析、Piper三线图、Gibbs模型、离子比例关系等水化学方法和15N(NO_(3)^(−))、18O(NO_(3)^(−))双同位素方法,识别水体中主要离子成因。结果表明,研究区内主要阴、阳离子浓度从大到小依次为HCO_(3)^(−)>SO_(4)^(2−)>Cl^(−)>NO_(3)-N(硝酸盐含量以N计)、Ca^(2+)>Na^(+)>Mg^(2+)>K^(+)。受碳酸盐岩控制,丰水期和枯水期水化学类型具有高度一致性,均以HCO_(3)·SO_(4)-Ca为主,占比达60%。除Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_(3)^(−)外,其他离子的变异系数在丰水期和枯水期均大于0.5。地下水主要受NO_(3)^(−)和SO_(4)^(2−)污染,并且均出现严重污染样点。地下水化学组分主要受水岩作用控制,Ca^(2+)和HCO_(3)^(−)主要来源于碳酸盐岩溶解,K^(+)、Na^(+)、SO_(4)^(2−)、NO_(3)^(−)和Cl^(−)部分来源于大气降水,Na^(+)和Cl^(−)部分来源于居民生活,NO_(3)^(−)主要来源于粪便和污水。

近20a济南泉域水源涵养量的时空变化特征

为探究济南市的水源涵养量,利用Arcgis软件划定泉域范围,通过解译2000年、2005年、2010年、2015年和2020年的Land⁃sat遥感影像数据,获取范围内土地利用类型;基于InVEST模型并结合气象、土壤、地形等数据估算泉域水源涵养量,分析了近20a来泉域水源涵养量和涵养能力的时空变化及影响因素。结果表明,与2000年相比,泉域内土地利用类型变化较大,其中耕地面积变化最大,减少了470.1 km^(2);城乡居民点和工矿用地增长较快,增幅为9.1%;林地草地面积也呈增长态势,增幅为4.1%,面积占比达到了32.3%。泉域水源涵养量为157.9~238.3 mm,均值为188.8 mm,受降水影响较大;泉域水源涵养率为23.5%~25.9%,平均为24.2%,水源涵养能力较低。时间上,多年水源涵养率基本保持稳定;空间上,南部山区水源涵养能力较之前有所提升,中部受城市化影响而下降显著。各土地利用类型水源涵养量从大到小依次为:林地>草地>耕地>未利用土地>城乡居民点和工矿用地>水域湿地,水源涵养率分别为49.15%、30.32%、20.09%、17.69%、8.62%和8.31%。区域内水源涵养功能区以一般重要区为主,面积占比为40%,极重要区内林地占比为94.62%。植被类型和气象因素是影响区域水源涵养的主要因素,应结合土壤类型适当调整植被配置。

济南泉域岩溶地下水水质变化分析

济南泉域岩溶地下水水质变化研究认为 ,随着经济的发展和人类活动的增强 ,水体的总硬度、SO4 2 - 、Cl- 和 NO- 3等指标均呈上升趋势 ,且近期离子浓度升高的速率加快。从泉域间接补给区到直接补给区再到排泄区 ,地下水污染逐步加重 ,水质逐渐变差。

济南泉域岩溶水质演变及其对人类活动的响应

地下水是岩溶地区水资源的重要赋存形式,也是岩溶地区经济发展的重要支撑点。由于岩溶含水层的本质脆弱性,岩溶水资源在人类活动胁迫下极易蜕变。以20世纪50年代末的地下水化学状况为背景值,结合近20年的水质监测资料,分析了济南泉域岩溶水质演化与人类活动的关系。结果显示：近20年来,地下水质总体呈恶化趋势,水质的区域性、阶段性变化与人类活动强度密切相关,东郊岩溶水质最差,且无污染物增长幅度明显高于市区和西郊。伴随土地利用方式的改变和人类活动强度的空间变化,地下水质从间接补给区、直接补给区到泉水排泄区,单项污染指数和综合污染指数依次升高;具有典型代表性的泉域东部大辛河流域,从上游、中游到下游,地下水污染物的浓度也渐次升高,且愈往下游污染物浓度增幅愈大,显示出与土地利用方式和人类活动的密切相关性。因此优化调整土地利用结构,减少人类活动对下水的污染,对岩溶水资源的可持续利用和济南“泉城”景观的保护有重要意义。

济南岩溶泉域地下水可持续开采方案分析

济南岩溶泉域是济南市重要饮用水源地,泉水又是济南市市民消闲和吸引游客的亮丽景观。但是多年来开采地下水已引起泉水出现间歇性断流。本文在对水资源规划分析基础上,设计了4个地下水资源开采方案:现状方案、增加补给量方案、减少开采量方案和增补减开联合方案。运用地下水流数值模型模拟了4个方案对泉群地下水水位及泉水流量动态变化的影响,最终确定了泉域地下水可持续开采方案,为泉水持续喷涌和地下水开发利用提供了科学依据。

济南岩溶泉域地下水位监测

文章采用编制济南岩溶泉域地下水动态类型图的方法优化设计了地下水水位监测密度。通过对地下水水位多年变化趋势的分析确定了手测监测频率。选取质量好的观测孔安装了水位自计仪,提出了地下水水位监测维护措施。将对相关政府部门和每个水用户提供所需的地下水信息,以便达到水管理者与水用户共同参与泉水保护的目的。

济南岩溶泉域地下水水质监测

基于GIS手段,利用欧洲方法编制的济南泉域岩溶含水层易污性评价图显示,济南泉域岩溶含水层总体易污性强,地下水容易受到污染。结合泉域污染源调查结果以及地下水补给、径流、排泄系统与水质监测网的现状,设计了51个监测点组成的地下水水质监测网,其中地表水监测点6个,第四系孔隙水监测点8个,变质岩裂隙水监测点1个,泉水监测点4个,岩溶水水源地监测点6个,岩溶地下水监测点26个,并对其监测频率及监测内容进行了分析。

卧虎山水库对济南泉水影响的定量分析

分析计算了卧虎山水库建成运行后对其下游济南泉域岩溶水补给量的影响,包括河道水文特征变化对地下水补给量的影响、水库灌区农业灌溉对地下水补给量的影响、利用水库放水进行人工回灌对地下水的影响;进一步分析计算了卧虎山水库对济南泉水流量的影响程度:在不考虑其他因素的情况下,卧虎山水库的拦蓄运行使四大泉群的泉流量削减了11.8%。