邱曉東 宋章 陳興海 李傳生

【摘要】濟(jì)棗高鐵濟(jì)泰段通過濟(jì)南南部的千佛山、慧佛山，其為濟(jì)南泉群的重要補(bǔ)給區(qū)，鐵路建設(shè)對(duì)濟(jì)南泉群或多或少產(chǎn)生一定影響。文章基于研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)及地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄、測(cè)區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化特征等研究，分析評(píng)價(jià)擬建濟(jì)棗高鐵濟(jì)泰段對(duì)濟(jì)南泉群的影響，并探討其防治對(duì)策。主要結(jié)論有：（1）擬建濟(jì)棗高鐵濟(jì)泰段主要處于濟(jì)南單斜地質(zhì)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(qiáng)富水性;（2）濟(jì)南泉群主要以其南部的千佛山、慧佛山降水補(bǔ)給為主，其次為河床滲落、孔隙水補(bǔ)給;（3）擬建鐵路推薦線位對(duì)濟(jì)南四大泉群的補(bǔ)給、徑流影響較小;比選線位對(duì)趵突泉和涌泉泉域影響較小，對(duì)白泉泉域無影響;（4）工程防治對(duì)策首先應(yīng)遵循鐵路軌面標(biāo)高處于泉群補(bǔ)給區(qū)垂直滲流帶的地質(zhì)選線原則，其次隧道設(shè)計(jì)施工中堅(jiān)持以堵為主、疏排為輔的綜合治理措施。研究成果可為測(cè)區(qū)類似工程提供借鑒指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】濟(jì)棗高鐵; 濟(jì)南泉群; 巖溶; 選線; 防治對(duì)策

【中國(guó)分類號(hào)】P641.1【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

濟(jì)棗高鐵濟(jì)泰段東線方案自在建濟(jì)萊高鐵港溝站引出，向南跨濟(jì)南南繞城高速后進(jìn)入南部山區(qū)，經(jīng)西營(yíng)鎮(zhèn)、柳埠鎮(zhèn)東側(cè)后沿濟(jì)泰高速公路走廊前行，于泰安市東側(cè)設(shè)泰安東站;濟(jì)棗高鐵濟(jì)泰段西線方案自在建濟(jì)萊高鐵平安店鎮(zhèn)引出，向西繞經(jīng)長(zhǎng)清區(qū)、歸德鎮(zhèn)后沿泰山山麓西北側(cè)走行，進(jìn)入泰安市區(qū)跨京滬鐵路后沿京滬高鐵引入既有京滬高鐵泰安站。濟(jì)棗高鐵濟(jì)泰段由北向南行進(jìn)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(jì)南泉群的重要補(bǔ)給區(qū)，鐵路的修建對(duì)濟(jì)南泉群補(bǔ)給區(qū)或多或少產(chǎn)生一定影響。

濟(jì)南泉群的形成受測(cè)區(qū)特定的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣象水文等多因素的影響 [1-7]。鄒連文等[1]通過對(duì)濟(jì)南泉群涌水量與區(qū)域降水的回歸分析，說明濟(jì)南泉群的主要補(bǔ)給區(qū)為東南部巖溶漏水山區(qū);邢立亭等[3]基于調(diào)查、示蹤試驗(yàn)、水質(zhì)指標(biāo)測(cè)試、巖溶分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法，認(rèn)為濟(jì)南泉群水位動(dòng)態(tài)變化反映出濟(jì)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(bǔ)給為主，而枯水期以西南方向裂隙流補(bǔ)給為主;孫斌等[3]利用Mapgis對(duì)濟(jì)南市區(qū)新生界地層厚度圖和灰?guī)r頂板埋置深度圖進(jìn)行了分區(qū)研究，揭示了濟(jì)南市區(qū)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(jī)理;韓連山等[5]研究認(rèn)為燕山運(yùn)動(dòng)奠定了濟(jì)南地區(qū)南部依泰山隆起、背部臨濟(jì)陽斷陷的構(gòu)造格局和地貌特征，碳酸鹽巖隱伏于市區(qū)，在侵入巖缺失形成“天窗”的趵突泉、黑虎泉等地形低洼、構(gòu)造有利部位泉水騰空而起形成泉群;此外，濟(jì)南泉群的形成與測(cè)區(qū)千佛山斷裂、文化橋斷裂的分布、導(dǎo)水性和透水性息息相關(guān)[5-7]。

本文基于區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)及泉水補(bǔ)給、徑流和排泄、測(cè)區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化特征等研究，分析評(píng)價(jià)擬建濟(jì)棗高鐵濟(jì)泰段對(duì)濟(jì)南泉群的影響，并探討其防治對(duì)策。

1 區(qū)域地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/p>

研究區(qū)地處魯南中部隆起區(qū)，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(gòu)造，且受測(cè)區(qū)NW向和NE向斷裂相互切割的影響，將研究區(qū)分割成多塊相對(duì)獨(dú)立的單斜斷塊。因此依據(jù)研究區(qū)的總體沉積環(huán)境，并結(jié)合區(qū)內(nèi)地層的巖性組合特征和空間展布規(guī)律，及地質(zhì)構(gòu)造因素，地層與構(gòu)造相互關(guān)系等，可將研究區(qū)劃分為郭店單斜地質(zhì)單元、濟(jì)南單斜、泰萊盆地三個(gè)地質(zhì)單元（圖1）。

新建的濟(jì)棗高鐵線路主要穿越了濟(jì)南單斜地質(zhì)單元（濟(jì)南泉域），其次為郭店單斜地質(zhì)單元（白泉泉域），兩地質(zhì)單元中地層巖性主要為寒武系和奧陶系的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，富水性中強(qiáng);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(zhì)災(zāi)害發(fā)育，但已處于濟(jì)南泉群影響區(qū)之外。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 研究區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄特征

2.1.1 地下水的補(bǔ)給特征

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

補(bǔ)給區(qū)內(nèi)地層巖性主要為寒武系-奧陶系厚層狀灰?guī)r，受構(gòu)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(tǒng)一水位的地下水力聯(lián)系通道。濟(jì)南泉群的補(bǔ)給大致分為大氣降水入滲補(bǔ)給和河流滲漏集中補(bǔ)給兩種方式。

2.1.1.1 大氣降水入滲補(bǔ)給

濟(jì)南泉群主要為南部山區(qū)的巖溶水補(bǔ)給，而巖溶地下水主要接受大氣降水的入滲補(bǔ)給。根據(jù)測(cè)區(qū)由南向北傾斜便于地下水運(yùn)移的單斜構(gòu)造特征、厚度達(dá)1 000 m的灰?guī)r利于地下水存儲(chǔ)地層巖性特征及測(cè)區(qū)水文觀測(cè)孔長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)地下水位變化的分析等，濟(jì)南泉群流量和測(cè)區(qū)地下水水位變化均與大氣降水息息相關(guān)。測(cè)區(qū)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(cè)區(qū)地下水位快速上升，濟(jì)南泉群流量普遍增大;枯水期為每年的4～6月，測(cè)區(qū)降水較少，地下水位變低，濟(jì)南泉群流量隨之普遍減少。

2.1.1.2 河床滲漏集中補(bǔ)給

測(cè)區(qū)河床滲漏集中補(bǔ)給為濟(jì)南泉群的第二大補(bǔ)給源。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是濟(jì)南泉群南部的河流在上游其河床與測(cè)區(qū)下伏的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等強(qiáng)富水地層水力聯(lián)系緊密，豐水期巖層地下水接受河流反補(bǔ)、而枯水期河流接受巖層地下水補(bǔ)給，而河流在下游局部地段強(qiáng)烈滲漏，補(bǔ)給濟(jì)南泉群地下水;二是測(cè)區(qū)水庫(kù)豐水期接受蓄水，枯水期放水補(bǔ)給河流，河流補(bǔ)給濟(jì)南泉群地下水。

2.1.2 地下水的徑流特征

測(cè)區(qū)地下水的徑流受南高北低的地形因素、厚層狀中強(qiáng)富水的灰?guī)r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(gòu)造因素等控制。千佛山斷裂以東地區(qū)山區(qū)地下水主要呈NNW流向、以西地區(qū)呈NW流向，地下水在由南向北徑流的過程中受濟(jì)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(qū)。

2.1.3 地下水的排泄特征

測(cè)區(qū)地下水的排泄主要表現(xiàn)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(jì)南盆地分布的侵入巖、泥頁巖阻隔，在與灰?guī)r的接觸帶附近形成了地下水的富集區(qū)，在濟(jì)南盆地低洼地帶以上升泉的形式集中排泄，濟(jì)南泉群就是由此形成。此外，由于城市和工農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，濟(jì)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(jì)南泉群1972～2003年的季節(jié)性斷流。

2.2 地下水的動(dòng)態(tài)變化特征及主要影響因素

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

3 濟(jì)棗鐵路建設(shè)對(duì)濟(jì)南泉群的影響評(píng)價(jià)及防治對(duì)策

3.1 對(duì)濟(jì)南趵突泉泉域的影響

濟(jì)南泉域范圍內(nèi)，擬建的濟(jì)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(jié)交替帶內(nèi)，隧道建設(shè)僅對(duì)大氣降水的滲流補(bǔ)給有影響，使?jié)B流補(bǔ)給途徑產(chǎn)生變化。

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

3.2 對(duì)涌泉泉群的影響

涌泉泉群位于濟(jì)南區(qū)域的補(bǔ)給區(qū)，泉群泉點(diǎn)眾多，屬于玉符河流域，存在眾多獨(dú)立小泉域。其中泉點(diǎn)主要含水層為張夏組灰?guī)r，部分泉點(diǎn)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(jì)南泉域的間接補(bǔ)給區(qū)。

區(qū)內(nèi)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(huì)影響部分泉點(diǎn)的補(bǔ)給，距離線路較近的分泉點(diǎn)較多，泉點(diǎn)大部分出露于張夏組和饅頭組交接處。

3.3 對(duì)白泉泉域泉群的影響

本次推薦線路通過白泉泉群補(bǔ)給區(qū)僅約4 km。橋梁及路基建設(shè)引起的局部地段地表硬化面積占泉域補(bǔ)給區(qū)的面積的比例較小，且降水可通過附近地段地表入滲進(jìn)入巖溶含水層，該段橋梁、路基建設(shè)對(duì)泉域降水補(bǔ)給量影響較小。因此本次鐵路建設(shè)不會(huì)切斷巖溶水的地下循環(huán)途徑，不會(huì)導(dǎo)致巖溶水的流失，線路建設(shè)對(duì)白泉泉群的水量影響較小。

在裸露巖溶區(qū)，巖溶水直接接受大氣降水補(bǔ)給，鐵路施工產(chǎn)生的污染物及運(yùn)營(yíng)期產(chǎn)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(huì)對(duì)區(qū)內(nèi)巖溶水水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。因此，推薦線路建設(shè)對(duì)白泉泉群的水質(zhì)有一定影響。

3.4 綜合影響評(píng)價(jià)

研究區(qū)內(nèi)主要的泉群有濟(jì)南市區(qū)四大泉群、涌泉泉群、白泉泉群。鐵路建設(shè)對(duì)泉群的影響分析結(jié)果如表2所示。

本次推薦線路建設(shè)對(duì)濟(jì)南四大泉群的補(bǔ)給、徑流影響較小;對(duì)白泉泉群水量的影響小;對(duì)涌泉泉群內(nèi)錫杖泉泉點(diǎn)有影響，但影響較小。

比選線路對(duì)趵突泉泉域影響較小;對(duì)白泉泉域無影響;對(duì)涌泉泉群內(nèi)泉點(diǎn)影響較小。

3.5 防治對(duì)策分析

擬建濟(jì)棗高鐵濟(jì)泰段主要以橋隧工程穿越濟(jì)南泉群補(bǔ)給區(qū)，工程防治對(duì)策主要從以下兩方面加以考慮：

（1）工程地質(zhì)選線原則：基于研究區(qū)巖溶水的補(bǔ)、徑、排及動(dòng)態(tài)特征分析，查明地下水徑流水位深度（圖3），遵循鐵路軌面標(biāo)高處于濟(jì)南泉群補(bǔ)給區(qū)垂直滲流帶內(nèi)的選線原則，確保鐵路隧道不會(huì)截?cái)嗳旱牡叵滤鳌?/p>

（2）隧道內(nèi)防治措施：堅(jiān)持設(shè)計(jì)施工過程中隧道內(nèi)以堵水為主、疏排為輔的綜合防治措施，最大限度減少對(duì)測(cè)區(qū)地表井泉點(diǎn)的影響。

4 結(jié)論

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

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

（3）擬建鐵路推薦線位對(duì)濟(jì)南四大泉群的補(bǔ)給、徑流影響較小;比選線路對(duì)趵突泉和涌泉泉域影響較小;對(duì)白泉泉域無影響。

（4）工程防治對(duì)策遵循鐵路軌面標(biāo)高處于泉群補(bǔ)給區(qū)垂直滲流帶的地質(zhì)選線原則，隧道設(shè)計(jì)施工中堅(jiān)持以堵為主、疏排為輔的綜合治理措施。

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