山東省泰安市東武水源地環(huán)境地質(zhì)問題及防治對(duì)策探討

摘 要：由于人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境條件的破壞，引發(fā)了東武水源地地下水污染、第四系孔隙水和地下巖溶水水位持續(xù)下降，水源地部分地段淺層巖溶發(fā)育，地下巖溶水開采活動(dòng)還可能引發(fā)巖溶塌陷。文章通過分析東武水源地的環(huán)境地質(zhì)問題的成因，提出了防治對(duì)策。

關(guān)鍵詞：東武水源地；環(huán)境地質(zhì)問題；防治對(duì)策

東武水源地位于泰安市城區(qū)南約30km的大汶口鎮(zhèn)，面積約44km2，是日供水量5.6萬立方米的大型水源地①。水源地于2000年運(yùn)營(yíng)，開采區(qū)分布于東武駕莊村至大侯村一帶，主要向泰安市西部城區(qū)供水，現(xiàn)狀供水量1～2萬立方米/天。

由于人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)水源地地質(zhì)環(huán)境的影響，導(dǎo)致地下水環(huán)境污染、第四系孔隙水和地下巖溶水水位持續(xù)下降，地下巖溶水開采活動(dòng)還可能引發(fā)巖溶塌陷。

1 地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 地形地貌

東武水源地位于大汶河沖洪積平原，地形平坦開闊，地面高程85～100m。

地表水系有牟汶河、柴汶河、大汶河等。水源地東部牟汶河和柴汶河匯合處下游900m建有大汶口攔河壩。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 地層

水源地發(fā)育地層有古生界寒武-奧陶系、古近系、新生界第四系。

（1）寒武-奧陶系：主要巖性為寒武系長(zhǎng)清群饅頭組頁(yè)巖、泥巖、砂巖，九龍群張夏組和炒米店組灰?guī)r，崮山組灰?guī)r夾頁(yè)巖，三山子組白云巖，厚度約1000m；奧陶系馬家溝群灰?guī)r、白云巖，厚度約650m。

（2）古近系官莊群：朱家溝組：巖性為灰質(zhì)礫巖、巨礫巖夾紫紅色砂巖、泥巖，厚9.9～68.8m；大汶口組：巖性為紅色泥巖、灰色泥巖夾石膏和鹽巖、泥灰?guī)r，自南向北逐漸變厚，厚5.4～78m。

（3）第四系：沂河組：巖性為中粗砂、礫砂及卵礫石，厚2～10m。臨沂組：巖性為粉土、含卵礫中粗砂及卵礫石，厚度7.3～26.4m。

1.2.2 構(gòu)造

水源地發(fā)育近東西向、北西向、近南北向及北東向斷裂構(gòu)造，主要控制斷裂為F1、F5、F24、F68。

F1斷裂為水源地北部隔水邊界，走向近東西，被后期斷裂多次錯(cuò)斷。斷裂南側(cè)為奧陶系，北側(cè)為古近系。

F5斷裂位于水源地南部、大汶口盆地南緣的寒武系長(zhǎng)清群地層與新太古代基巖接觸帶，總體走向近東西。

F24斷裂為水源地東部邊界，走向北東，為多期活動(dòng)構(gòu)造，是汶東盆地的西部控制構(gòu)造，具弱透水性。

F68斷裂為水源地西部邊界，走向北東，斷裂南部和東南為寒武-奧陶系灰?guī)r，具弱透水性；北部及西北為古近系泥巖、泥灰?guī)r，透水性差。

1.2.3 巖漿巖

分布于水源地南側(cè)丘陵，為新太古晚期嶧山序列彩山單元片麻狀中細(xì)粒奧長(zhǎng)花崗巖，厚度大于5000m。

1.3 水文地質(zhì)條件

水源地地下水類型有第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。

水源地開采層為奧陶系馬家溝群和寒武-奧陶系三山子組碳酸鹽類裂隙巖溶水含水巖組，含水層埋深20～165m，厚度5～60m。水位埋深8～15m，年水位變幅1～7m。單位涌水量一般1000～5000m3/（d·m）。

碳酸鹽巖類裂隙巖溶水補(bǔ)給來源為大汶河、大氣降水入滲補(bǔ)給、天窗及面狀越流補(bǔ)給、區(qū)域側(cè)向補(bǔ)給。

巖溶水在大汶口-土門及南部裸露區(qū)接受補(bǔ)給后，沿裂隙巖溶下滲，當(dāng)達(dá)到區(qū)域水位時(shí)，向北、北西運(yùn)動(dòng)，受F1斷裂北側(cè)古近系地層的阻擋，沿F1斷裂南側(cè)的寒武-奧陶系地層由北西向轉(zhuǎn)為向西運(yùn)動(dòng)，然后向南西逕流。

巖溶水主要排泄方式為人工開采，其次為在F68斷裂處頂托補(bǔ)給覆蓋于灰?guī)r之上的第四系砂礫石層排泄。

1.4 人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)

水源地內(nèi)主要人類工程活動(dòng)有地下水開采、河砂開采及農(nóng)田耕種。地下水開采主要是泰安市自來水公司地下巖溶水開采及和水源地內(nèi)居民用于生活飲用及農(nóng)田灌溉的第四系孔隙水和巖溶水開采活動(dòng)。水源地南部大汶河沿岸有濫采河砂活動(dòng)。水源地內(nèi)農(nóng)田廣泛分布，農(nóng)田耕種主要是當(dāng)?shù)鼐用穹N植農(nóng)作物的活動(dòng)。

2 環(huán)境地質(zhì)問題及原因分析

2.1 地下水水位持續(xù)下降

2.1.1 第四系松散巖類孔隙水水位持續(xù)下降

（1）第四系松散巖類孔隙水水位現(xiàn)狀，如圖1所示。

衛(wèi)駕莊西南至張家孝門段大汶河兩岸的河砂開采區(qū)周圍第四系孔隙水靜水位較2000年靜水位下降1～3m②。

（2）原因分析。

近年來由于工程建設(shè)對(duì)河砂的大量需求，衛(wèi)駕莊西南至張家孝門段大汶河段河砂被濫采，河床下降1～3m，河水位也普遍下降了1～3m，使河水補(bǔ)給兩岸第四系松散巖類孔隙水的水頭降低，導(dǎo)致兩岸的第四系孔隙水位普遍下降。

2.2.2 地下巖溶水水位持續(xù)下降

（1）地下巖溶水水位現(xiàn)狀。

東武水源地8眼供水井2012年10月靜水位和1995年10月靜水位相比，水位下降了4.97～6.63m。

圖1 水源地環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀圖

據(jù)東武駕莊村北的巖溶井（編號(hào)G5）1991～2012年水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，巖溶水位21年間下降了9.01m，如圖2所示。

水源地地下巖溶水已形成了降落漏斗，巖溶水位高程低于80m的面積為4.89km2，漏斗中心為東武駕莊-送駕莊一帶，漏斗中心巖溶水位高程79m左右，基本上是水源地供水井和農(nóng)灌井集位置。

（2）原因分析。

巖溶水資源量減少的主要原因有三個(gè)：

第一，1996年前，水源地有機(jī)井不足20眼，現(xiàn)在機(jī)井?dāng)?shù)量近200眼。近年來巖溶水開采量比1996年增加了36278立方米/天。原來水源地農(nóng)灌使用大汶河水和第四系孔隙水，使巖溶水得到額外補(bǔ)給，現(xiàn)在使用巖溶水農(nóng)灌，使巖溶水補(bǔ)給量相對(duì)減少。

目前，第四系孔隙水開采量19398立方米/天，剩余開采資源量為3352立方米/天，巖溶水開采量42768立方米/天，剩余開采資源量為-11528立方米/天。第四系孔隙水開采潛力指數(shù)為1.17，處于采補(bǔ)平衡狀態(tài)，巖溶水開采潛力指數(shù)為0.73，處于超采狀態(tài)。

第二，現(xiàn)狀衛(wèi)駕莊-平家村段河砂開采造成大汶河的河床基巖裸露，該河段河砂能夠蘊(yùn)藏的地下水不復(fù)存在，使地下巖溶水缺少了充足的補(bǔ)給來源，以及河砂的缺失導(dǎo)致的第四系孔隙潛水水位的降低，導(dǎo)致水源地巖溶水的補(bǔ)給量減少。

第三，在東武水源地地下巖溶水側(cè)向補(bǔ)給區(qū)域，由于大量開采地下水，使東武水源地的側(cè)向補(bǔ)給量大幅減少。

2.2 水質(zhì)污染

2.2.1 水質(zhì)污染現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)地下水普遍存在的污染是硝酸鹽氮和總硬度、溶解性固體超標(biāo)，局部亞硝酸鹽氮、硫酸鹽超標(biāo)，如表1所示。

表1 水源地地下水污染統(tǒng)計(jì)表（單位：倍）

2.2.2 污染原因分析

（1）水源地為泰安市重要的農(nóng)業(yè)基地，區(qū)內(nèi)地下水污染物硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮主要來源于區(qū)內(nèi)農(nóng)田使用的化肥。有關(guān)研究表明，化學(xué)氮肥施用后，農(nóng)作物的吸收率僅為30%～40%，大部分氮素通過各種途徑流失到地下環(huán)境中。其次來源于居民區(qū)的滲水糞化池和生活垃圾及養(yǎng)殖場(chǎng)隨意堆放的動(dòng)物糞便等。

硫酸鹽來源于大汶河水和石膏礦區(qū)地層中石膏的溶解及礦坑排水。

區(qū)內(nèi)大汶河水的中的硝酸鹽氮、亞硝酸鹽、氨氮、磷、鉛污染源為工礦企業(yè)向大汶河及支流排放的污水。

（2）地下水水質(zhì)污染與水位埋深、淋濾層的厚度和巖性有關(guān)[1]。水源地古近系厚度零線以南，第四系厚度2～26.4m，灰?guī)r上的覆蓋層巖性為粉土、中粗砂、卵礫石，易使污染物下滲到巖溶水造成污染。

2.3 巖溶塌陷現(xiàn)狀及成因分析

2.3.1 巖溶塌陷現(xiàn)狀

1964年9月大雨后和1965年7月大汶口鎮(zhèn)土門村東南農(nóng)田中發(fā)生了巖溶塌陷，巖溶塌陷面積約3000m2，產(chǎn)生串珠狀塌陷坑10個(gè)，塌陷坑呈圓形，直徑14～17m，深度1.5～6m，造成農(nóng)田毀壞。自1965年至今，該區(qū)未發(fā)生巖溶塌陷。

2.3.2 巖溶塌陷成因分析

塌陷區(qū)地層為第四系粉土、含礫粗砂及礫砂的雙層結(jié)構(gòu)，粉土厚度5～6m，含礫粗砂、礫砂厚度10～17m。第四系下伏奧陶系馬家溝群灰?guī)r，開口溶洞較發(fā)育。

連降暴雨期間，巖溶水水位上升，在暴雨后巖溶水位在持續(xù)一段時(shí)間高水位后開始下降，對(duì)溶洞上部第四系產(chǎn)生潛蝕作用和真空吸嘬作用，發(fā)生塌陷。

1965年發(fā)生的巖溶塌陷推測(cè)是1964年潛蝕形成的土洞，在7月份巖溶水水位上升后，土洞的兩側(cè)的土層受巖溶水潛蝕導(dǎo)致的。

未來在大氣降水或人為開采地下水等導(dǎo)致巖溶水動(dòng)力條件改變的情況下，土門巖溶塌陷區(qū)仍有可能發(fā)生巖溶塌陷。

3 環(huán)境地質(zhì)問題防治對(duì)策

3.1 地下水污染防治對(duì)策

（1）向大汶河及其支流排污的工礦企業(yè)實(shí)行污水達(dá)標(biāo)排放。（2）農(nóng)田施肥及農(nóng)藥用量要科學(xué)，并提倡使用有機(jī)肥，嚴(yán)禁使用劇毒和高殘留農(nóng)藥。（3）生活污水、垃圾固定排放，對(duì)垃圾堆放點(diǎn)要采取防滲處理。（4）根據(jù)《飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》（HJT 338-2007）要求，劃定水源地保護(hù)區(qū)[2]。（5）巖溶水開采井要采取嚴(yán)格止水措施。巖溶水機(jī)井若對(duì)第四系孔隙水和古近系裂隙水含水層段止水效果不良，易造成第四系孔隙水含水層、古近系裂隙水含水層與巖溶水含水層串層污染。

3.2 地下水水位持續(xù)下降防治對(duì)策

（1）控制巖溶井的數(shù)量和布局，關(guān)停部分機(jī)井。（2）為減少農(nóng)灌用地下巖溶水量，農(nóng)灌宜優(yōu)先采用大汶河水，其次采用第四系孔隙水。（3）為減少農(nóng)灌用地下巖溶水開采量，可使用滴灌、噴灌等適合于當(dāng)?shù)貙?shí)際的節(jié)水灌溉方式。（4）對(duì)區(qū)內(nèi)大汶河沿岸的采砂活動(dòng)進(jìn)行科學(xué)規(guī)范管理，在采礦權(quán)申批前應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)，對(duì)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響的采砂區(qū)不予批準(zhǔn)，及時(shí)查處濫采河砂行為。（5）對(duì)水源地進(jìn)行增源增采研究。大汶河是水源地的主要補(bǔ)給來源，可在顧家龍泉上游增加攔河壩，提高河水位，增加河水的下滲補(bǔ)給量。

3.3 巖溶塌陷防治對(duì)策[3]

（1）控制東武水源地開采區(qū)及附近巖溶水開采機(jī)井?dāng)?shù)量和布局，使井距合理化。水源地內(nèi)及周邊地區(qū)巖溶井?dāng)?shù)量應(yīng)嚴(yán)格審批，禁止濫打機(jī)井。（2）加強(qiáng)水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以第四系和厚度小于30m的古近系地層底板深度做為產(chǎn)生巖溶塌陷的臨界水位進(jìn)行預(yù)警。（3）適當(dāng)調(diào)節(jié)抽水時(shí)間，避免地下水位持續(xù)下降或反復(fù)波動(dòng)。在農(nóng)灌集中時(shí)間段，應(yīng)選擇井距較大的井抽水。對(duì)于開采井集中的地段可進(jìn)行輪換抽水。

4 結(jié)束語

東武水源地環(huán)境地質(zhì)問題是人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)引發(fā)的，通過采取相應(yīng)的防治措施，可以有效地防治水源地環(huán)境地質(zhì)問題，使水源地可持續(xù)利用。

注釋

①山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局第九地質(zhì)大隊(duì).山東省泰安市大汶口東武水源地勘探報(bào)告[R].1997.

②山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院.山東省泰安市大汶口鎮(zhèn)東武水源地開采區(qū)及周邊地區(qū)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].2008.

參考文獻(xiàn)

[1]全國(guó)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文選編組.環(huán)境水文地質(zhì)理論方法研究[M].北京：地質(zhì)出版社，1987，35-36.

[2] HJ/T 338-2007.飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范[S].中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[3]廖育民，等.地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與應(yīng)急指揮及綜合防治實(shí)務(wù)全書[M].哈爾濱地圖出版社，2003：1230-1231.

作者簡(jiǎn)介：張學(xué)明（1978-），男，河北井陘人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作。