山東省泰安市東武水源地環境地質問題及防治對策探討

摘 要：由于人類工程經濟活動對地質環境條件的破壞，引發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下降，水源地部分地段淺層巖溶發育，地下巖溶水開采活動還可能引發巖溶塌陷。文章通過分析東武水源地的環境地質問題的成因，提出了防治對策。

關鍵詞：東武水源地；環境地質問題；防治對策

東武水源地位于泰安市城區南約30km的大汶口鎮，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年運營，開采區分布于東武駕莊村至大侯村一帶，主要向泰安市西部城區供水，現狀供水量1～2萬立方米/天。

由于人類工程經濟活動對水源地地質環境的影響，導致地下水環境污染、第四系孔隙水和地下巖溶水水位持續下降，地下巖溶水開采活動還可能引發巖溶塌陷。

1 地質環境概況

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 地質條件

1.2.1 地層

水源地發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清群饅頭組頁巖、泥巖、砂巖，九龍群張夏組和炒米店組灰巖，崮山組灰巖夾頁巖，三山子組白云巖，厚度約1000m；奧陶系馬家溝群灰巖、白云巖，厚度約650m。

（2）古近系官莊群：朱家溝組：巖性為灰質礫巖、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、泥灰巖，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 構造

水源地發育近東西向、北西向、近南北向及北東向斷裂構造，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，被后期斷裂多次錯斷。斷裂南側為奧陶系，北側為古近系。

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，為多期活動構造，是汶東盆地的西部控制構造，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-奧陶系灰巖，具弱透水性；北部及西北為古近系泥巖、泥灰巖，透水性差。

1.2.3 巖漿巖

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

1.3 水文地質條件

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給來源為大汶河、大氣降水入滲補給、天窗及面狀越流補給、區域側向補給。

巖溶水在大汶口-土門及南部裸露區接受補給后，沿裂隙巖溶下滲，當達到區域水位時，向北、北西運動，受F1斷裂北側古近系地層的阻擋，沿F1斷裂南側的寒武-奧陶系地層由北西向轉為向西運動，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斷裂處頂托補給覆蓋于灰巖之上的第四系砂礫石層排泄。

1.4 人類工程經濟活動

水源地內主要人類工程活動有地下水開采、河砂開采及農田耕種。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居民用于生活飲用及農田灌溉的第四系孔隙水和巖溶水開采活動。水源地南部大汶河沿岸有濫采河砂活動。水源地內農田廣泛分布，農田耕種主要是當地居民種植農作物的活動。

2 環境地質問題及原因分析

2.1 地下水水位持續下降

2.1.1 第四系松散巖類孔隙水水位持續下降

（1）第四系松散巖類孔隙水水位現狀，如圖1所示。

衛駕莊西南至張家孝門段大汶河兩岸的河砂開采區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對河砂的大量需求，衛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，使河水補給兩岸第四系松散巖類孔隙水的水頭降低，導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下降

（1）地下巖溶水水位現狀。

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 水源地環境地質現狀圖

據東武駕莊村北的巖溶井（編號G5）1991～2012年水位動態觀測資料，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：

第一，1996年前，水源地有機井不足20眼，現在機井數量近200眼。近年來巖溶水開采量比1996年增加了36278立方米/天。原來水源地農灌使用大汶河水和第四系孔隙水，使巖溶水得到額外補給，現在使用巖溶水農灌，使巖溶水補給量相對減少。

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為1.17，處于采補平衡狀態，巖溶水開采潛力指數為0.73，處于超采狀態。

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

第三，在東武水源地地下巖溶水側向補給區域，由于大量開采地下水，使東武水源地的側向補給量大幅減少。

2.2 水質污染

2.2.1 水質污染現狀

區內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，局部亞硝酸鹽氮、硫酸鹽超標，如表1所示。

表1 水源地地下水污染統計表（單位：倍）

2.2.2 污染原因分析

（1）水源地為泰安市重要的農業基地，區內地下水污染物硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮主要來源于區內農田使用的化肥。有關研究表明，化學氮肥施用后，農作物的吸收率僅為30%～40%，大部分氮素通過各種途徑流失到地下環境中。其次來源于居民區的滲水糞化池和生活垃圾及養殖場隨意堆放的動物糞便等。

硫酸鹽來源于大汶河水和石膏礦區地層中石膏的溶解及礦坑排水。

區內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向大汶河及支流排放的污水。

（2）地下水水質污染與水位埋深、淋濾層的厚度和巖性有關[1]。水源地古近系厚度零線以南，第四系厚度2～26.4m，灰巖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 巖溶塌陷現狀及成因分析

2.3.1 巖溶塌陷現狀

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

2.3.2 巖溶塌陷成因分析

塌陷區地層為第四系粉土、含礫粗砂及礫砂的雙層結構，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巖，開口溶洞較發育。

連降暴雨期間，巖溶水水位上升，在暴雨后巖溶水位在持續一段時間高水位后開始下降，對溶洞上部第四系產生潛蝕作用和真空吸嘬作用，發生塌陷。

1965年發生的巖溶塌陷推測是1964年潛蝕形成的土洞，在7月份巖溶水水位上升后，土洞的兩側的土層受巖溶水潛蝕導致的。

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

3 環境地質問題防治對策

3.1 地下水污染防治對策

（1）向大汶河及其支流排污的工礦企業實行污水達標排放。（2）農田施肥及農藥用量要科學，并提倡使用有機肥，嚴禁使用劇毒和高殘留農藥。（3）生活污水、垃圾固定排放，對垃圾堆放點要采取防滲處理。（4）根據《飲用水水源地保護區劃分技術規范》（HJT 338-2007）要求，劃定水源地保護區[2]。（5）巖溶水開采井要采取嚴格止水措施。巖溶水機井若對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 地下水水位持續下降防治對策

（1）控制巖溶井的數量和布局，關停部分機井。（2）為減少農灌用地下巖溶水量，農灌宜優先采用大汶河水，其次采用第四系孔隙水。（3）為減少農灌用地下巖溶水開采量，可使用滴灌、噴灌等適合于當地實際的節水灌溉方式。（4）對區內大汶河沿岸的采砂活動進行科學規范管理，在采礦權申批前應進行地質環境影響評價，對地質環境產生不良影響的采砂區不予批準，及時查處濫采河砂行為。（5）對水源地進行增源增采研究。大汶河是水源地的主要補給來源，可在顧家龍泉上游增加攔河壩，提高河水位，增加河水的下滲補給量。

3.3 巖溶塌陷防治對策[3]

（1）控制東武水源地開采區及附近巖溶水開采機井數量和布局，使井距合理化。水源地內及周邊地區巖溶井數量應嚴格審批，禁止濫打機井。（2）加強水位動態監測，以第四系和厚度小于30m的古近系地層底板深度做為產生巖溶塌陷的臨界水位進行預警。（3）適當調節抽水時間，避免地下水位持續下降或反復波動。在農灌集中時間段，應選擇井距較大的井抽水。對于開采井集中的地段可進行輪換抽水。

4 結束語

東武水源地環境地質問題是人類工程經濟活動引發的，通過采取相應的防治措施，可以有效地防治水源地環境地質問題，使水源地可持續利用。

注釋

①山東省地質礦產局第九地質大隊.山東省泰安市大汶口東武水源地勘探報告[R].1997.

②山東省第五地質礦產勘查院.山東省泰安市大汶口鎮東武水源地開采區及周邊地區環境地質調查報告[R].2008.

參考文獻

[1]全國環境水文地質學術討論會論文選編組.環境水文地質理論方法研究[M].北京：地質出版社，1987，35-36.

[2] HJ/T 338-2007.飲用水水源地保護區劃分技術規范[S].中國環境科學出版社，2007.

[3]廖育民，等.地質災害預報預警與應急指揮及綜合防治實務全書[M].哈爾濱地圖出版社，2003：1230-1231.

作者簡介：張學明（1978-），男，河北井陘人，工程師，主要從事水工環地質工作。