趵突泉泉域洼地型強滲漏帶特征及保護措施

陳學群 劉彩虹 管清花

摘 要：為了解濟南趵突泉泉域強滲漏帶的特征，采用野外試驗、遙感解譯及電法勘探等方法，分析了洼地型強滲漏帶店子—二仙強滲漏帶第四系覆蓋層厚度、植被覆蓋度及滲漏量等，結果表明：店子—二仙強滲漏帶東部地勢高于西部地勢;第四系覆蓋層厚度較薄，為0～9 m，下部為基巖界面，地下水補給能力較強;植被覆蓋情況較好，以高覆蓋度、中覆蓋度和中低覆蓋度植被覆蓋為主，占整個流域面積的84.84%;完全自然條件下，小流域多年平均地下水滲漏補給量為330.26萬m3/a，現狀開發利用條件下地下水滲漏補給量為246.41萬m3/a，現狀建設條件下地下水滲漏補給量減少83.85萬m3/a，減少量占自然條件下地下水滲漏補給量的25.4%;開發建設對地下水滲漏補給量有一定影響，應采取污染源控制、生態補源、海綿城市建設等措施保證強滲漏帶內的滲漏量不減少。

關鍵詞：強滲漏帶;地下水;滲漏補給量;趵突泉泉域

中圖分類號：P641.25;TV211.1 ? 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.04.012

Abstract：In order to understand the characteristics of strong seepage zones in Baotu Spring area of Jinan， the field test， remote sensing interpretation and electrical prospecting were carried out in Dianzi-Erxian strong leakage zone， the thickness of Quaternary overlay and vegetation coverage were analyzed and the groundwater leakage recharge was calculated. The results show that the eastern terrain of Dianzi-Erxian strong leakage zone is higher than that of the west; the Quaternary overburden is 0-9 m which is thinner; under the Quaternary is the bedrock interface with strong groundwater recharge capacity; vegetation coverage is well and is mainly covered by high coverage， middle coverage and low coverage， accounting for 84.83% of the total basin area; under the full natural conditions， the annual groundwater leakage recharge of Dianzi-Erxian catchment is 3.302 6 million m3/a and the groundwater leakage recharge is 2.464 1 million m3/a under the condition of current exploitation and utilization; the groundwater leakage recharge is reduced by 0.838 5 million m3/a， the reduction accounts for 25.4% of the groundwater recharge under natural conditions; Development and construction have a certain influence to the amount of groundwater leakage recharge. Pollution source control， ecological supplement and the construction of sponge city should be taken to ensure that the leakage in the strong leakage zone is not reduced.

Key words： strong leakage zone; groundwater; leakage recharge; Baotu Spring area

泉水是濟南獨具特色的自然景觀，是濟南深厚歷史文化底蘊的重要載體。1972年至今趵突泉泉域出現了經常性泉水斷流現象，一方面隨著濟南城市的發展，水資源需求日益增加，地下水開采力度加大，襲奪了部分泉流量;另一方面濟南城區逐漸向南部山區擴展，南部山區硬化面積逐漸增加，而南部山區為濟南泉域的直接補給區域，城市化建設導致該區域入滲補給量減少，進而影響趵突泉泉域的泉流量。國內外專家對濟南趵突泉泉域進行的研究主要集中在泉水的成因[1-2]、泉流量影響因素[3-5]、水文地球化學[6-9]、巖溶水污染[10-12]、回灌補源[13-15]、泉水保護措施[16-17]等方面。20世紀80年代，黃春海提出濟南市南部山區泉域直接補給區范圍內存在24處強滲漏帶，并對強滲漏帶進行了定性描述。2013年，山東省水利科學研究院確定了濟南趵突泉泉域24個強滲漏帶的位置，并將24個強滲漏帶劃分為近自然型強滲漏帶（14個）、正在開發建設型強滲漏帶（5個）和完全覆蓋型強滲漏帶（5個）。

本文以近自然型強滲漏帶中典型洼地型強滲漏帶店子—二仙強滲漏帶為研究對象，采用遙感解譯、電法勘探、野外試驗等方法分析強滲漏帶的特征，利用變徑流系數經驗公式法和變參系數法對地表徑流量和地下水滲漏補給量進行計算分析，并針對洼地型強滲漏帶的特點提出了保護措施。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

店子—二仙強滲漏帶所在流域為九女山、官山和胡家山等山脊線圍成的區域，面積14.77 km2，地面邊界以仲宮鎮的侯家莊、上店子、下店子、二仙、南莊、土屋為界，是地面徑流進入玉符河前長期沖刷而成的溝谷洼地，屬于丘陵剝蝕殘丘，地勢較高，地形較為平緩，為洼地類地貌。店子—二仙小流域位于直接補給區的最南端。溝谷內多被第四系覆蓋，第四系沉積物質成分多為粉質黏土、黏土夾碎石。周邊山體裸巖主要為中寒武的張夏灰巖，巖石性脆，垂向及層間節理十分發育，滲透性強。溝谷內植被茂密，基本處于原始狀態，主要為喬木（楊柳、白樺、槐樹、松樹），覆蓋率達到80%，具有很好的涵養水源能力;店子上游侯家溝內開辟為農業用地，種植農作物，水流向南進入臥虎山水庫，最終匯入玉符河。店子—二仙強滲漏帶保護區面積7.43 km2。

1.2 研究方法

店子—二仙強滲漏帶地形特征根據濟南市趵突泉泉域11萬地形圖DEM數據獲得。第四系覆蓋層厚度調查采用電法勘探和工程鉆探相結合的方法。電法勘探剖面布置的原則：基本垂直區域地層走向，從區域一側基巖出露處往另一側基巖出露處進行測量，每個測量剖面根據區域自然條件設計5～10個測量點，相鄰測量點的間距盡量均勻，把很難形成測量剖面的測量區域作為散點進行測量，并利用GPS進行定位獲取測量點位置和高程等信息。第四系覆蓋層厚度線采用樣條曲線差值繪制。

植被覆蓋度采用遙感解譯法獲得。考慮遙感影像覆蓋率以及時相、云量等因素，選用16 m分辨率的寬幅蓋數據作為數據源。經過調研，7—9月植被生長比較旺盛，因此選用2015年8月27日的數據作為遙感數據源開展植被覆蓋度計算。采用歸一化植被指數NDVI計算植被覆蓋度。

1.3 參數確定

考慮濟南泉域巖石、土壤性質，根據試驗數據，綜合第四系覆蓋層及裸巖區參數經驗值，確定流域產流參數，AS、DS、Ag、Dg分別為0.5、1.25、0.42、0.86，PB為300 mm。土地開發利用前，按照率定的參數計算流域地表徑流量和地下水入滲補給量;土地開發利用后建成區地面硬化，硬化部分地表徑流系數增大，一般取0.50～0.75，未硬化部分按照原始率定的參數進行計算;對于地下水入滲補給量主要是入滲面積發生變化，土地開發利用前按照流域面積計算，土地開發利用后按照未硬化土地面積進行計算。

2 結果與分析

2.1 地形特征

根據店子—二仙強滲漏帶地形圖，整體上東部地勢高于西部地勢，最高標高約為450 m，最低標高不足140 m。東部地勢比較陡峭，西部地勢較為平坦。強滲漏帶內地形起伏不大，地面絕對標高為140～218 m，最大高差78 m。

2.2 水文地質特征

店子—二仙強滲漏帶區域內碳酸鹽巖裂隙巖溶水分布廣泛，地下水總運動方向與地形和地層產狀基本一致，總體流向由南向北。大氣降水是該區巖溶水的主要補給方式，區域內石灰巖裸露面積較大，地表巖溶較發育，大氣降水可直接入滲補給巖溶水。另外，大氣降水通過第四系覆蓋層間接補給巖溶水，也是較重要的補給來源。巖溶水的排泄方式主要為人工開采和泉水。

2.3 第四系覆蓋厚度

為確定店子—二仙強滲漏帶第四系覆蓋層厚度，在強滲漏帶內布設了3條測量剖面進行直流電法測量，并進行鉆探驗證，電法勘探和鉆探點位置見圖1。店子—二仙強滲漏帶第四系厚度較薄，第四系覆蓋層厚度為0～9 m，下部為基巖界面，地下水補給能力較強。

Ⅰ1—Ⅰ′1剖面位于強滲漏帶西南部，物探方向由東南向西北，地形由東南向西北逐漸降低，兩端為裸巖區，第四系覆蓋層厚度為0 m，中間第四系覆蓋層厚度最大為5 m。Ⅰ2—Ⅰ′2剖面位于強滲漏帶中部，物探方向由東南向西北，該剖面地形呈現兩端高中間低的U形，兩端為裸巖區，第四系覆蓋層厚度為0 m，中間第四系覆蓋層厚度最大為9 m。Ⅰ3—Ⅰ′3剖面位于強滲漏帶東北部，物探方向由東南向西北，該剖面地形呈現兩端高中間低的U形，東南部高于西北部，兩端為裸巖區，第四系覆蓋層厚度為0 m，中間第四系覆蓋層厚度最大為3 m。以巖石裸露的剖面兩端為0點，剖面圖見圖2～圖4。

Ⅰ1—Ⅰ′1剖面西南和Ⅰ3—Ⅰ′3剖面東北基本為裸巖區。根據物探解譯結果，結合強滲漏帶內現場調查結果，采用樣條曲線差值繪制店子—二仙強滲漏帶內第四系覆蓋層厚度等值線，見圖5。

2.4 植被覆蓋度

植被覆蓋度影響截留、入滲、蒸散發和地下水補給等過程，最終影響河道徑流量，是水文過程模擬的關鍵參數。從店子—二仙強滲漏帶2015年植被覆蓋度遙感解譯結果（見圖6）和植被覆蓋度統計表（見表1）可以看出，植被覆蓋情況較好，以高覆蓋度、中覆蓋度和中低覆蓋度植被覆蓋為主。店子—二仙強滲漏帶小流域面積14.77 km2，其中高植被覆蓋度面積7.73 km2，占整個流域面積的52.34%。所在流域內現狀以高覆蓋度、中覆蓋度和中低覆蓋度植被覆蓋為主，占整個流域面積的84.84%。

2.5 地下水滲漏補給量

店子—二仙強滲漏帶小流域現狀年建設用地面積為3.75 km2，占流域面積的25.39%;草地地面積為2.34 km2，占流域面積的15.84%;耕地面積為6.02 km2，占流域面積的40.76%;林地面積為1.55 km2，占流域面積的10.49%;水體面積為0 km2;未利用地面積為1.11 km2，占流域面積的7.52%。建設用地是硬化地面，其他均為非硬化地面。因此該流域硬化面積3.75 km2，非硬化面積11.02 km2。根據式（1）～式（4）計算流域現狀條件下不同降水頻率年地下水滲漏補給量和地表徑流量，結果見表2。

計算得出單位硬化面積（1 km2）地下水滲漏補給量減少22.36萬m3/a，地表徑流量增加24.52萬m3/a。完全自然條件即無建設用地條件下，小流域多年平均地下水滲漏補給量為330.26萬m3/a，現狀開發利用條件下地下水滲漏補給量為246.41萬m3/a，現狀建設條件下地下水滲漏補給量減少83.85萬m3/a，減少量占自然條件下地下水滲漏補給量的25.4%，可見現狀建設情況對地下水滲漏補給量有一定影響，應采取有效措施保證強滲漏帶內的滲漏量不減少。

3 強滲漏帶保護措施

（1）植被封育措施。宜林荒草地全面實施造林綠化，喬灌結合營造水土保持防護林，完善水土保持防護林體系建設;現有林地及未成林造林地實施全面封育措施，促進自然植被盡快恢復。

（2）污染源控制。妥善處理好區內農村生活垃圾、污水的收集與處理，建設分散式農村生活污水處理工程，對農村污水進行處理回用;在強滲漏區發展生態農業，減少化肥、農藥的施用量，減少農業面源污染，并對農村居民實施生態補償;建設區內企事業單位污水處理工程，嚴禁企事業單位污水直接排放;強滲漏區主溝道上因地制宜建設生態濕地水處理工程，凈化水質。

（3）主溝攔蓄工程。強滲漏區主溝發育較好的溝道建設小型攔水堰壩工程，梯級攔蓄地表水，一方面可以為農業灌溉提供水源，另一方面可以增加地下水補給量。

（4）生態補源工程。補水水源采用錦繡川水庫地表水，錦繡川輸水干渠引水至店子—二仙強滲漏帶進行生態補源。

（5）海綿城市建設措施。根據海綿城市建設低影響開發理念，從降雨產流、地表雨水匯流、雨水徑流排出3個環節入手，對整個匯流過程進行全方位調控。對應降雨產流、地表雨水匯流、雨水徑流排出3個環節，將店子—二仙強滲漏帶海綿城市建設技術大致劃分為源頭控制技術、中途控制技術和末端控制技術。源頭控制技術包括屋頂綠化、下凹綠地、透水鋪裝、生態樹池、雨水桶、集雨樽等;中途控制技術包括透水鋪裝、初期雨水滯留設施、滲透塘、調節塘、調節池、截污雨水井、滲透溝（管）渠、雨水過濾池、植被淺溝、生物滯留設施（又稱雨水花園）、滲井、植草溝、初期棄流、人工土壤滲濾、植被緩沖帶等;末端技術包括雨水搪、雨水濕地、生態堤岸、生物浮島、集雨池、濕塘、蓄水池等。不同雨水集蓄利用技術通常兼具促進雨水下滲、滯留、過濾、凈化、調蓄功能，通常可以在雨水徑流的產流、匯流、收集、排放等多個環節同時發揮作用。

4 結 論

通過現場調查、物探解譯、遙感解譯、滲水試驗等方法，得到了洼地型強滲漏帶店子—二仙強滲漏帶的地形、地質、植被覆蓋以及現狀滲漏量等特征。店子—二仙強滲漏帶東部地勢高于西部地勢，強滲漏帶內地形起伏不大，地面絕對標高為140～218 m，最大高差78 m。強滲漏帶區域內碳酸鹽巖裂隙巖溶水分布廣泛，地下水總的運動方向與地形和地層產狀基本一致，總體流向為由南向北。第四系厚度較薄，第四系覆蓋層厚度為0～9 m，主要分布在強滲漏帶中部。研究區以高覆蓋度、中覆蓋度和中低覆蓋度植被覆蓋為主，占流域面積的84.84%，劣植被覆蓋度和低植被覆蓋度面積占流域面積的15.16%。多年平均地下水補給量為246.41萬m3/a，地表徑流量為281.26萬m3/a。每增加單位硬化面積（1 km2）地下水滲漏補給量減少22.36萬m3/a。為保證強滲漏帶內的滲漏量不減少，應采取植被封育、污染物控制、生態補源、海綿城市建設等措施。

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【責任編輯 呂艷梅】