济南四大泉群补给来源差异性研究

济南泉水是中国北方岩溶泉水的典型代表。20世纪70年代以来,快速的城市化进程及过量开采造成济南泉水断流,尽管近几年采取补源措施,但效果并不理想,其根本原因是人工补源地点的选择缺乏科学依据。为确定济南泉域不同含水层对泉水的补给比例,根据泉水水位与水温监测、水化学指标测试、泉水电导率频率分析等方法,结合泉群出露区地质结构条件,研究泉水补给来源的差异性,确定济南泉域不同含水层对泉水的补给比例,为高效、精准补源及阐明泉水水化学成分形成与演化提供科学依据。研究表明:(1)岩溶含水层对趵突泉和黑虎泉的补给比例存在差异,其中张夏组含水层对趵突泉和黑虎泉的补给比例分别为31%～54%、24%～31%,奥陶系灰岩—寒武系凤山组灰岩含水层对趵突泉和黑虎泉的补给比例分别为45%～68%、68%～75%;(2)珍珠泉和潭西泉补给来源类同,潭西泉、珍珠泉张夏组含水层补给比例分别为60%～70%、60%,奥陶系灰岩—寒武系凤山组灰岩含水层补给比例分别为15%～17%、22%～25%,人工补源水补给比例分别为8%～21%、13%,孔隙水、裂隙水补给比例分别为6%、5%～6%;(3)泉水水温特征表明补给珍珠泉、潭西泉的地下水以深循环为主,并且受孔隙水、裂隙水补给,补源水对珍珠泉、潭西泉影响明显;(4)泉水位动态表明枯、丰水期黑虎泉与趵突泉的补给来源与方向存在一定差异,且黑虎泉地区奥陶系—寒武系凤山组灰岩岩溶发育更强烈。从宏观上,泉水补给来源于广泛分布的寒武—奥陶系灰岩区。微观上,不同岩溶含水层对四大泉群的补给强度存在明显差异,奥陶系含水层是泉水重要的补给来源,济南保泉人工回灌补源地点应选在奥陶系灰岩地区。     

济南四大泉群附近补给路径及补给比例研究

济南地区岩溶大泉是集供水、旅游、生态等功能于一体的重要自然资源,但随着经济社会的快速发展,人类活动影响不断增强,各岩溶大泉受到水质劣化、流量衰减的威胁。为了明确济南四大泉群附近主要补给路径,更加科学合理的保护泉水资源,文章采用流速流向定量分析、地下水流场分析、水化学同位素分析、聚类分析、三端元混合比计算等研究方法,分析了济南四大泉群主要补给路径,定量计算了各泉群补给路径贡献比例。研究表明,四大泉群的主要补给路径可划分为西部、南部、东南部补给路径,每个泉群受到不同补给路径的混合补给作用,其中趵突泉、黑虎泉、五龙潭、珍珠泉泉群的主要补给来源分别为南部补给路径（流量占比40.21%）、东南部补给路径（流量占比47.42%）、西部补给路径（流量占比47.13%）、南部补给路径（流量占比51.04%）,研究工作可为我国北方岩溶大泉成因机制和生态保护提供参考。     

PHREEQC在济南泉水来源判别中的应用与效果

为验证济南泉域的泉水来源,选取趵突泉周围13个取样点岩溶水中的微量元素Ba和Sr,运用PHREEQC软件对这两种元素进行不同比例的混合。结果表明,济南南部山区、东郊、西郊等处的岩溶水都对趵突泉泉水有不同程度的贡献,并首次试算出各个方向来水比例。这从水化学的角度说明,趵突泉水的来源是多源的。     

柳林泉水化学特征及补给来源

简要叙述了柳林泉域岩溶地下水水文地质结构，明确了奥陶系上马家沟组为最主要的含水层，通过对柳林泉水及泉域内“奥灰”钻孔水质分析化验资料的主要水化学特征进行对比，确定了柳林泉南北两岸的补给来源不同，南岸来自东部子系统，北岸来自北部子系统。     

基于水化学、同位素特征的济南岩溶地下水补给来源研究

文章利用水化学、2H、18O同位素、87Sr/86Sr比值、13C和14C同位素对济南岩溶地下水补给来源、地热水补给来源进行研究。结果表明,岩溶冷水水化学类型以HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca型为主、地热水以SO4-Ca型为主。在旱季,间接补给区对泉群地下水补给比率在66.00%~73.58%之间,直接补给区仅占到26.42%~34.00%,旱季泉水的主要来源为间接补给区岩溶地下水。地热水受到了更新世以来的降水补给,是不同时期降水补给所形成的混合地下水,接受补给区域应为高程较高的张夏或者炒米店-三山子组地层,补给高程在350~550 m之间。     

不同补给条件下裂隙-管道介质间水流交换的示踪试验研究

为探究岩溶含水系统中裂隙-管道介质间不同补给方式下水流交换情况,在实验室内借助高精度摄像仪和有色示踪剂对其进行可视化观测。设计多组试验对单独补给裂隙、共同补给、裂隙和落水洞分开同时补给三种补给方式下水流交换情况进行探讨,从而定性地分析水流交换情况。试验结果表明:落水洞对裂隙水扩散的影响随裂隙距离落水洞的距离增大而减小;相较于共同补给情况,单独补给裂隙情况下落水洞对裂隙水扩散影响较大;在分开同时补给情况下裂隙与落水洞补给水量相同时,仅呈现裂隙对落水洞的单向补给。     

济南四大泉群水化学特征及其成因分析

为明晰济南四大泉群水化学动态变化特征及成因,利用离子比例系数、PHREEQC模拟以及氢氧同位素反演等方法分析各泉群水化学成分特征及其形成过程。研究表明：（1）四大泉群阳离子Ca2+为优势离子,阴离子HCO3-为优势离子;（2）潭西泉和珍珠泉水化学类型稳定,而趵突泉和黑虎泉由HCO3—Ca型变为HCO3·SO4—Ca型;（3）四大泉群受地表水、寒武系凤山组-奥陶系岩溶水以及寒武系张夏组岩溶水混合补给,其中趵突泉、黑虎泉接受寒武系凤山组-奥陶系岩溶水补给占比略大,而潭西泉、珍珠泉接受寒武系张夏组岩溶水补给占比略大;黑虎泉滞留时间最短,循环交替强烈;（4）水岩相互作用强弱程度导致泉群水化学成分差异,溶解沉淀作用强度整体大于阳离子交换作用。趵突泉阳离子交换作用强度最弱,黑虎泉伴随有去白云化作用,潭西泉和珍珠泉水化学作用及强度类似,进一步印证潭西泉和珍珠泉有相同的补给来源及运移机制。该研究成果对水资源合理利用和岩溶大泉的保护具有重要意义。     

城市化对地下水补给的影响 ——以石家庄市为例

城市化对地下水补给的影响对研究城市水循环、水资源供需平衡及地下水超采、防治地下水水质恶化,以及揭示两大主要地下水环境问题(地下水超采与水质恶化)之间的有机联系都具有重要意义。石家庄城市化与地下水之间的相互作用机理研究具有典型示范性。本文以石家庄市为例,在分析地下水在城市供水中的作用及其开发利用基础上,通过研究城市化影响地下水补给的变化规律,进一步探讨了城市化对地下水补给的影响机理,最终建立城市化影响下地下水补给增量的诱发机理框图。研究结果表明,城市化会导致地下水补给量的增加;地下水开采诱发产生对城市周围井场和地表水的袭夺以及城市供、排水系统渗漏所造成的新补给源的引入是城市化诱发产生地下水补给增量的重要机理。     

基于地中渗透仪的入渗补给方式分析

文章通过在某均衡试验场地中的渗透仪上开展土壤水流穿透试验,分析灌溉水对地下水补给方式。试验结果表明:淹灌条件下,粉细砂扰动土中的穿透曲线为典型的单峰对称型,表明粉细砂中的土壤水通过活塞式入渗补给地下水;而亚粘土中的穿透曲线显示多峰、优先穿透、拖尾等现象,表明亚粘土中的土壤水以优势流方式补给地下水。通过对均衡场降水入渗补给的长观资料分析发现:在自然降雨条件下亚粘土中优势流明显,粉细砂中主要以活塞流为主。     

鄂尔多斯沙漠高原区白垩系含水层补给源的探讨

白垩系砂岩是部尔多斯高原的主要含水介质,对区内工农业、居民用水具有的重要的作用.大气降水面状入渗补给是白垩系含水层的主要补给来源,占区内补给量的78.5%.鄂尔多斯沙漠高原区影响大气降水入渗补给白垩系砂岩的因素有降雨特征、地形地貌和白垩系砂岩上覆岩性.研究表明,区内不同区域大气降水入渗补给特征不同,主要表现为:1、在区内南部大气降水间接补给砂岩,北部直接补给砂岩2、区内分水岭控制区内整体地下水循环;波状高原上具有梁地-过渡带-洼地分布的地貌特征控制着小区域地下水循环.认识大气降水对白垩系砂岩补给的这些规律,对合理开发利用水资源,保证当地经济可持续性发展具有重要意义.此外,白垩系砂岩的补给来源还有凝结水、地表水(河流、湖淖)、人工回灌等,补给量不大.     

济南十大泉群特征、形成模式及水循环差异性浅析

为了全面系统地认识济南十大泉群,文章采用对比分析法揭示十大泉群分布、流量、景观及水质特征,通过水文地质结构精细刻画与泉水排泄条件分析,进一步明确十大泉群成因差异性,归纳泉水形成模式,揭示十大泉群水循环的差异性。结果表明：十大泉群基本特征可大致分为两类,即排泄区6个泉群均为上升泉、南部补给区4个泉群均为下降泉;十大泉群形成模式可划分为五类,即构造凸起—灰岩“天窗”成泉、构造凸起—裂隙连通成泉、浅埋多层砂层与高渗透黏土导通成泉、断裂切割成泉和侵蚀溢流成泉模式;宏观上济南十大泉群水循环受北倾单斜构造控制,其输入条件、输导系统和输出方式差异较小;微观上6个承压型泉群泉水输出方式差异性明显,其灰岩覆盖层类型、厚度、渗透性及灰岩顶板埋深差别较大,导致泉水出流形态、流量及水质不同,形成各自独特的景观。岩溶泉水微观成因的详细研究可为济南十大泉群分类保护提供重要地质依据。     

山西娘子关泉水及污染成因再分析

山西娘子关泉水是我国北方最大的岩溶泉水之一,也是世界著名大泉,上世纪80年代前多年平均天然流量12.6 m3/s。文章利用1∶5万娘子关泉域岩溶水文地质环境地质调查项目勘探调查成果,对以下2个问题开展再分析:（1）娘子关泉水的成因,勘探等资料表明绵河南岸五龙泉、苇泽关等泉组主要接收下部中、上寒武统含水岩组岩溶水的补给,而非前人研究来源于上部中奥陶至下奥陶含水岩组补给;（2）结合水文地质条件,采用同位素等方法分析,认为部分地区煤矿老窑水的出流是导致娘子关泉水近年来加速污染的主要原因。      

济南平阴氡温泉水化学成分与同位素特征研究

在系统的分析济南平阴氡温泉水化学成分和同位素特征的基础上,结合当地地形和水文条件,研究了氡温泉水的起源和形成年龄,结果显示:济南平阴氡温泉水温为28.3℃,pH值为中性,水化学类型为Cl·SO4-Na·Ca型,富含氡、锶、氟、锂、溴、偏硅酸、偏硼酸等微量元素,且含量均符合理(医)疗热矿泉水水质标准,其中氡含量特别高是该温泉的一个显著特点。氡温泉水的同位素测定资料显示,平阴氡温泉热水起源于大气降水,用氚及14C法估算出的氡温泉水的表观年龄在15.81±2.17 ka。     

丽江市黑龙潭泉群断流的人工神经网络模拟

近年来,云南省丽江市著名景点黑龙潭泉群断流频发,这将严重威胁丽江市旅游业的可持续发展。为了正确认识黑龙潭泉群断流的原因,并掌握其发生的规律,本文在对该泉群的水文地质条件、降水量和断流的关系进行分析的基础上,对该泉群的断流情况开展了人工神经网络模拟研究。本文发现黑龙潭泉群属于非全排型山前断裂溢流岩溶泉;年降水量不足与该泉群的断流具有一定的因果关系;构建了网络拓扑结构为6-13-3的 BP 人工神经网络模型对黑龙潭泉群的不同断流情况进行了模拟,该模型以前期降水量、温度与湿度作为输入向量参数,以1953-2002年的数据作为训练样本,以2003-2012年的数据作为模型检验样本,检验结果与实际情况吻合度约为90%,表明该模型可以较好地模拟黑龙潭泉群的断流情况。     

山西长治辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源分析

辛安泉域核心区域工农业相对发达,人类活动强烈,逐渐出现岩溶地下水位下降、泉流量减小和水质污染等水环境问题。硫酸盐污染是泉域岩溶水的主要污染物之一,通过科学手段进行污染来源分析和识别,可为泉域保护提供决策依据。硫氧同位素是地下水领域应用较广的一种环境同位素方法,不仅技术成熟且识别精度高。本次研究将硫氧同位素方法与水化学方法结合,在辛安泉域采取岩溶泉水、岩溶地下水、孔隙水、裂隙水和河水五类水样,测试硫同位素δ34S、氧同位素δ18O和硫酸根离子SO42-含量,以分析辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源。结果显示,辛安泉域岩溶水水质的硫酸盐大部分符合地下水III类标准,硫酸盐含量较高的区域主要集中在西部滞流缓流区与襄垣和长治子系统的分界处、长治子系统和平顺-壶关子系统南部等地区。西部滞流缓流区硫酸盐主要来源于石膏、硬石膏的溶蚀,人类活动影响较小。泉域南部岩溶水中硫酸盐主要来源是煤矿开采的影响,大气沉降也是重要来源之一。     

基于小波变换方法的济南市区泉水影响因素研究

济南市区泉水的喷涌主要受大气降水和地下水开采等因素的影响,为查明降水量和地下水开采对济南市区泉水的影响,选取济南市区、济南西郊和济南东郊的水源地十年开采量数据,以及同期市区泉水位动态观测数据和降水量数据,采用交叉小波变换、小波相干谱和多元小波相干谱的方法进行分析。结果表明：①市区泉水位与降水量、地下水开采量均存在约1 a的频域周期,市区泉水位滞后于降水量133.22 d,市区泉水位与济南西郊开采量和济南东郊开采量的响应时滞分别为125.43 d和83.85 d,济南市区泉水与济南西郊地下水、济南东郊地下水存在水力联系;②济南市区泉水位与降水量的平均小波相干值（AWC）为0.58,市区泉水位与济南西郊开采、市区开采和济南东郊开采的AWC分别为0.47、0.40和0.32,PASC分别为13.90%、16.81%和10.09%,在研究期开采条件下,降水量和岩溶地下水开采量对市区泉水位的影响明显,市区开采对市区泉水位的影响最大,济南东郊开采对市区泉水位的影响最小;③在两种影响因素的作用下,降水量和济南西郊开采量、降水量和市区开采量两种组合可以作为市区泉水位变化的最大影响因素;在三种影响因素的作用下,降水量和济南西郊开采量、市区开采量组合可以成为市区泉水位变化的最大影响因素。     

基于在线高分辨率示踪技术的岩溶泉污染来源及含水介质特征分析——以重庆黔江区鱼泉坎为例

在线高分辨率示踪技术以其精度高、成本低的特点在岩溶地下水文系统研究方面得到较为广泛的应用。重庆市黔江区鱼泉坎岩溶泉的污染问题导致蓬东乡、五里乡及其周边3 000居民饮水困难,为了确定水源地主要的污染源,选取荧光素钠、天来宝2种示踪剂,应用在线高分辨率示踪技术确定了重庆某畜禽养殖有限公司的化粪池与鱼泉坎泉之间存在水力联系。两种示踪剂的回收率均较低,分别为:荧光素钠3.51%,天来宝2.56%,且两回收曲线存在一定差别,可能与天来宝的水溶性较荧光素钠低有关。基于荧光素钠初现时间和首个峰值出现时间计算的地下水最大流速与平均流速分别为27.09 m/h、22.32 m/h,反映鱼泉坎岩溶孔隙、裂隙较小,化粪池污染渗漏缓慢、运移时间长。示踪剂质量浓度历时曲线表现为多峰型,推断化粪池至鱼泉坎泉段至少存在4条较大的径流通道,表明示踪段表层岩溶泉裂隙发育的相对均匀性。欲恢复鱼泉坎泉的水质,须对该养殖场进行防渗处理或勒令关闭。      

桂林甑皮岩洞穴遗址地下水示踪及污染来源分析

桂林甑皮岩遗址周围地带地下水中污染物的种类及来源复杂。为了查明地下水系统的结构特征,分析地下水的污染物运移路径和追溯污染源,采用在线高分辨率示踪技术与人工采样相结合的方法。选取荧光素钠和罗丹明B两种示踪剂,在桂林甑皮岩遗址周围进行了三次示踪试验。根据试验结果分析地下水流场,计算地下水平均流速。结果表明地下水流速在1.6~33.91 m/d,平均值为12.92 m/d。流场内岩溶以溶蚀裂隙为主,且裂隙发育呈网络式,存在西北向东南方向的主径流带,但大型岩溶管道存在的可能性小。三次示踪试验结果均显示,投放点所在的污染源区与遗址周围地下水存在水力联系,因此,遗址附近的居民小区、学校、原砖厂等污染源对遗址下部的地下水存在潜在污染,需更大程度地划分遗址的保护范围。特别是甑皮岩景区化粪池密闭情况较差,严重危害遗址环境,必须对化粪池进行防渗处理。