趵突泉泉域洼地型强渗漏带特征及保护措施

陈学群 刘彩虹 管清花

摘 要：为了解济南趵突泉泉域强渗漏带的特征，采用野外试验、遥感解译及电法勘探等方法，分析了洼地型强渗漏带店子—二仙强渗漏带第四系覆盖层厚度、植被覆盖度及渗漏量等，结果表明：店子—二仙强渗漏带东部地势高于西部地势;第四系覆盖层厚度较薄，为0～9 m，下部为基岩界面，地下水补给能力较强;植被覆盖情况较好，以高覆盖度、中覆盖度和中低覆盖度植被覆盖为主，占整个流域面积的84.84%;完全自然条件下，小流域多年平均地下水渗漏补给量为330.26万m3/a，现状开发利用条件下地下水渗漏补给量为246.41万m3/a，现状建设条件下地下水渗漏补给量减少83.85万m3/a，减少量占自然条件下地下水渗漏补给量的25.4%;开发建设对地下水渗漏补给量有一定影响，应采取污染源控制、生态补源、海绵城市建设等措施保证强渗漏带内的渗漏量不减少。

关键词：强渗漏带;地下水;渗漏补给量;趵突泉泉域

中图分类号：P641.25;TV211.1   文献标志码：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

泉水是济南独具特色的自然景观，是济南深厚历史文化底蕴的重要载体。1972年至今趵突泉泉域出现了经常性泉水断流现象，一方面随着济南城市的发展，水资源需求日益增加，地下水开采力度加大，袭夺了部分泉流量;另一方面济南城区逐渐向南部山区扩展，南部山区硬化面积逐渐增加，而南部山区为济南泉域的直接补给区域，城市化建设导致该区域入渗补给量减少，进而影响趵突泉泉域的泉流量。国内外专家对济南趵突泉泉域进行的研究主要集中在泉水的成因[1-2]、泉流量影响因素[3-5]、水文地球化学[6-9]、岩溶水污染[10-12]、回灌补源[13-15]、泉水保护措施[16-17]等方面。20世纪80年代，黄春海提出济南市南部山区泉域直接补给区范围内存在24处强渗漏带，并对强渗漏带进行了定性描述。2013年，山东省水利科学研究院确定了济南趵突泉泉域24个强渗漏带的位置，并将24个强渗漏带划分为近自然型强渗漏带（14个）、正在开发建设型强渗漏带（5个）和完全覆盖型强渗漏带（5个）。

本文以近自然型强渗漏带中典型洼地型強渗漏带店子—二仙强渗漏带为研究对象，采用遥感解译、电法勘探、野外试验等方法分析强渗漏带的特征，利用变径流系数经验公式法和变参系数法对地表径流量和地下水渗漏补给量进行计算分析，并针对洼地型强渗漏带的特点提出了保护措施。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

店子—二仙强渗漏带所在流域为九女山、官山和胡家山等山脊线围成的区域，面积14.77 km2，地面边界以仲宫镇的侯家庄、上店子、下店子、二仙、南庄、土屋为界，是地面径流进入玉符河前长期冲刷而成的沟谷洼地，属于丘陵剥蚀残丘，地势较高，地形较为平缓，为洼地类地貌。店子—二仙小流域位于直接补给区的最南端。沟谷内多被第四系覆盖，第四系沉积物质成分多为粉质黏土、黏土夹碎石。周边山体裸岩主要为中寒武的张夏灰岩，岩石性脆，垂向及层间节理十分发育，渗透性强。沟谷内植被茂密，基本处于原始状态，主要为乔木（杨柳、白桦、槐树、松树），覆盖率达到80%，具有很好的涵养水源能力;店子上游侯家沟内开辟为农业用地，种植农作物，水流向南进入卧虎山水库，最终汇入玉符河。店子—二仙强渗漏带保护区面积7.43 km2。

1.2 研究方法

店子—二仙强渗漏带地形特征根据济南市趵突泉泉域11万地形图DEM数据获得。第四系覆盖层厚度调查采用电法勘探和工程钻探相结合的方法。电法勘探剖面布置的原则：基本垂直区域地层走向，从区域一侧基岩出露处往另一侧基岩出露处进行测量，每个测量剖面根据区域自然条件设计5～10个测量点，相邻测量点的间距尽量均匀，把很难形成测量剖面的测量区域作为散点进行测量，并利用GPS进行定位获取测量点位置和高程等信息。第四系覆盖层厚度线采用样条曲线差值绘制。

植被覆盖度采用遥感解译法获得。考虑遥感影像覆盖率以及时相、云量等因素，选用16 m分辨率的宽幅盖数据作为数据源。经过调研，7—9月植被生长比较旺盛，因此选用2015年8月27日的数据作为遥感数据源开展植被覆盖度计算。采用归一化植被指数NDVI计算植被覆盖度。

1.3 参数确定

考虑济南泉域岩石、土壤性质，根据试验数据，综合第四系覆盖层及裸岩区参数经验值，确定流域产流参数，AS、DS、Ag、Dg分别為0.5、1.25、0.42、0.86，PB为300 mm。土地开发利用前，按照率定的参数计算流域地表径流量和地下水入渗补给量;土地开发利用后建成区地面硬化，硬化部分地表径流系数增大，一般取0.50～0.75，未硬化部分按照原始率定的参数进行计算;对于地下水入渗补给量主要是入渗面积发生变化，土地开发利用前按照流域面积计算，土地开发利用后按照未硬化土地面积进行计算。

2 结果与分析

2.1 地形特征

根据店子—二仙强渗漏带地形图，整体上东部地势高于西部地势，最高标高约为450 m，最低标高不足140 m。东部地势比较陡峭，西部地势较为平坦。强渗漏带内地形起伏不大，地面绝对标高为140～218 m，最大高差78 m。

2.2 水文地质特征

店子—二仙强渗漏带区域内碳酸盐岩裂隙岩溶水分布广泛，地下水总运动方向与地形和地层产状基本一致，总体流向由南向北。大气降水是该区岩溶水的主要补给方式，区域内石灰岩裸露面积较大，地表岩溶较发育，大气降水可直接入渗补给岩溶水。另外，大气降水通过第四系覆盖层间接补给岩溶水，也是较重要的补给来源。岩溶水的排泄方式主要为人工开采和泉水。

2.3 第四系覆盖厚度

为确定店子—二仙强渗漏带第四系覆盖层厚度，在强渗漏带内布设了3条测量剖面进行直流电法测量，并进行钻探验证，电法勘探和钻探点位置见图1。店子—二仙强渗漏带第四系厚度较薄，第四系覆盖层厚度为0～9 m，下部为基岩界面，地下水补给能力较强。

Ⅰ1—Ⅰ′1剖面位于强渗漏带西南部，物探方向由东南向西北，地形由东南向西北逐渐降低，两端为裸岩区，第四系覆盖层厚度为0 m，中间第四系覆盖层厚度最大为5 m。Ⅰ2—Ⅰ′2剖面位于强渗漏带中部，物探方向由东南向西北，该剖面地形呈现两端高中间低的U形，两端为裸岩区，第四系覆盖层厚度为0 m，中间第四系覆盖层厚度最大为9 m。Ⅰ3—Ⅰ′3剖面位于强渗漏带东北部，物探方向由东南向西北，该剖面地形呈现两端高中间低的U形，东南部高于西北部，两端为裸岩区，第四系覆盖层厚度为0 m，中间第四系覆盖层厚度最大为3 m。以岩石裸露的剖面两端为0点，剖面图见图2～图4。

Ⅰ1—Ⅰ′1剖面西南和Ⅰ3—Ⅰ′3剖面东北基本为裸岩区。根据物探解译结果，结合强渗漏带内现场调查结果，采用样条曲线差值绘制店子—二仙强渗漏带内第四系覆盖层厚度等值线，见图5。

2.4 植被覆盖度

植被覆盖度影响截留、入渗、蒸散发和地下水补给等过程，最终影响河道径流量，是水文过程模拟的关键参数。从店子—二仙强渗漏带2015年植被覆盖度遥感解译结果（见图6）和植被覆盖度统计表（见表1）可以看出，植被覆盖情况较好，以高覆盖度、中覆盖度和中低覆盖度植被覆盖为主。店子—二仙强渗漏带小流域面积14.77 km2，其中高植被覆盖度面积7.73 km2，占整个流域面积的52.34%。所在流域内现状以高覆盖度、中覆盖度和中低覆盖度植被覆盖为主，占整个流域面积的84.84%。

2.5 地下水渗漏补给量

店子—二仙强渗漏带小流域现状年建设用地面积为3.75 km2，占流域面积的25.39%;草地地面积为2.34 km2，占流域面积的15.84%;耕地面积为6.02 km2，占流域面积的40.76%;林地面积为1.55 km2，占流域面积的10.49%;水体面积为0 km2;未利用地面积为1.11 km2，占流域面积的7.52%。建设用地是硬化地面，其他均为非硬化地面。因此该流域硬化面积3.75 km2，非硬化面积11.02 km2。根据式（1）～式（4）计算流域现状条件下不同降水频率年地下水渗漏补给量和地表径流量，结果见表2。

计算得出单位硬化面积（1 km2）地下水渗漏补给量减少22.36万m3/a，地表径流量增加24.52万m3/a。完全自然条件即无建设用地条件下，小流域多年平均地下水渗漏补给量为330.26万m3/a，现状开发利用条件下地下水渗漏补给量为246.41万m3/a，现状建设条件下地下水渗漏补给量减少83.85万m3/a，减少量占自然条件下地下水渗漏补给量的25.4%，可见现状建设情况对地下水渗漏补给量有一定影响，应采取有效措施保证强渗漏带内的渗漏量不减少。

3 强渗漏带保护措施

（1）植被封育措施。宜林荒草地全面实施造林绿化，乔灌结合营造水土保持防护林，完善水土保持防护林体系建设;现有林地及未成林造林地实施全面封育措施，促进自然植被尽快恢复。

（2）污染源控制。妥善处理好区内农村生活垃圾、污水的收集与处理，建设分散式农村生活污水处理工程，对农村污水进行处理回用;在强渗漏区发展生态农业，减少化肥、农药的施用量，减少农业面源污染，并对农村居民实施生态补偿;建设区内企事业单位污水处理工程，严禁企事业单位污水直接排放;强渗漏区主沟道上因地制宜建设生态湿地水处理工程，净化水质。

（3）主沟拦蓄工程。强渗漏区主沟发育较好的沟道建设小型拦水堰坝工程，梯级拦蓄地表水，一方面可以为农业灌溉提供水源，另一方面可以增加地下水补给量。

（4）生态补源工程。补水水源采用锦绣川水库地表水，锦绣川输水干渠引水至店子—二仙强渗漏带进行生态补源。

（5）海绵城市建设措施。根据海绵城市建设低影响开发理念，从降雨产流、地表雨水汇流、雨水径流排出3个环节入手，对整个汇流过程进行全方位调控。对应降雨产流、地表雨水匯流、雨水径流排出3个环节，将店子—二仙强渗漏带海绵城市建设技术大致划分为源头控制技术、中途控制技术和末端控制技术。源头控制技术包括屋顶绿化、下凹绿地、透水铺装、生态树池、雨水桶、集雨樽等;中途控制技术包括透水铺装、初期雨水滞留设施、渗透塘、调节塘、调节池、截污雨水井、渗透沟（管）渠、雨水过滤池、植被浅沟、生物滞留设施（又称雨水花园）、渗井、植草沟、初期弃流、人工土壤渗滤、植被缓冲带等;末端技术包括雨水搪、雨水湿地、生态堤岸、生物浮岛、集雨池、湿塘、蓄水池等。不同雨水集蓄利用技术通常兼具促进雨水下渗、滞留、过滤、净化、调蓄功能，通常可以在雨水径流的产流、汇流、收集、排放等多个环节同时发挥作用。

4 结 论

通过现场调查、物探解译、遥感解译、渗水试验等方法，得到了洼地型强渗漏带店子—二仙强渗漏带的地形、地质、植被覆盖以及现状渗漏量等特征。店子—二仙强渗漏带东部地势高于西部地势，强渗漏带内地形起伏不大，地面绝对标高为140～218 m，最大高差78 m。强渗漏带区域内碳酸盐岩裂隙岩溶水分布广泛，地下水总的运动方向与地形和地层产状基本一致，总体流向为由南向北。第四系厚度较薄，第四系覆盖层厚度为0～9 m，主要分布在强渗漏带中部。研究区以高覆盖度、中覆盖度和中低覆盖度植被覆盖为主，占流域面积的84.84%，劣植被覆盖度和低植被覆盖度面积占流域面积的15.16%。多年平均地下水补给量为246.41万m3/a，地表径流量为281.26万m3/a。每增加单位硬化面积（1 km2）地下水渗漏补给量减少22.36万m3/a。为保证强渗漏带内的渗漏量不减少，应采取植被封育、污染物控制、生态补源、海绵城市建设等措施。

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【责任编辑 吕艳梅】