济南市“多参数”综合分析与评价
(山东地质矿产学院，济南250014)
作者简介:余士林(1964-)，主要从事水文地质和工程地质工作。
摘要:随着济南社会经济的快速发展，出现了一系列的地质问题。比如泉水断流，地下水污染，地质灾害，工程地质问题。通过对济南市水文地质、工程地质、环境地质和地热地质条件的综合研究，阐述了济南市工程地质条件、不良地质问题和地质灾害的分布，论证了济南市不同地段工程建设的适宜性。对地下水污染现状、地下水质量和泉水断流原因进行了分析评价，提出了地下水保护和泉水保护的措施。分析了济南北部地热田范围及地热资源开发前景，提出了地热资源开发规划的可行性方案。对济南轨道交通地下区间施工和泉水保护进行了分析和论证。对城市扩展、小流域治理、水环境保护、地质景观保护、回灌和水资源调蓄条件控制开采以及回灌工程的可行性进行了分析论证。
关键词:济南；多参数；地质环境；分析；评价
济南地区的地质条件非常复杂。随着济南社会经济的快速发展，由于人类活动和气象因素，引发了一系列环境地质问题。比如，水资源“供”与“需”矛盾突出，地质灾害和不良工程地质问题给济南新城规划建设造成潜在隐患，泉源旺盛、水流如车轮涌动的趵突泉断流，“泉城”名存实亡。通过对济南市基础地质、水文地质、工程地质、环境、地热地质条件的综合研究，掌握各种地质要素，分析研究其对城市发展的影响。
1城市发展空间地质环境安全性分析
1.1工程建设层地质环境条件分析
济南地区属于鲁中南低山丘陵工程地质区和鲁西北黄河平原工程地质区，其平面分布具有明显的东西向带状分布特征。在南部，平阴-济南碳酸盐岩是一个稳定的亚区，广泛分布于中寒武世至中奥陶世的硬-硬中厚层状灰岩中。地表岩溶发育，岩石机械强度高，但地形起伏较大，工程地质条件较好。中部主要分布于山前冲洪积地层，岩性为黄土、粉质粘土、粘土、碎石土、砾石等。工程地质条件较好，主要存在黄土湿陷等不良工程地质问题。工区北部为黄河河漫滩，黄河冲积物分布广泛。岩性为粉土、粉质粘土、粉细砂等。上部地层松散、不固结，物理力学性质差，承载力低。主要不良工程地质现象为软土和砂土液化。
1.2不良工程地质问题及地质灾害分布
1.2.1不良工程地质问题
工作区主要不良工程地质问题有:①湿陷性黄土，广泛分布于南部山前地带和山间谷地，厚度一般小于5m，湿陷等级为ⅰ级微非自重黄土湿陷性场地；②软土，主要分布在黄河、小清河两岸附近，大明湖附近也有分布，厚度一般小于2m；(3)液化土，新近堆积的饱和砂土和饱和粉土广泛分布于黄河以北，存在砂土液化的可能性。地基液化等级一般为轻度至中度。
1.2.2地质灾害类型及分布
济南地质灾害种类繁多，特别是突发性地质灾害，重点是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等地质灾害。崩塌、滑坡、泥石流主要集中在南部山区和山前地区，多由人类工程活动引起。地面沉降和地裂缝主要分布在济南东部，其他地区零星分布，多由煤矿、铁矿等人类开采活动和大量开采地下水引起。
1.3项目建设适宜性评价
济南地区地层分布总体呈东西向带状，其工程建设适宜性具有明显的带状性。根据工程建设中地基处理的难易程度和工程建设的经济性，从工程地质条件分析可分为四种类型:适宜区、适宜区、较差适宜区和不适宜区。
1.3.1适用区域
适宜区主要分布在工作区中部，呈东西带状分布，是山前冲洪积平原或山间冲洪积斜坡形成的稳定工程地质环境区。该区域适合建造多层建筑和高层建筑。多层建筑可采用天然浅基础，普通小高层建筑可采用天然筏形基础，高层建筑可采用深基坑、筏形基础或箱形基础。
1.3.2适用区域
适宜分为三段，南部主要分布在山区河谷，适宜建造多层建筑和高层建筑，但要考虑对地质景观的影响；中部位于山前冲积平原与黄河冲积平原的接触带，适宜建造多层建筑，高层建筑采用天然地基筏形基础和桩基础。北部位于黄河以北地区，适合建造多层建筑。可以采用筏板基础或复合基础，高层建筑不适合。
1.3.3不良适宜区
适宜性差区分两个区域，南部区域位于地形坡度大于30°的丘陵地带；北部地区位于黄河两岸软土分布区。该地区多层建筑可采用桩基础，不适用于高层建筑。
1.3.4不适合建筑面积
不适宜建设区域分散，南方位于地质灾害易发区，特别是滑坡、泥石流对人民生命财产危害较大的地区；其他地区为采空塌陷区，对建筑物的破坏性很大。
2水环境质量评价
2.1地下水污染现状
2.1.1济南地区地下水质量变化
近年来，随着人类活动的加剧和开采力度的加大，济南岩溶水水质逐渐恶化，特别是20世纪80年代以来，岩溶水化学成分含量迅速增加。西郊峨眉山水厂2004年岩溶地下水矿化度是1.59年的1.53倍，总硬度是1.22倍，是25.34倍。炼油厂地区的地下水质量很差，发现了石油污染。一些机井的硬度和盐度超过了饮用水的标准。2004年城市盐度为1.321倍1.958，总硬度为1.1.1.04倍，Cl-为4.43倍和1.84倍。2004年东郊地下水矿化度为1958的2.09倍，总硬度为1.46倍，为7.75倍。
2.1.2岩溶水污染现状
岩溶水污染主要是常规离子污染(包括总硬度、总溶解固体、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐等。).济南地区硝酸盐和总溶解固体超标率分别为1.6%、3.2%、4.8%，总硬度超标率为12.9%。硬度、盐度和最大超标倍数分别为3.0倍、2.5倍和4.8倍，表明地下水已受到工业污染。五种有毒元素(苯酚、氰化物、As、Cr6 ++和Hg)污染较轻，只是工矿企业所在地的点污染。受污染的天然水中重金属离子(铜、铅、锌)含量较低。油污主要分布在东、西郊炼油厂附近。
2.2地下水质量评价
根据地下水质量综合评价，可分为:①水质良好区。石灰岩广泛分布于南郊低山裸露区至北部隐伏区。地下水类型以HCO3-Ca为主，硬度一般小于400mg/L，含盐量一般小于500 mg/L，各项水力指标均符合饮用水水质标准，水质良好，适合生活或工业供水。②水质好的地区。分布在水质差的区域外围，与水质较好的区域相连。地下水各成分均未超过地下水质量ⅲ类标准，可作为集中式供水水源。③水质差的地区。主要分布在后尾花村、后龙窝村、政法学院等。此外，东、西郊还分布着不动、武警医院、绍尔、北儒等地。地下水中部分项目超过饮用水水质标准，适合农田灌溉和工业用水。它需要被当作饮用水源。④水质极差。仅分布在景家沟村一带，综合评价为V级配水区。地下水主要被工业和农业污染，不适合饮用。
2.3泉水断流原因分析
随着城市发展对水资源的需求越来越大，水位连年下降，泉水断流，不仅影响了济南的旅游业，也影响了大明湖和小清河的水质。泉水断流的原因:①人工开采是泉水断流的主要原因。自20世纪60年代末以来，岩溶地下水开采量逐年增加，由于大量开采地下水导致泉水断流已是不争的事实。50-60年代地下水开采量仅为(4.7 ~ 12.6) × 104m3/d，外围地下水开采量相对较少。随着城市的发展，对水资源的需求逐年增加，水位逐年下降，泉流量减少。城区泉水自1972枯水期以来首次断流，东郊、西郊及城区水厂和工业自备井总产量自90年代以来基本稳定在55×104m3/d左右。(2)随着城市的扩展，直接补给区面积减少，城市向南扩展减少了泉域补给。(3)间接补给区补给减少，南部山区水库地表水补给减少。④气候变化，降水减少。⑤乱采滥挖对地质环境的影响。
3地热资源开发远景规划
工作区北部地热田盖层为新生界第四系和新近系、古生代二叠系和石炭系。热储层为中下奥陶统灰岩；正常地热流是主要热源，地热田边界和内部深大断裂是地下热水与深部热源的沟通通道。蓄热屋顶的埋深从南到北从200米增加到近3000米。
3.1经济型地热资源开采区
该地区热储埋深小于2000米，便于开采，具有良好的经济效益。根据埋深500米的差异，该区进一步划分为四个亚区:ⅰ区位于地热田南部的石灰岩带和东部的桃园-董家地区，蓄热顶板埋深小于500米，适宜完井深度小于700米，预计蓄热温度为25 ~ 40℃；ⅱ区位于石灰岩带的外围，呈近东西向带状分布，从石门掌-九曲河-北郊林场-金家-齐河鸭王口，蓄热顶板埋深500 ~ 1000米，适宜完井深度700 ~ 1200米，预计蓄热温度40 ~ 50℃。第三分区位于八里庄-交滨-白彪寺-孙耿-青宁-姚强机场的北部，呈弧形带状分布。蓄热顶板埋深1，000 ~ 1，500m，适宜成井深度1，200 ~ 1，700m，预计蓄热温度50 ~ 60。ⅳ区位于白标寺-孙埂-惠河地区，蓄热顶板埋深1500 ~ 2000米，适宜完井深度1700 ~ 2200米，预计蓄热温度65 ~ 80℃。
3.2倍经济地热资源开采面积
该区位于广漆断层南侧，热储埋深2000 ~ 3000 m，开采技术条件困难，经济条件不合理。由于储热埋深大，储热温度高，预计储热温度为80 ~ 90℃，完井深度为2200~3200m
4城市发展空间的地质环境保护分析
4.1轨道交通地下区间施工及泉水保护
4.1.1工程条件分析
济南轨道交通1号线一期工程地下段规划东起解放桥，西至魏家庄。位于繁华的春城中心，长约3000m，埋深16m，隧道高度6.4m..* * *青团路-青龙桥地下段长约1700m，两侧有4个泉。
轻轨地下段第四系厚度10.7 ~ 21.52 m，岩性主要为杂填土、粉质粘土夹碎石、残积土，下为闪长岩体，层底埋深43.56 ~ 82.49 m，下为奥陶系-寒武系灰岩。
根据地下水赋存介质的不同，主要分为沿线松散岩类孔隙水:单井涌水量小于500 m3/d；侵入岩风化裂隙水:与上部松散岩类孔隙水密切相关。单井出水量小于100 m3/d，裂隙岩溶水涌水量可达5000 ~ 10000 m3/d，地下水位与降水关系密切。
闪长岩隔水层位于闪长岩厚的地区，浅部孔隙裂隙水与深部裂隙岩溶水的水力联系较弱。但在一些地区，如五龙潭、珍珠泉等，深层岩溶水能穿透闪长岩，与孔隙裂隙水有一定的水力联系，泉水的形成与地形、地层、地质构造和水文地质条件密切相关。
4.1.2泉水与孔隙裂隙水的关系分析
①岩溶水和孔隙水的补给来源不同，径流和排泄方式不一致；②泉域附近的岩溶水与孔隙水水位不一致；③浅层孔隙裂隙水与深层岩溶水的富水性差异较大:解放桥至普利门城区岩溶水单井涌水量在5000m3/d以上，珍珠泉、五龙潭以北至大明湖地区在1000m3/d至5000m3/d之间，沿线浅层孔隙裂隙水单井涌水量普遍小于500m3/d，且降幅较大。④由于水化学特征不同，岩溶水水质较好，符合饮用水水质标准。由于人为污染，孔隙裂隙水水化学类型复杂，盐度高。
4.1.3地下部分施工建议
岩溶泉水和第四系孔隙裂隙水的补给、直径、排泄条件不同，在含水介质、富水性、水质、水位等方面存在差异。泉水的主要补给来源是广大的南方山区，这么大的泉流量不可能来自第四系含水层。由此可见，济南泉水的形成极其复杂，推测泉水出露与局部构造有关。
在胡明路一带，石灰岩(大理石)的埋藏深度很大。因此，在不考虑客流的情况下，轨道工程地下段适用于胡明路。
4.2地质环境保护分析
4.2.1城市扩展与保泉关系分析
4.2.1.1城市扩展和演变对补给的影响
济南的城市扩展方向主要是向东、东南、向南和西南。20世纪80年代以来，城市化向南扩张最快的时间主要延伸到南部奥陶系灰岩地区，该地区奥陶系灰岩表层岩溶相对发育，直接补给区的渗漏补给面积逐渐减少。由于城市建设地面的固化，地表径流量随年限的增加而增加。20世纪60年代城市径流系数为0.5，90年代增加到0.9。导致地下入渗补给减少，大部分降水流失。城市扩张和地面硬化是造成泉水补给量减少的因素之一。
4.2.1.2东扩西进对地下水补给的影响预测
东部工业带的下游是拜泉-吴佳水源地；而东面距离黄土崖水源地不到3公里。因此，东部产业带的大规模规划建设必然会直接影响到拜泉-吴佳水源地和黄土崖水源地的允许开采量。据预测，东部工业带的建设将在次年减少地下水补给4.09×104m3/d。
(1)西部新城
二环西路-鱼凫河地区处于山前倾斜平原的前缘，该地区的开发建设应在火成岩与灰岩接触带的北部，即段店-西红庙-大杨庄-丹山屯-小金庄；党家庄片区:位于直补区上游，应控制开发，对现有污水排放点进行有效处理；大尖沟-南康庄一线位于直接补给区，与城市地下水关系密切。污水下渗会影响岩溶水的水质，因此该地区不适合作为规划区。
(2)长清大学区
下游桥子里、冷庄水源地不足5公里；远离规划用地；接受大气降水的直接补给，顺流而下，构成了鸡西市桥梓里水源地、冷庄水源地、大杨庄水源地和峨眉山水源地的重要补给源。因此，规划建设将对地下水补给产生较大影响，预计年入渗补给量将减少6.394×107m3。
(3)长清区
长庆规划区位于济南泉域西部，长庆东北部的桥子里和老张庄地段。地下水资源丰富，单井涌水量约1.04 m3/d，具有集中开采的潜力。开采量应控制在1×1.04 m3/d以下，长庆东南部不宜大规模开发建设。生态保护应该是主导发展方向。南部丘陵区石灰岩大面积出露，是济南泉域岩溶水的直接补给区。禁止直接排放污水。同时，尽量减少一级保护区内的城市规划区，保护好西部平安店至潘村，沿玉符河谷至凤起，以及南部大杨庄-刘长山-英雄山-羊头峪-郭店一线的直接补给区，不减少泉水补给量。
4.2.1.3南控制红线位置确定
综合分析以往资料，为避免开发建设对泉域供水的影响，促进济南市的可持续发展，“南控”应保护好平安店-潘村-玉符河流域-凤起-大杨庄-刘长山-英雄山-羊头峪-牛王一线以南的直供区。
4.2.2地质环境保护措施
4.2.2.1小流域治理措施
贯彻“在发展中保护”的原则:采取有效措施，防止淤塞和侵占河谷，修筑堤坝，停止批准南部山区的开发建设项目。实施生物工程，增加造林面积，保护自然植被。
4.2.2.2的水环境保护措施
济南泉域南部丘陵区石灰岩大面积出露，是岩溶水的直接补给区。部分冲沟被冲洪积物覆盖，但厚度较小，地表岩溶发育。该区域污染物容易下渗，污染地下水，属于一级保护区。严格禁止污水直排，尽量减少一级保护区内的城市规划区。
4.2.2.3地质地貌景观保护探析
济南地区碳酸盐岩地层分布广泛，主要矿物有石灰岩、白云岩、铁矿和花岗岩。铁矿矿区主要位于市区周围；石灰石和白云石矿的开采主要分布在广阔的低山丘陵地区，主要分布在山前附近的地带。现有采石点或停采点对地貌和植被造成不同程度的破坏，影响城市形象。主要表现为:①破坏植被，加剧水土流失，影响岩溶水补给条件；(2)破坏景观，留下陡壁、危崖、碎石，易诱发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害；③对水质的影响。
4.2.2.4回灌工程可行性分析
(1)补给条件分析
有存储空间:济南泉域地下岩溶发育，总排水量大，但地下水位年变化小，有地下水存储空间；具备渗漏条件:直接补给区的河流、河谷渗漏条件好，为补给提供了有利场所；水资源充足:济南地区具有得天独厚的优势，包括当地地表水资源、黄河客水资源、南水北调实施后的长江客水。济南泉域南部山区已建有多座水库，* * *库容约1.8×108m3。可见，间接补给区有大量的地表水资源可用于入渗补给。有利地质条件:根据卧虎山水库2002年3月12日的放水补库试验，证明玉符河流域可以补充泉水。
(2)补充源数量分析
玉符河补给分析:间接补给区张夏灰岩单位长度渗漏量为(1.36 ~ 1.543)×104 m3/(d·km)。潘村以南玉符河灰岩段长度计算为10.5km，库水补给可按65438设计。
北沙河补给分析:前大雁东桥以南位于泉域间接补给区，魏庄以南位于直接补给区。前大岩桥至韦庄西河段长4.5km，计算单位渗漏量为1.4225 m3/(d·km)。魏庄以南灰岩段长度为6.76km，北沙河设计补给量为9.6165× 104m3/d..
(3)水质论证
黄河源水含沙量高，不适合直接回灌，但玉清湖、鹊山水库水和南部卧虎山水库(锦绣川水库)水的物理指标满足回灌用水要求。硬度为182.26 ~ 286.4 mg/L，pH值为7.4 ~ 8.2，盐度低于饮用水水质标准，Mn离子含量小于0.1mg/L，H2SiO2含量小于20mg/L，溶解铁含量小于0.5mg/L，Na+小于50 mol/L，水库水中5种有毒元素和重金属均未超标，也
(4)补充源区的选择
①浆泉-仲景蓄补源区:孟佳-石河岭、仲景-井下、浆泉-史静东路冲沟，汇水面积31.7km2，该区补给对北部高新开发区岩溶水的补给起着重要作用。减少东郊泉水补给的入侵，改善附近恶化的生态环境，对于恢复泉水，减缓东部高新开发区地下水降落漏斗持续扩大具有重要意义。②兴隆-分水岭补给区:有兴隆、小岭子、半岛井、谢子山、花山峪、白石峪六条河谷，位于四大泉群的上游并与之接近，该区与四大泉群直接相关。因此，该地区水的补给对泉水有直接的补给作用。(3)绍尔-腊山补给区:分布于腊山河。该区回灌有利于减少西郊自备井开采对泉水回灌的侵害。④玉符河寨头-罗尔埠水源地:该地区是地表水补给岩溶水的典型地区，有利于减少西郊水厂对泉水补给的入侵。主要补给河流为鱼凫河，上游有卧虎山水库和锦绣河水库。⑤北沙河孤山拦河坝-琵琶山补给源区:岳庄水库定期放水，对改善待开采水源区地质环境具有重要意义。北沙河调调蓄区主要位于孤山拦河坝和琵琶山之间，地表水渗漏严重，东风水库建在河中，为供水提供了有利条件。⑥白泉泉域蔡氏-岗沟补充水源区:随着东部产业带的规划建设，白泉泉域城市建成区逐年增加，企业和人口不断增加，影响下游水源供给。蔡氏-岗沟补给源位于水源地上游，对改善白泉地质环境具有重要意义。补给源区分布在巨野河、岗沟河和张金合河。
(5)回灌和回灌的工程措施
(1)线性补给:治理现有河谷，使地表水沿河谷自然下渗。②水库、塘坝的入渗:水库、塘坝中积累了一定的水，不仅增加了入渗压力，而且延长了入渗时间，入渗量大，已建成的水库清淤后即可使用。可以在蓄水有利的地区修建水坝，增加地表水的渗透。③井点注浆法:布设大口径渗井，利用自由水头或水泵直接灌入岩溶含水层。建议锦绣川水库放水补充城区南部，卧虎山水库沿鱼凫河放水补充西郊和城区西南部，岳庄水库沿北沙河放水补充西郊新开水源，江水泉水库补充东郊开发区水源，狼帽山水库补充白泉泉区水源，连续干旱年份可利用黄河补充水源。
4.2.2.5岩溶地下水可持续利用及保泉分析
为了维持济南泉域岩溶地下水资源的可持续利用，保护泉水，必须合理开发利用水资源，实行分质供水，充分利用客水资源，实施南部山区回灌，保护生态环境。
(1)合理开采地下水作为生活和尖端工业用水。
在枯水期济南泉域水位不低于27.5米的条件下，南部山区补给量为25×104m3/d，济南泉域岩溶水可开采量为33.5×104m3/d，泉水回用量为5×104m3/d..济南泉域东白泉泉域总资源量为39.523×104m3/d，除农业开采和煤矿排水外，白泉、吴佳和黄土崖水源供水量为28.29×104m3/d。泉域西昌-晓晓水源地部分钻孔在丰水期自流，水位变化2 ~ 4m。当地工农业开采较少，水源区仍处于自然状态。建议增加8×104m3/d的开采量..共有69.79×104m3/d的优质地下水资源可用于生活和精密工业用水。若生活用水量按120l/(日·人)计算，优质岩溶地下水资源可满足580万人的生活用水量。
关闭城区外围工业自备井，减少外围开采的泉水回灌量。农业灌溉主要使用地表水，在节水的前提下限制使用岩溶地下水。“北跨”规划区为地热资源开发潜力区，地下热水补给条件较差，应限制开采量，可利用鹊山水库黄河水作为供水水源。
(2)充分利用客水资源作为工业水源。
对水质要求不高的工业用水，优先考虑地表水资源，余庆湖和鹊山水库供水量为80×104m3/d，中水利用量为23×104m3/d，人防干道用水量为4.0×104m3/d/d..地表水和地下水总可供水量为177.79×104m3/d，不足部分可由黄河和长江水补充。南水北调工程实施后，拜泉-吴佳水源地的岩溶地下水可用于饮用水供应。东郊济南钢铁厂、黄台电厂、化肥厂、重型机械厂停工开采地下水，以黄河水、长江水作为供水水源。根据规划，东湖水库设计库容为5700×104m3，日供水量为40×104m3/d
(3)南部山区综合治理与回灌
利用卧虎山、锦绣川、岳庄地表水库作为生态用水，疏浚南部山区河流河谷，修筑堤坝。综合治理后，从兴隆-十里里河、鱼凫河、北沙河排水补水。目前东郊缺水，未来可用于陇东东部的东湖水库。如果高新开发区及其南区补水，对恢复泉水非常有利。
5结论
本文从与济南城市建设相关的地质环境条件出发，从多方面进行了论述，旨在为济南城市建设提出一些参考建议。然而，与城市建设相关的许多问题仍需进一步探讨。希望相关部门和行业共同努力，为济南的城市建设提出宝贵意见。