(山東地質礦產學院，濟南250014)
作者簡介:余士林(1964-)，主要從事水文地質和工程地質工作。
摘要:隨著濟南社會經濟的快速發展，出現了壹系列的地質問題。比如泉水斷流，地下水汙染，地質災害，工程地質問題。通過對濟南市水文地質、工程地質、環境地質和地熱地質條件的綜合研究，闡述了濟南市工程地質條件、不良地質問題和地質災害的分布，論證了濟南市不同地段工程建設的適宜性。對地下水汙染現狀、地下水質量和泉水斷流原因進行了分析評價，提出了地下水保護和泉水保護的措施。分析了濟南北部地熱田範圍及地熱資源開發前景，提出了地熱資源開發規劃的可行性方案。對濟南軌道交通地下區間施工和泉水保護進行了分析和論證。對城市擴展、小流域治理、水環境保護、地質景觀保護、回灌和水資源調蓄條件控制開采以及回灌工程的可行性進行了分析論證。
關鍵詞:濟南；多參數；地質環境；分析；評價
濟南地區的地質條件非常復雜。隨著濟南社會經濟的快速發展，由於人類活動和氣象因素，引發了壹系列環境地質問題。比如，水資源“供”與“需”矛盾突出，地質災害和不良工程地質問題給濟南新城規劃建設造成潛在隱患，泉源旺盛、水流如車輪湧動的趵突泉斷流，“泉城”名存實亡。通過對濟南市基礎地質、水文地質、工程地質、環境、地熱地質條件的綜合研究，掌握各種地質要素，分析研究其對城市發展的影響。
1城市發展空間地質環境安全性分析
1.1工程建設層地質環境條件分析
濟南地區屬於魯中南低山丘陵工程地質區和魯西北黃河平原工程地質區，其平面分布具有明顯的東西向帶狀分布特征。在南部，平陰-濟南碳酸鹽巖是壹個穩定的亞區，廣泛分布於中寒武世至中奧陶世的硬-硬中厚層狀灰巖中。地表巖溶發育，巖石機械強度高，但地形起伏較大，工程地質條件較好。中部主要分布於山前沖洪積地層，巖性為黃土、粉質粘土、粘土、碎石土、礫石等。工程地質條件較好，主要存在黃土濕陷等不良工程地質問題。工區北部為黃河河漫灘，黃河沖積物分布廣泛。巖性為粉土、粉質粘土、粉細砂等。上部地層松散、不固結，物理力學性質差，承載力低。主要不良工程地質現象為軟土和砂土液化。
1.2不良工程地質問題及地質災害分布
1.2.1不良工程地質問題
工作區主要不良工程地質問題有:①濕陷性黃土，廣泛分布於南部山前地帶和山間谷地，厚度壹般小於5m，濕陷等級為ⅰ級微非自重黃土濕陷性場地；②軟土，主要分布在黃河、小清河兩岸附近，大明湖附近也有分布，厚度壹般小於2m；(3)液化土，新近堆積的飽和砂土和飽和粉土廣泛分布於黃河以北，存在砂土液化的可能性。地基液化等級壹般為輕度至中度。
1.2.2地質災害類型及分布
濟南地質災害種類繁多，特別是突發性地質災害，重點是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等地質災害。崩塌、滑坡、泥石流主要集中在南部山區和山前地區，多由人類工程活動引起。地面沈降和地裂縫主要分布在濟南東部，其他地區零星分布，多由煤礦、鐵礦等人類開采活動和大量開采地下水引起。
1.3項目建設適宜性評價
濟南地區地層分布總體呈東西向帶狀，其工程建設適宜性具有明顯的帶狀性。根據工程建設中地基處理的難易程度和工程建設的經濟性，從工程地質條件分析可分為四種類型:適宜區、適宜區、較差適宜區和不適宜區。
1.3.1適用區域
適宜區主要分布在工作區中部，呈東西帶狀分布，是山前沖洪積平原或山間沖洪積斜坡形成的穩定工程地質環境區。該區域適合建造多層建築和高層建築。多層建築可采用天然淺基礎，普通小高層建築可采用天然筏形基礎，高層建築可采用深基坑、筏形基礎或箱形基礎。
1.3.2適用區域
適宜分為三段，南部主要分布在山區河谷，適宜建造多層建築和高層建築，但要考慮對地質景觀的影響；中部位於山前沖積平原與黃河沖積平原的接觸帶，適宜建造多層建築，高層建築采用天然地基筏形基礎和樁基礎。北部位於黃河以北地區，適合建造多層建築。可以采用筏板基礎或復合基礎，高層建築不適合。
1.3.3不良適宜區
適宜性差區分兩個區域，南部區域位於地形坡度大於30°的丘陵地帶；北部地區位於黃河兩岸軟土分布區。該地區多層建築可采用樁基礎，不適用於高層建築。
1.3.4不適合建築面積
不適宜建設區域分散，南方位於地質災害易發區，特別是滑坡、泥石流對人民生命財產危害較大的地區；其他地區為采空塌陷區，對建築物的破壞性很大。
2水環境質量評價
2.1地下水汙染現狀
2.1.1濟南地區地下水質量變化
近年來，隨著人類活動的加劇和開采力度的加大，濟南巖溶水水質逐漸惡化，特別是20世紀80年代以來，巖溶水化學成分含量迅速增加。西郊峨眉山水廠2004年巖溶地下水礦化度是1.59年的1.53倍，總硬度是1.22倍，是25.34倍。煉油廠地區的地下水質量很差，發現了石油汙染。壹些機井的硬度和鹽度超過了飲用水的標準。2004年城市鹽度為1.321倍1.958，總硬度為1.1.1.04倍，Cl-為4.43倍和1.84倍。2004年東郊地下水礦化度為1958的2.09倍，總硬度為1.46倍，為7.75倍。
2.1.2巖溶水汙染現狀
巖溶水汙染主要是常規離子汙染(包括總硬度、總溶解固體、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽等。).濟南地區硝酸鹽和總溶解固體超標率分別為1.6%、3.2%、4.8%，總硬度超標率為12.9%。硬度、鹽度和最大超標倍數分別為3.0倍、2.5倍和4.8倍，表明地下水已受到工業汙染。五種有毒元素(苯酚、氰化物、As、Cr6 ++和Hg)汙染較輕，只是工礦企業所在地的點汙染。受汙染的天然水中重金屬離子(銅、鉛、鋅)含量較低。油汙主要分布在東、西郊煉油廠附近。
2.2地下水質量評價
根據地下水質量綜合評價，可分為:①水質良好區。石灰巖廣泛分布於南郊低山裸露區至北部隱伏區。地下水類型以HCO3-Ca為主，硬度壹般小於400mg/L，含鹽量壹般小於500 mg/L，各項水力指標均符合飲用水水質標準，水質良好，適合生活或工業供水。②水質好的地區。分布在水質差的區域外圍，與水質較好的區域相連。地下水各成分均未超過地下水質量ⅲ類標準，可作為集中式供水水源。③水質差的地區。主要分布在後尾花村、後龍窩村、政法學院等。此外，東、西郊還分布著不動、武警醫院、紹爾、北儒等地。地下水中部分項目超過飲用水水質標準，適合農田灌溉和工業用水。它需要被當作飲用水源。④水質極差。僅分布在景家溝村壹帶，綜合評價為V級配水區。地下水主要被工業和農業汙染，不適合飲用。
2.3泉水斷流原因分析
隨著城市發展對水資源的需求越來越大，水位連年下降，泉水斷流，不僅影響了濟南的旅遊業，也影響了大明湖和小清河的水質。泉水斷流的原因:①人工開采是泉水斷流的主要原因。自20世紀60年代末以來，巖溶地下水開采量逐年增加，由於大量開采地下水導致泉水斷流已是不爭的事實。50-60年代地下水開采量僅為(4.7 ~ 12.6) × 104m3/d，外圍地下水開采量相對較少。隨著城市的發展，對水資源的需求逐年增加，水位逐年下降，泉流量減少。城區泉水自1972枯水期以來首次斷流，東郊、西郊及城區水廠和工業自備井總產量自90年代以來基本穩定在55×104m3/d左右。(2)隨著城市的擴展，直接補給區面積減少，城市向南擴展減少了泉域補給。(3)間接補給區補給減少，南部山區水庫地表水補給減少。④氣候變化，降水減少。⑤亂采濫挖對地質環境的影響。
3地熱資源開發遠景規劃
工作區北部地熱田蓋層為新生界第四系和新近系、古生代二疊系和石炭系。熱儲層為中下奧陶統灰巖；正常地熱流是主要熱源，地熱田邊界和內部深大斷裂是地下熱水與深部熱源的溝通通道。蓄熱屋頂的埋深從南到北從200米增加到近3000米。
3.1經濟型地熱資源開采區
該地區熱儲埋深小於2000米，便於開采，具有良好的經濟效益。根據埋深500米的差異，該區進壹步劃分為四個亞區:ⅰ區位於地熱田南部的石灰巖帶和東部的桃園-董家地區，蓄熱頂板埋深小於500米，適宜完井深度小於700米，預計蓄熱溫度為25 ~ 40℃；ⅱ區位於石灰巖帶的外圍，呈近東西向帶狀分布，從石門掌-九曲河-北郊林場-金家-齊河鴨王口，蓄熱頂板埋深500 ~ 1000米，適宜完井深度700 ~ 1200米，預計蓄熱溫度40 ~ 50℃。第三分區位於八裏莊-交濱-白彪寺-孫耿-青寧-姚強機場的北部，呈弧形帶狀分布。蓄熱頂板埋深1，000 ~ 1，500m，適宜成井深度1，200 ~ 1，700m，預計蓄熱溫度50 ~ 60。ⅳ區位於白標寺-孫埂-惠河地區，蓄熱頂板埋深1500 ~ 2000米，適宜完井深度1700 ~ 2200米，預計蓄熱溫度65 ~ 80℃。
3.2倍經濟地熱資源開采面積
該區位於廣漆斷層南側，熱儲埋深2000 ~ 3000 m，開采技術條件困難，經濟條件不合理。由於儲熱埋深大，儲熱溫度高，預計儲熱溫度為80 ~ 90℃，完井深度為2200~3200m
4城市發展空間的地質環境保護分析
4.1軌道交通地下區間施工及泉水保護
4.1.1工程條件分析
濟南軌道交通1號線壹期工程地下段規劃東起解放橋，西至魏家莊。位於繁華的春城中心，長約3000m，埋深16m，隧道高度6.4m..* * *青團路-青龍橋地下段長約1700m，兩側有4個泉。
輕軌地下段第四系厚度10.7 ~ 21.52 m，巖性主要為雜填土、粉質粘土夾碎石、殘積土，下為閃長巖體，層底埋深43.56 ~ 82.49 m，下為奧陶系-寒武系灰巖。
根據地下水賦存介質的不同，主要分為沿線松散巖類孔隙水:單井湧水量小於500 m3/d；侵入巖風化裂隙水:與上部松散巖類孔隙水密切相關。單井出水量小於100 m3/d，裂隙巖溶水湧水量可達5000 ~ 10000 m3/d，地下水位與降水關系密切。
閃長巖隔水層位於閃長巖厚的地區，淺部孔隙裂隙水與深部裂隙巖溶水的水力聯系較弱。但在壹些地區，如五龍潭、珍珠泉等，深層巖溶水能穿透閃長巖，與孔隙裂隙水有壹定的水力聯系，泉水的形成與地形、地層、地質構造和水文地質條件密切相關。
4.1.2泉水與孔隙裂隙水的關系分析
①巖溶水和孔隙水的補給來源不同，徑流和排泄方式不壹致；②泉域附近的巖溶水與孔隙水水位不壹致；③淺層孔隙裂隙水與深層巖溶水的富水性差異較大:解放橋至普利門城區巖溶水單井湧水量在5000m3/d以上，珍珠泉、五龍潭以北至大明湖地區在1000m3/d至5000m3/d之間，沿線淺層孔隙裂隙水單井湧水量普遍小於500m3/d，且降幅較大。④由於水化學特征不同，巖溶水水質較好，符合飲用水水質標準。由於人為汙染，孔隙裂隙水水化學類型復雜，鹽度高。
4.1.3地下部分施工建議
巖溶泉水和第四系孔隙裂隙水的補給、直徑、排泄條件不同，在含水介質、富水性、水質、水位等方面存在差異。泉水的主要補給來源是廣大的南方山區，這麽大的泉流量不可能來自第四系含水層。由此可見，濟南泉水的形成極其復雜，推測泉水出露與局部構造有關。
在胡明路壹帶，石灰巖(大理石)的埋藏深度很大。因此，在不考慮客流的情況下，軌道工程地下段適用於胡明路。
4.2地質環境保護分析
4.2.1城市擴展與保泉關系分析
4.2.1.1城市擴展和演變對補給的影響
濟南的城市擴展方向主要是向東、東南、向南和西南。20世紀80年代以來，城市化向南擴張最快的時間主要延伸到南部奧陶系灰巖地區，該地區奧陶系灰巖表層巖溶相對發育，直接補給區的滲漏補給面積逐漸減少。由於城市建設地面的固化，地表徑流量隨年限的增加而增加。20世紀60年代城市徑流系數為0.5，90年代增加到0.9。導致地下入滲補給減少，大部分降水流失。城市擴張和地面硬化是造成泉水補給量減少的因素之壹。
4.2.1.2東擴西進對地下水補給的影響預測
東部工業帶的下遊是拜泉-吳佳水源地；而東面距離黃土崖水源地不到3公裏。因此，東部產業帶的大規模規劃建設必然會直接影響到拜泉-吳佳水源地和黃土崖水源地的允許開采量。據預測，東部工業帶的建設將在次年減少地下水補給4.09×104m3/d。
(1)西部新城
二環西路-魚鳧河地區處於山前傾斜平原的前緣，該地區的開發建設應在火成巖與灰巖接觸帶的北部，即段店-西紅廟-大楊莊-丹山屯-小金莊；黨家莊片區:位於直補區上遊，應控制開發，對現有汙水排放點進行有效處理；大尖溝-南康莊壹線位於直接補給區，與城市地下水關系密切。汙水下滲會影響巖溶水的水質，因此該地區不適合作為規劃區。
(2)長清大學區
下遊橋子裏、冷莊水源地不足5公裏；遠離規劃用地；接受大氣降水的直接補給，順流而下，構成了雞西市橋梓裏水源地、冷莊水源地、大楊莊水源地和峨眉山水源地的重要補給源。因此，規劃建設將對地下水補給產生較大影響，預計年入滲補給量將減少6.394×107m3。
(3)長清區
長慶規劃區位於濟南泉域西部，長慶東北部的橋子裏和老張莊地段。地下水資源豐富，單井湧水量約1.04 m3/d，具有集中開采的潛力。開采量應控制在1×1.04 m3/d以下，長慶東南部不宜大規模開發建設。生態保護應該是主導發展方向。南部丘陵區石灰巖大面積出露，是濟南泉域巖溶水的直接補給區。禁止直接排放汙水。同時，盡量減少壹級保護區內的城市規劃區，保護好西部平安店至潘村，沿玉符河谷至鳳起，以及南部大楊莊-劉長山-英雄山-羊頭峪-郭店壹線的直接補給區，不減少泉水補給量。
4.2.1.3南控制紅線位置確定
綜合分析以往資料，為避免開發建設對泉域供水的影響，促進濟南市的可持續發展，“南控”應保護好平安店-潘村-玉符河流域-鳳起-大楊莊-劉長山-英雄山-羊頭峪-牛王壹線以南的直供區。
4.2.2地質環境保護措施
4.2.2.1小流域治理措施
貫徹“在發展中保護”的原則:采取有效措施，防止淤塞和侵占河谷，修築堤壩，停止批準南部山區的開發建設項目。實施生物工程，增加造林面積，保護自然植被。
4.2.2.2的水環境保護措施
濟南泉域南部丘陵區石灰巖大面積出露，是巖溶水的直接補給區。部分沖溝被沖洪積物覆蓋，但厚度較小，地表巖溶發育。該區域汙染物容易下滲，汙染地下水，屬於壹級保護區。嚴格禁止汙水直排，盡量減少壹級保護區內的城市規劃區。
4.2.2.3地質地貌景觀保護探析
濟南地區碳酸鹽巖地層分布廣泛，主要礦物有石灰巖、白雲巖、鐵礦和花崗巖。鐵礦礦區主要位於市區周圍；石灰石和白雲石礦的開采主要分布在廣闊的低山丘陵地區，主要分布在山前附近的地帶。現有采石點或停采點對地貌和植被造成不同程度的破壞，影響城市形象。主要表現為:①破壞植被，加劇水土流失，影響巖溶水補給條件；(2)破壞景觀，留下陡壁、危崖、碎石，易誘發崩塌、滑坡、泥石流等地質災害；③對水質的影響。
4.2.2.4回灌工程可行性分析
(1)補給條件分析
有存儲空間:濟南泉域地下巖溶發育，總排水量大，但地下水位年變化小，有地下水存儲空間；具備滲漏條件:直接補給區的河流、河谷滲漏條件好，為補給提供了有利場所；水資源充足:濟南地區具有得天獨厚的優勢，包括當地地表水資源、黃河客水資源、南水北調實施後的長江客水。濟南泉域南部山區已建有多座水庫，* * *庫容約1.8×108m3。可見，間接補給區有大量的地表水資源可用於入滲補給。有利地質條件:根據臥虎山水庫2002年3月12日的放水補庫試驗，證明玉符河流域可以補充泉水。
(2)補充源數量分析
玉符河補給分析:間接補給區張夏灰巖單位長度滲漏量為(1.36 ~ 1.543)×104 m3/(d·km)。潘村以南玉符河灰巖段長度計算為10.5km，庫水補給可按65438設計。
北沙河補給分析:前大雁東橋以南位於泉域間接補給區，魏莊以南位於直接補給區。前大巖橋至韋莊西河段長4.5km，計算單位滲漏量為1.4225 m3/(d·km)。魏莊以南灰巖段長度為6.76km，北沙河設計補給量為9.6165× 104m3/d..
(3)水質論證
黃河源水含沙量高，不適合直接回灌，但玉清湖、鵲山水庫水和南部臥虎山水庫(錦繡川水庫)水的物理指標滿足回灌用水要求。硬度為182.26 ~ 286.4 mg/L，pH值為7.4 ~ 8.2，鹽度低於飲用水水質標準，Mn離子含量小於0.1mg/L，H2SiO2含量小於20mg/L，溶解鐵含量小於0.5mg/L，Na+小於50 mol/L，水庫水中5種有毒元素和重金屬均未超標，也
(4)補充源區的選擇
①漿泉-仲景蓄補源區:孟佳-石河嶺、仲景-井下、漿泉-史靜東路沖溝，匯水面積31.7km2，該區補給對北部高新開發區巖溶水的補給起著重要作用。減少東郊泉水補給的入侵，改善附近惡化的生態環境，對於恢復泉水，減緩東部高新開發區地下水降落漏鬥持續擴大具有重要意義。②興隆-分水嶺補給區:有興隆、小嶺子、半島井、謝子山、花山峪、白石峪六條河谷，位於四大泉群的上遊並與之接近，該區與四大泉群直接相關。因此，該地區水的補給對泉水有直接的補給作用。(3)紹爾-臘山補給區:分布於臘山河。該區回灌有利於減少西郊自備井開采對泉水回灌的侵害。④玉符河寨頭-羅爾埠水源地:該地區是地表水補給巖溶水的典型地區，有利於減少西郊水廠對泉水補給的入侵。主要補給河流為魚鳧河，上遊有臥虎山水庫和錦繡河水庫。⑤北沙河孤山攔河壩-琵琶山補給源區:嶽莊水庫定期放水，對改善待開采水源區地質環境具有重要意義。北沙河調調蓄區主要位於孤山攔河壩和琵琶山之間，地表水滲漏嚴重，東風水庫建在河中，為供水提供了有利條件。⑥白泉泉域蔡氏-崗溝補充水源區:隨著東部產業帶的規劃建設，白泉泉域城市建成區逐年增加，企業和人口不斷增加，影響下遊水源供給。蔡氏-崗溝補給源位於水源地上遊，對改善白泉地質環境具有重要意義。補給源區分布在巨野河、崗溝河和張金合河。
(5)回灌和回灌的工程措施
(1)線性補給:治理現有河谷，使地表水沿河谷自然下滲。②水庫、塘壩的入滲:水庫、塘壩中積累了壹定的水，不僅增加了入滲壓力，而且延長了入滲時間，入滲量大，已建成的水庫清淤後即可使用。可以在蓄水有利的地區修建水壩，增加地表水的滲透。③井點註漿法:布設大口徑滲井，利用自由水頭或水泵直接灌入巖溶含水層。建議錦繡川水庫放水補充城區南部，臥虎山水庫沿魚鳧河放水補充西郊和城區西南部，嶽莊水庫沿北沙河放水補充西郊新開水源，江水泉水庫補充東郊開發區水源，狼帽山水庫補充白泉泉區水源，連續幹旱年份可利用黃河補充水源。
4.2.2.5巖溶地下水可持續利用及保泉分析
為了維持濟南泉域巖溶地下水資源的可持續利用，保護泉水，必須合理開發利用水資源，實行分質供水，充分利用客水資源，實施南部山區回灌，保護生態環境。
(1)合理開采地下水作為生活和尖端工業用水。
在枯水期濟南泉域水位不低於27.5米的條件下，南部山區補給量為25×104m3/d，濟南泉域巖溶水可開采量為33.5×104m3/d，泉水回用量為5×104m3/d..濟南泉域東白泉泉域總資源量為39.523×104m3/d，除農業開采和煤礦排水外，白泉、吳佳和黃土崖水源供水量為28.29×104m3/d。泉域西昌-曉曉水源地部分鉆孔在豐水期自流，水位變化2 ~ 4m。當地工農業開采較少，水源區仍處於自然狀態。建議增加8×104m3/d的開采量..共有69.79×104m3/d的優質地下水資源可用於生活和精密工業用水。若生活用水量按120l/(日·人)計算，優質巖溶地下水資源可滿足580萬人的生活用水量。
關閉城區外圍工業自備井，減少外圍開采的泉水回灌量。農業灌溉主要使用地表水，在節水的前提下限制使用巖溶地下水。“北跨”規劃區為地熱資源開發潛力區，地下熱水補給條件較差，應限制開采量，可利用鵲山水庫黃河水作為供水水源。
(2)充分利用客水資源作為工業水源。
對水質要求不高的工業用水，優先考慮地表水資源，余慶湖和鵲山水庫供水量為80×104m3/d，中水利用量為23×104m3/d，人防幹道用水量為4.0×104m3/d/d..地表水和地下水總可供水量為177.79×104m3/d，不足部分可由黃河和長江水補充。南水北調工程實施後，拜泉-吳佳水源地的巖溶地下水可用於飲用水供應。東郊濟南鋼鐵廠、黃臺電廠、化肥廠、重型機械廠停工開采地下水，以黃河水、長江水作為供水水源。根據規劃，東湖水庫設計庫容為5700×104m3，日供水量為40×104m3/d
(3)南部山區綜合治理與回灌
利用臥虎山、錦繡川、嶽莊地表水庫作為生態用水，疏浚南部山區河流河谷，修築堤壩。綜合治理後，從興隆-十裏裏河、魚鳧河、北沙河排水補水。目前東郊缺水，未來可用於隴東東部的東湖水庫。如果高新開發區及其南區補水，對恢復泉水非常有利。
5結論
本文從與濟南城市建設相關的地質環境條件出發，從多方面進行了論述，旨在為濟南城市建設提出壹些參考建議。然而，與城市建設相關的許多問題仍需進壹步探討。希望相關部門和行業共同努力，為濟南的城市建設提出寶貴意見。