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從水文地質學的角度分析泉的形成和分類

閱讀:1926      發(fā)布時間:2020-4-29
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濟南市在重新審定七十二名泉的同時,從地理和旅游的角度劃分了泉群。它們是:濟南市區(qū)趵突泉泉群、黑虎泉泉群、珍珠泉泉群、五龍?zhí)度阂约笆袇^(qū)以外的濟南東郊白泉泉群,章丘明水百脈泉泉群,歷城彩石玉河泉泉群,歷城柳埠涌泉泉群,長清萬德袈裟泉泉群,平陰洪范池泉群。泉群均屬廣義的“濟南泉群”。

 

從水文地質學的角度劃分,以趵突泉為代表的市區(qū)“四大泉群”實際是一個泉群,屬狹義的“濟南泉群”。它們同一個水源、同一個補給區(qū),統(tǒng)稱“趵突泉群”,其補給區(qū)稱“趵突泉泉域”。柳埠涌泉泉群和萬德袈裟泉群位于市區(qū)“四大泉群”的補給區(qū),即趵突泉泉域,各個小泉子彼此沒有水力聯(lián)系,兩個小泉群之間也沒有水力聯(lián)系,但這些泉水沿河道滲漏,終流向市區(qū)泉群。

 

以白泉為代表的濟南東郊白泉泉群,也是同一個水源、同一個補給區(qū),其補給區(qū)稱“白泉泉域”。彩石玉河泉群位于白泉泉群的補給區(qū),即白泉泉域,這些泉水沿河道滲漏,終流向白泉泉群。因大量開采,白泉泉群常年斷流。

 

以百脈泉為代表的章丘明水泉群,其補給區(qū)稱“明水泉泉域”。該泉域地跨淄博、章丘兩地,其類型與趵突泉、白泉泉群和泉域*相同,同屬濟南市三大泉群、三大泉域。

 

以洪范池為代表的平陰洪范泉群,位于長城嶺以南,地表水地下水自成體系,皆流向大汶河,其泉群類型與歷城彩石玉河泉群相同。洪范泉水并非直接流去大汶河,而是沿途滲漏,補給孔村—孝直水源地,亦即石橫電廠水源地。

 

泉是地下水天然露頭地下水從固定地點自然流出地表就叫泉。井也是地下水的露頭,地點固定,但不是天然露頭,也不流出地表,不能叫泉。河道出現(xiàn)明流地點不固定,豐水期出現(xiàn)在上游,枯水期出現(xiàn)在下游,雖是地下水天然露頭,但不叫泉水,而叫河水。河槽或岸邊常年流水的固定點也叫泉。天然的灣坑或水塘,水面與附近地下水位相同,但肉眼看不出流動,仍不叫泉,而叫“灣”或“塘”。有人會問:濟南市區(qū)的五龍?zhí)?、舜井、官家池、章丘明水的東麻灣、西麻灣,平陰的洪范池名稱都不帶“泉”字,為什么歸類為泉呢?因為它們的實質是泉,符合泉的定義,只是泉口壘砌和修飾形式不同罷了。

 

上升泉與下降泉泉水按承壓和無壓分為上升泉和下降泉兩類。泉水從泉口垂直往上冒的叫上升泉,從泉口往下淌的叫下降泉。上升泉的形成應俱備三個條件:①地層條件。地層包括成層的巖石、土層以及土層中夾有的砂礫石層。有裂隙的巖層和有孔隙的砂礫石層,其裂隙和孔隙中充水的稱“含水層”。裂而無隙的巖層和孔隙度極差的粘土層,幾乎不含流動的地下水,稱“隔水層”。“含水層”的存在是泉水形成的首要條件。②地質構造條件。指地震或巖漿活動引起地殼變動(造山運動),使沉積巖層斷裂錯位,或產生褶曲。含水層與隔水層在縱向剖面上相抵觸,或含水層與不透水的巖漿巖體相抵觸,阻斷了地下水的去路,地下水被迫溢出地表。③地形條件。泉或泉群的上游應有足夠的補給面積,各含水層接受大氣降水的充分補給。

 

濟南市內趵突泉等四大泉群、濟南東郊白泉泉群、章丘百脈泉群都是上升泉。濟南南部山區(qū)大部分泉都是上升泉,如歷城柳埠的突泉、四季村賓館附近的涌泉。“上升泉”形成的原理,就像倒虹吸管、聯(lián)通器原理一樣,從高的一端注入水,低的一端就往上冒水,低的一端可比喻泉水。由于重力作用和水路壓力傳導阻力,泉口噴涌水位永遠達不到水位。既然“聯(lián)通器”有高低水位之差,在補給區(qū)地下水無大量開采的情況下,降雨多少只影響泉群流量增減,上升泉從理論上講不會干涸。

下降泉與上升泉的不同在于地質構造不同,下降泉不存在阻水巖層或巖體。地下水在山腰懸崖沿含水層自然流出,不往上冒,只往下流,這樣的泉子叫下降泉。下降泉亦稱“懸掛泉”,如歷城柳埠藥鄉(xiāng)森林公園冰凍臺下的“冰冰泉”,水量甚微,冬季結成冰棱懸掛于山崖。地下水在山區(qū)沖溝或山前河道自然流出、地點固定的也屬下降泉,如歷城柳埠的泥淤泉等。

 

間歇泉顧名思義汛后流水、旱季斷流的泉子就是間歇泉。斷流的原因無非是補給面積小,降雨入滲補給量少。這類泉子多數(shù)是下降泉,例如柳埠四門塔神通寺西路邊的“滴水泉”,山頭為面積不大的張夏組石灰?guī)r,裂隙接受降雨垂直入滲補給,下部不透水的紫紅頁巖是托水底板,滲水沿底板層面的傾斜方向流動,至滴水泉口流出。泉子流一點,汛期補給的水就少一點,流完為止。次年再降雨,再出泉,周而復始??坑晁a給的叫于“雨源型”泉。

 

有的泉子出自深層大斷裂的地下熱水,噴一次,停一次,有規(guī)律地進行,是真正的間歇泉。泉噴后裂隙出現(xiàn)負壓真空,冷空氣乘機被吸入,水溫暫時下降。待地熱積蓄,超過沸點再噴。這樣的泉子屬“非雨源型”泉。

 

泉群干涸的原因濟南市區(qū)的100多個泉子,泉口高程是不一樣的,黑虎泉27.22米,趵突泉27.01米,五龍?zhí)?6.2米,高低相差1米。因為降雨少,補給水量少,泉口較高的黑虎泉、趵突泉會先一步干掉。但是根據(jù)虹吸管、聯(lián)通器原理,泉口較低的五龍?zhí)痘蛉诟偷娜邮遣粫傻舻?,只是無人注意罷了。雨,每年總是要降的,濟南地區(qū)少的年份380毫米。當?shù)叵滤癫厣疃瘸^4米時,潛水不會蒸發(fā),泉口低的泉子應該照流不誤。什么原因導致泉水位低于五龍?zhí)度?、泉池干涸?一是泉群附近或補給區(qū)開采量大于泉的來水量。開采集中的地方地下水面形成了漏斗。當漏斗中心的水位低于五龍?zhí)度跁r,泉水倒流,泉子全部干掉。二是泉頭附近打防空洞、蓋樓深挖地基,破壞了泉水賴以存在的地質結構。形成了若干條低于五龍?zhí)度诘牡叵滤ǖ?,降低泉頭水位,削減泉水流量,破壞了原有的生態(tài)平衡。三是泉水補給區(qū)上游大量修水庫、塘壩攔截地表水和地下水,減少了地下水補泉量。怎樣才能保持泉水不干涸?只能用減少開采量的辦法,比如用黃河水代替抽取巖溶泉水;也可將水庫攔蓄之水,在旱季放水補泉,泉水斷流是可以避免的。但是破壞了地質結構,失去了泉群賴以存在的條件,泉水斷流是無法恢復的。

 

泉群復噴的原因泉群補給區(qū)降水量多了,比如年降水量600毫米,相應泉群日均流量49萬立方米,這時補給區(qū)的開采量與泉頭附近的跑水量(因局部地質結構破壞)之和也是49萬立方米,泉水位應該不升不降,與泉口持平。但事實上由于不同水文年降水量不同,年內逐月降水量也不同,泉噴量也隨之不同,呈現(xiàn)汛后泉水噴涌,旱季斷流現(xiàn)象。如果年降雨量800毫米,泉群日均來水量80萬立方米,遠遠大于開采量和非泉口跑水量49萬立方米,泉群就常年噴涌了。

 

平原澇洼有沒有上升泉濟南東郊的白泉地處澇洼,澇洼存水幾乎是死水,平地冒泉怎么解釋?這與地質構造有關。白泉是上升泉而不是下降泉,泉水來源于厚度70米土層以下的石灰?guī)r裂隙,其位置恰巧是石灰?guī)r含水層與不透水的煤田砂頁巖交界處,另有斷層等因素,地下水受阻而上涌。厚厚的土層蓋住了怎么會上涌?因為這里的土層是幾千萬年逐漸沉積而成的,洪水攜帶的巖土碎屑沉積一層,被石灰?guī)r承壓水沖開一次。細粒粘土被沖走,泉口附近剩下較粗的砂礫,泉水通過松散砂礫之間的孔隙冒出地面,始終保持著泉水上涌的狀態(tài)。這種情況類似人們常言的“管涌”。

 

自流井遙墻和齊河縣的某些深井,深度700多米,穿透幾百米的土層和含煤砂頁巖,打入下伏石灰?guī)r,石灰?guī)r巖溶承壓水(即濟南泉水)上涌。因當?shù)氐孛娴陀跐先?,形成自流井,自流井就是上升泉。噴井或噴泉的出現(xiàn),使當?shù)厝梭@喜,也使業(yè)內人士擔憂。當這樣的噴井或抽水井達到幾百眼的時候,趵突泉就挪到齊河去了。不是有了不透水的火成巖(巖漿巖)阻水,才有濟南泉群出現(xiàn)嗎?怎么石灰?guī)r泉水通到齊河去了?因為巖漿是順石灰?guī)r中某些軟質泥灰?guī)r層侵入的,盡管厚度大小不一,只不過是石灰?guī)r中的夾層而已,在黃河北插到700米以下或更深處了。千佛山斷層通過趵突泉向西北延伸去,北店子已經(jīng)在斷層西側了。這里土層厚度200余米,以下是含煤地層,再往下便是石灰?guī)r。有人企圖在這里開采煤礦,礦坑排水將吸引大量巖溶地下水,削減泉流量,降低泉水位,也會造成濟南泉水斷流。

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