一、泉水成因

济南市市区位于泰山背斜北翼北缘。济南南部山丘地区分布着大面积的寒武、奥陶系石灰岩岩层，岩层由东南向西北倾斜倾没于市区地下，形成典型的单斜构造。至市区大明湖一带受火成岩(辉长、闪长岩)阻挡和包围，石灰岩呈舌状“嵌入”，并有一层火成岩覆盖于石灰岩之上，其上还有第四系覆盖层。接触部位石灰岩受热液作用及断层构造影响，裂隙岩溶发育，为地下水的储存和运动提供了条件。南部大气降水通过岩溶裂隙渗入地下，形成了丰富的地下岩溶水，岩溶水顺层向下游运动，遇火成岩体阻挡，水位承压上升，沿火成岩或石灰岩的构造裂隙向上运动，在地势低、静压力最弱的地方出露成泉。趵突泉等四大泉群一带地势低洼，为26.4—27m，同时石灰岩的“舌状”“嵌入”使其裂隙发育，连通性强，由此形成了四大泉群泉水喷涌的壮丽景观。

二、泉水水位与流量

（一）泉水水位、流量多年变化特征

济南市区泉水流量及岩溶水水位具有多年变化规律，多年的变化与大气降水的多年变异和人为的开采地下水逐年增加相适应。多年的水位和泉水流量的变化与地下水开采量、大气降水量关系密切。

五十年代末和六十年代初，济南岩溶水开采量很少，岩溶水的补给、迳流、排泄系统基本处于自然平衡状态。济南市西郊、市区、东郊地区岩溶水水位基本处于同一水平上，水位标高30—31m。

六十年代初期至中期，地下水开采量为8—10万m³/d左右，地下水平均水位31.54—30.72m左右，泉水流量在35.52—33.58万m³/d，六十年代末至七十年代中期，地下水开采量由10万m³/d左右增到27万m³/d，地下水水位平均由30.72m下降到28.15m，泉流量由33.58万m³/d减少到15.22万m³/d左右。

七十年代末期至八十年代初，市区地下水开采量由27万m³/d增到30万m³/d左右，地下水水位平均由28.15m下降到26.68m，泉水流量由15.22万m³/d减少到10.48万m³/d。

八十年代中期至末期，市区地下水开采量由30万m³/d控制下降至13万m³/d左右，但由于降水偏枯，泉水严重断流。

九十年代初至今，市区地下水开采量控制在17万m³/d左右，适逢降水偏丰年，水位上升，泉水复涌。

根据1959年至1997年济南市区岩溶水水位，年均泉水流量动态变化特征，将地下水动态变化分成以下几个阶段来叙述：

1959～1961年平水位中流量相对稳定阶段：降水量479.7～956.5mm，地下水开采量较少，仅为7.21～10.58万m³/d，岩溶水水位年均值为29.72～30.40m。

1962～1964年高水位大流量相对稳定阶段：降水量较大，三年的降水量分别为1115.6mm、837.6mm、1196.6mm，岩溶水开采量7.96～8.96万m³/d，平均水位稳定在31.5～31.9m。济南泉水总流量46.58～50.18万m³/d，泉水喷涌极为壮观。

1965～1967年平水位中流量水位急剧下降阶段：这期间降水量偏小，为444.0～551.5mm，岩溶水开采量由9.2万m³/d增加到12.6万m³/d，年平均水位由30.72m降到28.75m，泉流量由33.58万m³/d降到26.13万m³/d。由于降水量偏小，影响了地下水的补给量，可是开采量增加，造成年水位、流量高峰不明显，年高水位、大流量出现在年初的现象。

1968～1975年低水位小流量水位缓慢下降阶段：该阶段降水量中等偏高，为685mm至854mm，岩溶水开采量由1967年的12.6万m³/d增加到1975年的27.9万m³/d。水位逐年下降，泉水流量逐年减少，到1975年水位降到28.15m，泉水流量16.12万m³/d。

1976～1982年低水位小流量水位急剧下降阶段：年平均降雨量638.9mm，1976～1980年地下水开采量又增加，由1976年的28.27万m³/d增加到30万m³/d以上，地下水水位由27.7m下降到27.16m，济南泉水流量由12.58万m³/d下降到4.98万m³/d。从1976年以来，济南市区一些主要泉水枯水期断流。1981年3月中旬到1983年9月下旬，趵突泉连续断流两年半之久。虽然从1981年以后市区开采量由28.6万m³/d减到13.84万m³/d，但1981年降水量仅有396.75mm，地下水水位仍保持下降趋势，水位降到26.46m。

1983—1985年低水位水流量水位缓慢回升阶段：平均降水量接近常年，为626.78mm。水位恢复到27.413mm，泉水流量由4.793万m³/d恢复到9.633万m3/d，但是泉水每年仍有断流现象。

1986—1989年低水位小流量水位不规则下降干枯阶段：该阶段平均降水量658.95mm，但降水分布很不均匀，1986年、1988年和1989年降水量只有382.85mm、532.3mm和340.30mm，都远远低于多年平均降水量，影响了岩溶水的补给，地下水位长时间处于泉水喷涌水位26.4m以下，1989年降低至23.99m，致使济南泉水长期处于断流、干涸状态。

1990—1991年低水位小流量水位快速上升阶段：该阶段水量偏丰，为1047.3及680mm，岩溶水开采量保持在11万m³/d，水位快速上升至平均水位27.17m，泉水流量增至2.58—6.88万m³/d，泉水断续恢复喷涌。

1994—1996年中低水位中小流量水位缓慢下降阶段：该阶段降水量中等偏低530和786mm，岩溶水开采量12—13.4万m³/d，水位缓慢下降至25.49m，泉水流量减至1.37万m³/d，年泉水断流半年以上。

1994—1996年中低水位中小流量水位相对稳定阶段：此间降水量599—873mm，年均769mm，偏丰，岩溶水开采量9.4—14.01万m³/d，泉流量稳定在12.23—12.87万m³/d，但仍有断流。

1997年中低水位小流量水位下降阶段：年降水量619mm，年均水位下降至26.32m，泉水流量仅2.84万m³/d，趵突泉断流达210天。

（二）泉水水质变化特征

济南市四大泉群的泉水为济南单斜构造岩溶水为主水文地质亚区碳酸盐岩类裂隙岩溶水的一部分，通过对其进行的长期水质监测，获得多年连续的水质资料。由历年来监测资料可见，泉水水质较好，无色、无味、无臭，水化学类型属HCO₃—Ca型，矿化度200—600mg/l，PH值为7.3—7.8，总硬度(以CaCO₃计)90—336mg/l，NO₃^-含量10—38mg/l，水温一般稳定在18℃左右，水化学动态变化很小，适用于饮用、灌溉及工业用水。

（三）泉区岩溶水水位，泉水流量预报

济南市四大泉群的泉水流量明显受地下水位控制，一般随着泉区水位的长高泉水流量增加，泉水流量与年平均水位有较好的线性相关关系。

采用线性相关分析方法分析泉流量与年平均水位如下：

H=27.6269-0.00035Q_开+0.00254P_n+0.00236P_n-1        

Q_开=2857.14×(27.626-H+0.0025Pn+0.0023P_n-1)     

式中：H—年平均水位(m)

Q_开—年开采量(万m³/d)

P_n—当年降水量(mm)

P_n-1—前一年降水量(mm)

三、济南保泉供水的主要对策

根据泉域岩溶水系统特征分析，综合分析各种影响泉水出流因素，从近期、远期的角度考虑，要保持泉水正常出流的主要措施有：

（一）合理开发利用和管理岩溶水资源

在现有水源地的布局条件下，通过优化计算要保证泉水常年出流，就必须进行水源地调整。开发邻近地下水资源，如长清水源地、老张庄水源地等。目的是立足现实条件，并放眼于未来，在保证泉水常年出流情况下，根据不同降水年份，充分利用泉域内地下水资源，为水源地的合理开采提供科学依据。

（二）泉水先观后用

泉区泉水可采用“先观后用”的方法，先观赏，后净化。输入自来水管网继续供水。现在泉水排泄情况为：趵突泉泉群及五龙潭泉群泉水顺西护城河，向北入西泺河，然后进入小清河；珍珠泉泉群泉水向北排入大明湖；黑虎泉泉群泉水顺东护城河向北入东泺河，然后入小清河。“先观后用”可在五龙谭公园东北角、大明湖南门等地兴建泉水处理厂，严禁污水排入东、西及南护城河，如泉水重复利用率达80%，则可有10—15万m³/d的泉水处理后并入自来水管网。如此，虽然减少了地下水的开采，但供水量影响不大，形成了美化城市，增加供水的良性循环。

（三）增加南部山区的地下水补给量

绿化荒山，植树造林，增加森林覆盖率、涵养水源，是增加岩溶水补给的有效措施。南部山区强渗漏段修建拦水坝回渗补源：野外监测结果显示，现有地表水体，如兴隆水库、浆水泉水库、河圈拦水坝、涝坡拦水坝等，充分利用其大量的储水空间及与岩溶水水力联系密切之特点，进行人工回灌，将地表水及未被利用地表水部分转入地下，增加地下水储量。水库均有一定的渗漏量，对岩溶水的补给是十分有利的。

渗漏段修建拦水坝渗漏补源作用有：

①对泉域岩溶水增加补给，能调节枯、丰水期的补给量，对泉水正常出流起积极作用。

②对局部小流域生态环境的改善是十分有利的，提高济南泉域森林植被覆盖率。

③对当地居民用水及农业用水有积极作用。

④符合省、市政府保护南部山区生态环境和综合治理精神。

⑤投资少、见效快，工程简单，作用大，一次投入，长期见效。

⑥对汛期水患有防治作用。

（四）地下水、地表水联合应用，统一规划调度

泉域范围可利用的地表水有：卧虎山水库、锦绣川水库、黄河水等，，这对保泉供水工程将是十分有利的。

（五）推行节约用水，提高工农业生活用水利用率

①生活节水。济南市城市及农村供水人均高出北方各城市10—30L/d。因此，生活节水有潜力可挖。

②农业节水。农业灌溉以灌渠为主，渗漏量大，而且灌溉技术落后，大水漫灌，跑漏水严重，水资源利用率小于50%。应合理  规划种植结构，因地制宜，合理采用灌溉方法，改变灌溉技术，实行点灌、滴灌、喷灌，提高水资源利用率，达到节水之目的。若将利用率提高到70%，将节约用水2.4m³/a。

③工业节水。工业用水占水资源比重日益增加。济南市区大中型企业工业万元产值需水量较高。因此可通过加强管理，改善工艺等降低万元产值需水量。另外，通过调整产业结构和布局，达到节水之目的，对效益低、耗水大、污染重的企业，应采取“关、停、并、转”的政策，对新建项目首先考虑水资源问题，提倡向郊区转移。节水型城市建设，利用坑水和净化水，进行绿化和城建，实行不同水质供水。

（六）加强污水处理，推广污水资源化技术，实现污水资源化

为了提高节水的效果和效益，实现污水资源化，加强污水处理，积极推广中水道技术是保泉供水主要措施之一。全市对较大规模的集中排水应建立起污水处理工程和中水道供水。特别是城市集中污水处理厂（盖家沟污水处理厂），经处理后的水通过中水管道集中供应工业用水和环境用水。进行污水处理，改善小清河的生态环境。

（七）建立地下水资源模型运转的自动化系统

济南泉域的水资源是有限的，利用好有限的水资源，发挥其最大的经济效益和社会效益，是我们主要目的。从保泉的角度出发，必须按优化方案进行合理的开采，既能最大限度的利用地下水资源，又能保证泉水正常喷涌，达到既保泉又供水之目的。保证泉水正常喷涌，就必须建立起地下水资源模型的自动化系统，全面控制保泉供水系统地运行，确保在开采供水的条件下保证泉水的正常喷涌。这方面西方国家等均建立了运转模型的自动化系统。借鉴外国先进经验，结合济南泉域的特点，加强长期监测自动化系统，建立和不断完善济南泉域岩溶水系统数据库，并与管理模型进行有机结合，逐步完善地下水资源管理模型自动化系统。

（八）加强地下水动态长期监测工作，作好水资源的保护工作，防止水质污染，建立水源保护区，为合理开发利用地下水提供必要的水文地质资料，防止和预防环境地质灾害的产生。