濟南龍洞片區某工程區地下水位升高原因及控制措施

摘 要：地下水位升高會對周邊環境、工程建設等產生不同程度的影響。以濟南市龍洞片區某工程為例，通過水文地質鉆探、地球物理勘探、示蹤試驗、地表水測流以及水化學分析等方法探究工程區地下水位升高的原因，并提出了合理、有效的水位控制措施。南部山體淺層巖溶水側向徑流和大辛河河水是工程區地下水重要的補給源，且大辛河是主要補給源；在地下水補給量增大的同時，工程建設破壞了原本地下水徑流通道，工程地下結構阻擋了地下水流動，最終導致地下水位升高。實施地下水位控制的雨水溝改造方案后，工程區地下水水位升高速率從2.4m/h降至0.1m/h，有效控制了地下水位的升高。

關鍵詞：地下水位升高；巖溶裂隙；示蹤試驗；水化學特征

中圖分類號：P641.11；P641.72；P641.73 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.02.017

引用格式：張春輝，李常鎖，衛如春，等.濟南龍洞片區某工程區地下水位升高原因及控制措施[J].人民黃河，2025，47（2）：113-118，149.

基金項目：國家自然科學基金資助項目（42272288）；國家自然科學基金青年基金資助項目（42302281，42202294）；山東省自然科學基金青年基金資助項目（ZR2021QD084）

StudyontheCausesandMitigationMeasuresofGroundwaterLevelRise inaProjectinLongdongArea，Jinan

ZAHNGChunhui1，2，LIChangsuo1，2，WEIRuchun3，WUXiancang3，SUQingwei1，2，GENGFuqiang1，2，XINGLiting3，GAOShuai1，2

（1.ShandongProvincialGeo？MineralEngineeringExplorationInstitute（801HydrogeologicalandGeo？EngineeringTeam，Shandong ProvincialBureauofGeologyMineralResources），Jinan250014，China；2.ShandongEngineeringResearchCenterfor EnvironmentalProtectionandRemediationonGroundwater，Jinan250014，China；3.SchoolofWaterConservancyandEnvironment，UniversityofJinan，Jinan250022，China）

Abstract：Theriseofgroundwaterlevelwillhavedifferentdegreesofimpactonthesurroundingenvironmentandengineeringconstruction. TakingaprojectinLongdongareaofJinanCityasanexample，thispaperexploredthereasonsforthegroundwaterlevelriseintheproject sitethroughhydrogeologicaldrilling，geophysicalexploration，tracertest，surfacewaterdischargemeasurementandhydrochemicalanalysis，andproposedreasonableandeffectivemeasurestocontrolthegroundwaterlevel.Theshallowkarstwaterofsouthernmountainandthewater ofDaxinRiveraretheimportantrechargesourcesofgroundwaterintheprojectsite，andtheDaxinRiveristhemainrechargesource.While therechargevolumeofgroundwaterincreases，theprojectconstructiondestroystheoriginalgroundwaterflowchannels，andtheunderground structureblocksthegroundwaterflow，ultimatelyleadingtotheriseofgroundwaterlevel.Theincreaserateofgroundwaterlevelintheproject areaisdecreasedfrom2.4m/hto0.1m/hafterimplementingtherainwaterditchrenovationplanforgroundwaterlevelcontrol，whicheffec？ tivelycontrolstheriseofgroundwaterlevel.

Keywords：groundwaterlevelrising；karstfissure；tracertest；hydrochemicalcharacteristics

0 引言

地下水位升高會對周邊環境、工程建設等產生不同程度的影響，如工程受水頭壓力影響而產生結構開裂、地庫涌水或突水，地表沼澤化，斜坡變形等[1-3]。魯中低山丘陵區是我國北方主要裸露型巖溶水地區，巖溶地下水位埋藏深[4]，但近幾年濟南[5-7]、淄博[8]等地出現了地下水位升高現象。學者普遍認為氣候變化[9-11]和人類活動[12-17]（包括采礦活動、生態補水、井點降水、人工回灌、地下水徑流通道被破壞以及調水工程等）會導致地下水位升高。

有學者采用高密度電法、示蹤試驗、水文地質鉆探、水化學分析、數值模擬等[18-21]方法探查了不同地區地下水的補徑排條件。然而，受巖溶發育不均勻及人類活動疊加影響，巖溶地區地下水補徑排條件探查難度大，采取單一方法無法完整分析巖溶地區地下水位升高的影響因素及作用機理。鑒于此，本文將水文地質鉆探、地球物理勘探、示蹤試驗、地表水測流以及水化學分析等方法結合起來，系統探究濟南龍洞片區某工程區地下水位升高的原因，并提出合理、有效的水位控制措施，以期為類似工程建設提供理論依據。

1 研究區概況

1.1 工程概況

某工程位于濟南市龍洞片區龍洞莊，原始地面標高185.30～230.08m，現狀場平標高185.45～185.93m，主體建筑基礎底板標高182.20m。勘察期間未揭露地下水，但工程開挖揭露了多處出水點，目前僅保留位于工程區南邊界、出流于垂向山體裂隙的出水點以及位于工程區中部的地下水滲出點（即積水點）。工程東側緊鄰大辛河，大辛河原為季節性河流，河床標高182.96～190.36m，河床標高在工程南邊界以北約329m的范圍內高于場平標高。大辛河自2017年6月起每日接受12000m3的客水補源，自此成為長流河。在工程與大辛河河床間設置兼做擋土墻的地連墻，墻趾進入完整中風化灰巖0.5m。為減小水頭壓力，擋土墻上布設20余處泄水孔，河水能夠通過泄水孔直接流入工程區。另外，在工程區西、東和南側修建雨水溝，以疏排出水點、積水點、泄水孔出流水體，并將工程區內地表徑流排至工程區外市政管網。

投入運營后工程區地下水位上升速率約2.4m/h，因電纜溝內電纜被浸泡、污水廢水井及排水管網內充滿地下水而影響工程的運行及檢修，同時排水提升泵需每5min抽排地下水，頻繁的啟停導致水泵故障率急劇增大。

1.2 地質條件

自然狀態下，工程區范圍內自上而下分布有填土、粉質黏土、碎石以及灰巖，其中：碎石沿大辛河分布，厚0.6～21.1m，平均厚6.36m；灰巖埋藏西南淺、東北深。孔隙水賦存于河床兩岸帶狀分布的碎石層中，水位受降水控制明顯，無穩定水位；巖溶水賦存于灰巖裂隙中，以垂向徑流為主，也有一部分沿地層結構面及裂隙水平方向流動。2013年豐水期實測龍洞莊北側巖溶水井水位為168.7m，埋深為21m。

工程建設挖除了灰巖及部分碎石，挖除碎石厚度為6.5～13.3m。工程東側建設前地層見圖1（a）（該剖面展示原始地形，水文地質鉆探以場平標高為井口高程，孔深均為50m），工程南側挖除灰巖較厚且河道治理加深河槽[見圖1（b）]，工程北側僅挖除了第四系土層，且現狀河床標高高于場平標高[見圖1（c）]。上述條件表明，該工程在建設后使地下水補徑排條件發生變化，進而導致地下水位升高，需要查明地下水的補徑排條件。

2 研究方法

工程建設期年均降水量為639.0mm，與濟南市多年平均降水量666.5mm相差不大，因此不考慮大氣降水等氣候因素對地下水補給的影響，重點考慮工程建設及周邊環境改造等人類活動對地下水的影響，采用地球物理勘探、水文地質鉆探、抽水試驗、測流、示蹤試驗以及水化學分析等方法研究地下水補徑排關系，見圖2。

地球物理勘探使用高密度電法和瞬態面波法相互驗證，使用WGMD-9超級高密度電法系統在工程東側開展高密度電法探測，同步在工程區使用SE2404EP綜合工程探測儀部署瞬態面波測線。測流分別針對地表水和泄水孔進行：使用LB-JCN2便攜式流量流速測定儀（流速范圍為0.05～7.00m/s，工作水深為0.1～30.0m）測量各測流斷面的流速，并使用流速面積法計算各測流斷面的流量。另外，使用2L容器測量泄水孔和出水點的出水量，每個測點測量5次，去掉最大值和最小值后取平均值。根據水文地質特點以及巖溶地區示蹤試驗[22]經驗，將鉬酸銨作為示蹤劑，鉬酸銨的投放量為100kg，投源位置為地表水測流斷面1，將出水點、積水點、雨水溝、鉆孔sw4和sw8作為檢測點。鉬離子采用電感耦合等離子體質譜法進行檢驗，該方法精度高，相對標準偏差小于5%，最低檢出限為0.01μg/L。取主要采樣點（大辛河、積水點、出水點、sw4、sw7和sw8）的水樣進行水質簡分析，在水樣中加入硝酸使pH值降至2，封口密閉送檢，依據《地下水質量標準》（GB/T14848—2007）進行水質評價。

3 研究結果及分析

3.1 巖溶裂隙發育情況

物探圈定5處較大規模的巖溶裂隙發育區，總面積1.6萬m2，發育深度為15～35m，受河流切割影響，工程區東側巖溶裂隙分布范圍較廣，發育深度為15～30m；西側發育深度為15～30m；南側發育范圍最小，發育深度為15～35m，見圖3。在物探基礎上補充實施水文地質鉆探，總體上巖芯較完整，多呈柱狀、長柱狀，偶見小溶孔，充填有方解石，局部巖芯破碎，巖溶裂隙發育深度為15～25m，其中：鉆孔sw7巖溶裂隙最發育，累計厚度14.4m；鉆孔sw4、sw5巖溶裂隙較發育，累計厚度分別為5.3、4.9m；其余5孔累計巖溶發育厚度均小于2.0m，巖溶發育程度一般，但鉆孔sw6、sw8巖溶裂隙相對較發育。

工程區50m以淺范圍內巖溶水富水性極差，絕大多數水文地質孔一抽即干，水位恢復時間為26～34h，水動力條件差。只有鉆孔sw7富水性較好，降深18.09m時，出水量為418.37m3/d，該孔在揭露埋深11m的垂向裂隙后，巖溶水承壓自流。隨著鉆探進尺的加大，鉆孔sw7的水位恢復速率從0.11m/s提高至0.15m/s，說明越深該孔富水性越好。為細化鉆孔sw7周邊巖溶裂隙發育情況，對鉆孔sw7內情況利用井下電視進行了拍攝。揭露的含水裂隙傾向北東，傾角3.72°。鉆孔sw7抽水時南側出水點流量銳減，說明鉆孔sw7揭露的裂隙與出水點裂隙一致，且該裂隙在垂向上繼續往深部延伸。

3.2 大辛河滲漏情況

在臨近工程的大辛河自南向北布設了5個測流斷面，其中斷面1～斷面4的河床標高高于場平標高，處于工程南邊界往北329m的范圍內。斷面1至斷面4的流量從1541.85m3/h逐漸減小至853.57m3/h，但斷面5的流量增大至1578.94m3/h，其中斷面2至斷面3區間滲漏量為383.83m3/h，占總滲漏量的55.8%，滲漏明顯。因此，在河床標高高于場平標高時河水存在滲漏，與工程相應位置擋土墻泄水孔的出流情況一致，各斷面測流結果見表1。

擋土墻泄水孔的總出水量為8.72m3/h，遠小于地表水滲漏量，考慮工程區東側巖溶水富水性極差且地連墻進入完整灰巖0.5m，大辛河從東側一線補給工程區地下水的可能性很小。為分析大辛河河水補給工程區地下水的途徑，實施1組示蹤試驗，投源點位于大辛河測流斷面1。判定檢出鉬離子的標準為檢出濃度大于背景值的3倍，且連續出現3次以上，在峰值出現后的衰減階段，濃度仍高于背景值則視為檢出，否則視為未檢出。本次示蹤試驗分兩期進行，第一期持續6d，第二期持續5d，前兩天分別在9時、12時和15時取樣，此后每天分別在9時、15時取樣，共取得樣品132件。根據檢測結果繪制的各檢出點鉬離子濃度歷時曲線，可分為單峰型和雙峰型兩類，見圖4（時間為0時各檢出點鉬離子濃度為本底值）。

投源后，絕大多數示蹤劑沿著河水向下游運移，因此在測流斷面3處的初始檢出濃度較高，見圖4（a）。其余檢出點鉬離子濃度曲線可分為兩類：雨水溝、sw4和sw8鉬離子濃度曲線為單峰型，說明這些檢出點有且僅有一條通道接受鉬離子；各檢出點峰值出現的時間和濃度不同，表明不同檢出點接受鉬離子的通道存在差異。從濃度上看，除投源點外，雨水溝濃度明顯高于其余各檢出點，2h內便檢測到鉬離子，峰值濃度為396.43μg/L，其后續鉬離子濃度變化趨勢與大辛河一致，這與河水從泄水孔直接流出有關。sw4、sw8分別在投源266、24h后檢測到鉬離子濃度峰值，二者接受鉬離子的通道唯一，但考慮巖溶裂隙發育的不均勻性，無法通過示蹤試驗判斷其補給來源及路徑。出水點和積水點鉬離子濃度曲線為雙峰型，且第一峰值濃度均大于第二峰值濃度，表明二者接受鉬離子的通道至少有兩條，其中第一通道徑流速度較快。出水點和積水點鉬離子峰值濃度存在差異，但濃度變化趨勢基本一致，表明二者接受鉬離子的通道相同。

結合巖溶裂隙發育特征進行判斷，出水點、sw7、積水點接受大辛河河水補給，即大辛河對工程區地下水的補給作用明顯。大辛河河水沿著巖溶裂隙進入出水點所在的裂隙，進而流入工程區補給地下水。鑒于本次試驗期間年降水量（581.8mm）與工程建設期間的（526.4mm）相差不大，而出水點的出水量則從324.00 m3/d增大至739.92m3/d，可以認為大辛河對出水點的補給量約為415.92m3/d，占出水點總出水量的56.21%。

3.3 水化學特征

根據水化學特征可以得到巖溶水系統的重要信息，輔助分析巖溶水的補徑排特征[23-26]，因此對主要采樣點進行水質簡分析，可將采樣點水質分為A、B、C三類，見圖5。A組為HCO3·SO4-Ca型水，包含大辛河和出水點，水質類別為Ⅱ類。出水點接受山體側向徑流和大辛河河水補給，且大辛河補給量占比較大。

4 成因與控制措施

4.1 地下水補徑排條件

1）南側山體淺層巖溶水側向徑流補給。工程區整體巖溶裂隙不發育，富水性差，25～45m范圍內灰巖相對完整，同時考慮炒米店組灰巖的巖溶發育特征，深層巖溶水頂托補給工程區地下水的可能性極小。工程區南側sw7揭露的巖溶裂隙發育段累計厚度大，且揭露了北東向垂向裂隙，直接接受南側山體巖溶水的徑流補給。這條裂隙起自山體內部，經出水點、sw7進入工程區，影響工程區地下水位，是一條自南向北的主要補給通道。推測補給通道位置見圖6，南側山體淺層巖溶水對工程區地下水的補給作用見圖7。

2）大辛河補給。雖然工程區南邊界以北329m范圍內大辛河河床標高高于場平標高，但工程區臨近大辛河一側的巖溶水富水性極差，說明該工程通過設置插入完整中風化石灰巖的地連墻，有效阻隔了地表水直接進入工程區的淺部巖溶裂隙和碎石層，使得大辛河河水繞過地連墻補給工程區地下水的可能性極小。

大辛河補給工程區地下水的途徑有兩處：一是出水點，二是雨水溝。其中，出水點處接受河水的直接補給，河水的補給量占出水點出流總量的56.21%，河水通過出水點—sw7—積水點的徑流通道進入工程區補給地下水。由于河水水量較大，因此裹挾淺層巖溶水的河水沿南北向徑流通道流至工程區后，在水頭壓力的作用下，在上覆碎石層的巖溶裂隙處越流補給孔隙水。

此外，部分河水匯入雨水溝，與擋土墻泄水孔出流的河水匯集后通過碎石層下滲補給工程區內地下水。工程區地下水在接受補給后，沿第四系碎石層自南向北徑流排泄，并在場平標高低于大辛河河床標高的范圍內（全長249m）排泄補給河水，但工程挖除了碎石層且局部分布有一層高3m的地下室，進一步加大了對地下徑流的阻擋，使得地下水流動緩慢、排泄不暢。

總而言之，地下結構對地下水流動具有顯著影響[13，27]。工程建設前工程區碎石與河床底部碎石相連，工程區中南側碎石平均厚度為12.6m，大辛河作為一條季節性山洪河道，雨后形成的地表徑流一方面沿著河床排泄，另一方面沿著碎石層滲漏補給周邊孔隙水后向下游流動排泄。工程本身處于山坡，第四系厚度自南向北逐漸增厚，南側灰巖裸露，大氣降水沿著灰巖裂隙下滲補給淺層巖溶水，向北流動排泄。但隨著工程建設，碎石層平均厚度減少至5.8m，南側山體被挖除7.36～44.00m，影響了淺層巖溶水原本的徑流通道。與此同時，工程的基礎結構以及擋土墻阻擋了地下水的徑流通道，導致工程區地下水排泄不暢。工程區地下水接受大辛河河水的持續補給后，在徑流通道被阻擋破壞的情況下，最終導致地下水位升高。

4.2 地下水位控制措施

根據對該工程建成后地下水位升高成因的分析，為緩解工程區地下水位過高的情況，針對性提出地下水位控制方案，即雨水溝改造：增大雨水溝的集蓄能力、減小甚至消除雨水溝的下滲功能，對雨水溝進行防滲處理，同時擴寬、加深雨水溝，收集出水點和泄水孔流出的水并排泄至工程區外。控制方案實施后，工程區地下水抽排時間由原本的5min延長至120min，地下水位升高速率從最初的2.4m/h降低至0.1m/h，有效延緩了水位上升，控制了地下水位的升高。

5 結論

圍繞濟南龍洞片區某工程建成后地下水位升高的現象，綜合分析了地下水的補徑排條件：該工程區地下水接受南側山體淺層巖溶水側向徑流和大辛河河水補給；南側出水點揭露的垂向山體裂隙是主要的工程區地下水補給通道，該北東向裂隙進一步向工程區及地層深部延伸，總體上為出水點—sw7—積水點一線；大辛河是工程區地下水最主要的補給源，大部分通過出水點揭露的巖溶裂隙進入工程區，補給量占出水點出流總量的56.21%，少部分河水通過匯入雨水溝下滲補給工程區地下水；自工程南邊界以北329m范圍，場平標高低于大辛河河床標高，該段河水滲漏明顯，對工程區地下水存在補給作用；在場平標高高于大辛河河床標高的區域（全長249m），工程區地下水沿著碎石層向下游流動排泄并補給河水。

根據該工程建成后地下水位升高成因的分析，針對性提出地下水位控制的雨水溝改造方案，控制方案實施后，工程區地下水位升高速率從2.4m/h降至0.1 m/h，有效控制了地下水位的升高。

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【責任編輯 呂艷梅】