济南龙洞片区某工程区地下水位升高原因及控制措施

摘 要：地下水位升高会对周边环境、工程建设等产生不同程度的影响。以济南市龙洞片区某工程为例，通过水文地质钻探、地球物理勘探、示踪试验、地表水测流以及水化学分析等方法探究工程区地下水位升高的原因，并提出了合理、有效的水位控制措施。南部山体浅层岩溶水侧向径流和大辛河河水是工程区地下水重要的补给源，且大辛河是主要补给源；在地下水补给量增大的同时，工程建设破坏了原本地下水径流通道，工程地下结构阻挡了地下水流动，最终导致地下水位升高。实施地下水位控制的雨水沟改造方案后，工程区地下水水位升高速率从2.4m/h降至0.1m/h，有效控制了地下水位的升高。

关键词：地下水位升高；岩溶裂隙；示踪试验；水化学特征

中图分类号：P641.11；P641.72；P641.73 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.02.017

引用格式：张春辉，李常锁，卫如春，等.济南龙洞片区某工程区地下水位升高原因及控制措施[J].人民黄河，2025，47（2）：113-118，149.

基金项目：国家自然科学基金资助项目（42272288）；国家自然科学基金青年基金资助项目（42302281，42202294）；山东省自然科学基金青年基金资助项目（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

地下水位升高会对周边环境、工程建设等产生不同程度的影响，如工程受水头压力影响而产生结构开裂、地库涌水或突水，地表沼泽化，斜坡变形等[1-3]。鲁中低山丘陵区是我国北方主要裸露型岩溶水地区，岩溶地下水位埋藏深[4]，但近几年济南[5-7]、淄博[8]等地出现了地下水位升高现象。学者普遍认为气候变化[9-11]和人类活动[12-17]（包括采矿活动、生态补水、井点降水、人工回灌、地下水径流通道被破坏以及调水工程等）会导致地下水位升高。

有学者采用高密度电法、示踪试验、水文地质钻探、水化学分析、数值模拟等[18-21]方法探查了不同地区地下水的补径排条件。然而，受岩溶发育不均匀及人类活动叠加影响，岩溶地区地下水补径排条件探查难度大，采取单一方法无法完整分析岩溶地区地下水位升高的影响因素及作用机理。鉴于此，本文将水文地质钻探、地球物理勘探、示踪试验、地表水测流以及水化学分析等方法结合起来，系统探究济南龙洞片区某工程区地下水位升高的原因，并提出合理、有效的水位控制措施，以期为类似工程建设提供理论依据。

1 研究区概况

1.1 工程概况

某工程位于济南市龙洞片区龙洞庄，原始地面标高185.30～230.08m，现状场平标高185.45～185.93m，主体建筑基础底板标高182.20m。勘察期间未揭露地下水，但工程开挖揭露了多处出水点，目前仅保留位于工程区南边界、出流于垂向山体裂隙的出水点以及位于工程区中部的地下水渗出点（即积水点）。工程东侧紧邻大辛河，大辛河原为季节性河流，河床标高182.96～190.36m，河床标高在工程南边界以北约329m的范围内高于场平标高。大辛河自2017年6月起每日接受12000m3的客水补源，自此成为长流河。在工程与大辛河河床间设置兼做挡土墙的地连墙，墙趾进入完整中风化灰岩0.5m。为减小水头压力，挡土墙上布设20余处泄水孔，河水能够通过泄水孔直接流入工程区。另外，在工程区西、东和南侧修建雨水沟，以疏排出水点、积水点、泄水孔出流水体，并将工程区内地表径流排至工程区外市政管网。

投入运营后工程区地下水位上升速率约2.4m/h，因电缆沟内电缆被浸泡、污水废水井及排水管网内充满地下水而影响工程的运行及检修，同时排水提升泵需每5min抽排地下水，频繁的启停导致水泵故障率急剧增大。

1.2 地质条件

自然状态下，工程区范围内自上而下分布有填土、粉质黏土、碎石以及灰岩，其中：碎石沿大辛河分布，厚0.6～21.1m，平均厚6.36m；灰岩埋藏西南浅、东北深。孔隙水赋存于河床两岸带状分布的碎石层中，水位受降水控制明显，无稳定水位；岩溶水赋存于灰岩裂隙中，以垂向径流为主，也有一部分沿地层结构面及裂隙水平方向流动。2013年丰水期实测龙洞庄北侧岩溶水井水位为168.7m，埋深为21m。

工程建设挖除了灰岩及部分碎石，挖除碎石厚度为6.5～13.3m。工程东侧建设前地层见图1（a）（该剖面展示原始地形，水文地质钻探以场平标高为井口高程，孔深均为50m），工程南侧挖除灰岩较厚且河道治理加深河槽[见图1（b）]，工程北侧仅挖除了第四系土层，且现状河床标高高于场平标高[见图1（c）]。上述条件表明，该工程在建设后使地下水补径排条件发生变化，进而导致地下水位升高，需要查明地下水的补径排条件。

2 研究方法

工程建设期年均降水量为639.0mm，与济南市多年平均降水量666.5mm相差不大，因此不考虑大气降水等气候因素对地下水补给的影响，重点考虑工程建设及周边环境改造等人类活动对地下水的影响，采用地球物理勘探、水文地质钻探、抽水试验、测流、示踪试验以及水化学分析等方法研究地下水补径排关系，见图2。

地球物理勘探使用高密度电法和瞬态面波法相互验证，使用WGMD-9超级高密度电法系统在工程东侧开展高密度电法探测，同步在工程区使用SE2404EP综合工程探测仪部署瞬态面波测线。测流分别针对地表水和泄水孔进行：使用LB-JCN2便携式流量流速测定仪（流速范围为0.05～7.00m/s，工作水深为0.1～30.0m）测量各测流断面的流速，并使用流速面积法计算各测流断面的流量。另外，使用2L容器测量泄水孔和出水点的出水量，每个测点测量5次，去掉最大值和最小值后取平均值。根据水文地质特点以及岩溶地区示踪试验[22]经验，将钼酸铵作为示踪剂，钼酸铵的投放量为100kg，投源位置为地表水测流断面1，将出水点、积水点、雨水沟、钻孔sw4和sw8作为检测点。钼离子采用电感耦合等离子体质谱法进行检验，该方法精度高，相对标准偏差小于5%，最低检出限为0.01μg/L。取主要采样点（大辛河、积水点、出水点、sw4、sw7和sw8）的水样进行水质简分析，在水样中加入硝酸使pH值降至2，封口密闭送检，依据《地下水质量标准》（GB/T14848—2007）进行水质评价。

3 研究结果及分析

3.1 岩溶裂隙发育情况

物探圈定5处较大规模的岩溶裂隙发育区，总面积1.6万m2，发育深度为15～35m，受河流切割影响，工程区东侧岩溶裂隙分布范围较广，发育深度为15～30m；西侧发育深度为15～30m；南侧发育范围最小，发育深度为15～35m，见图3。在物探基础上补充实施水文地质钻探，总体上岩芯较完整，多呈柱状、长柱状，偶见小溶孔，充填有方解石，局部岩芯破碎，岩溶裂隙发育深度为15～25m，其中：钻孔sw7岩溶裂隙最发育，累计厚度14.4m；钻孔sw4、sw5岩溶裂隙较发育，累计厚度分别为5.3、4.9m；其余5孔累计岩溶发育厚度均小于2.0m，岩溶发育程度一般，但钻孔sw6、sw8岩溶裂隙相对较发育。

工程区50m以浅范围内岩溶水富水性极差，绝大多数水文地质孔一抽即干，水位恢复时间为26～34h，水动力条件差。只有钻孔sw7富水性较好，降深18.09m时，出水量为418.37m3/d，该孔在揭露埋深11m的垂向裂隙后，岩溶水承压自流。随着钻探进尺的加大，钻孔sw7的水位恢复速率从0.11m/s提高至0.15m/s，说明越深该孔富水性越好。为细化钻孔sw7周边岩溶裂隙发育情况，对钻孔sw7内情况利用井下电视进行了拍摄。揭露的含水裂隙倾向北东，倾角3.72°。钻孔sw7抽水时南侧出水点流量锐减，说明钻孔sw7揭露的裂隙与出水点裂隙一致，且该裂隙在垂向上继续往深部延伸。

3.2 大辛河渗漏情况

在临近工程的大辛河自南向北布设了5个测流断面，其中断面1～断面4的河床标高高于场平标高，处于工程南边界往北329m的范围内。断面1至断面4的流量从1541.85m3/h逐渐减小至853.57m3/h，但断面5的流量增大至1578.94m3/h，其中断面2至断面3区间渗漏量为383.83m3/h，占总渗漏量的55.8%，渗漏明显。因此，在河床标高高于场平标高时河水存在渗漏，与工程相应位置挡土墙泄水孔的出流情况一致，各断面测流结果见表1。

挡土墙泄水孔的总出水量为8.72m3/h，远小于地表水渗漏量，考虑工程区东侧岩溶水富水性极差且地连墙进入完整灰岩0.5m，大辛河从东侧一线补给工程区地下水的可能性很小。为分析大辛河河水补给工程区地下水的途径，实施1组示踪试验，投源点位于大辛河测流断面1。判定检出钼离子的标准为检出浓度大于背景值的3倍，且连续出现3次以上，在峰值出现后的衰减阶段，浓度仍高于背景值则视为检出，否则视为未检出。本次示踪试验分两期进行，第一期持续6d，第二期持续5d，前两天分别在9时、12时和15时取样，此后每天分别在9时、15时取样，共取得样品132件。根据检测结果绘制的各检出点钼离子浓度历时曲线，可分为单峰型和双峰型两类，见图4（时间为0时各检出点钼离子浓度为本底值）。

投源后，绝大多数示踪剂沿着河水向下游运移，因此在测流断面3处的初始检出浓度较高，见图4（a）。其余检出点钼离子浓度曲线可分为两类：雨水沟、sw4和sw8钼离子浓度曲线为单峰型，说明这些检出点有且仅有一条通道接受钼离子；各检出点峰值出现的时间和浓度不同，表明不同检出点接受钼离子的通道存在差异。从浓度上看，除投源点外，雨水沟浓度明显高于其余各检出点，2h内便检测到钼离子，峰值浓度为396.43μg/L，其后续钼离子浓度变化趋势与大辛河一致，这与河水从泄水孔直接流出有关。sw4、sw8分别在投源266、24h后检测到钼离子浓度峰值，二者接受钼离子的通道唯一，但考虑岩溶裂隙发育的不均匀性，无法通过示踪试验判断其补给来源及路径。出水点和积水点钼离子浓度曲线为双峰型，且第一峰值浓度均大于第二峰值浓度，表明二者接受钼离子的通道至少有两条，其中第一通道径流速度较快。出水点和积水点钼离子峰值浓度存在差异，但浓度变化趋势基本一致，表明二者接受钼离子的通道相同。

结合岩溶裂隙发育特征进行判断，出水点、sw7、积水点接受大辛河河水补给，即大辛河对工程区地下水的补给作用明显。大辛河河水沿着岩溶裂隙进入出水点所在的裂隙，进而流入工程区补给地下水。鉴于本次试验期间年降水量（581.8mm）与工程建设期间的（526.4mm）相差不大，而出水点的出水量则从324.00 m3/d增大至739.92m3/d，可以认为大辛河对出水点的补给量约为415.92m3/d，占出水点总出水量的56.21%。

3.3 水化学特征

根据水化学特征可以得到岩溶水系统的重要信息，辅助分析岩溶水的补径排特征[23-26]，因此对主要采样点进行水质简分析，可将采样点水质分为A、B、C三类，见图5。A组为HCO3·SO4-Ca型水，包含大辛河和出水点，水质类别为Ⅱ类。出水点接受山体侧向径流和大辛河河水补给，且大辛河补给量占比较大。

4 成因与控制措施

4.1 地下水补径排条件

1）南侧山体浅层岩溶水侧向径流补给。工程区整体岩溶裂隙不发育，富水性差，25～45m范围内灰岩相对完整，同时考虑炒米店组灰岩的岩溶发育特征，深层岩溶水顶托补给工程区地下水的可能性极小。工程区南侧sw7揭露的岩溶裂隙发育段累计厚度大，且揭露了北东向垂向裂隙，直接接受南侧山体岩溶水的径流补给。这条裂隙起自山体内部，经出水点、sw7进入工程区，影响工程区地下水位，是一条自南向北的主要补给通道。推测补给通道位置见图6，南侧山体浅层岩溶水对工程区地下水的补给作用见图7。

2）大辛河补给。虽然工程区南边界以北329m范围内大辛河河床标高高于场平标高，但工程区临近大辛河一侧的岩溶水富水性极差，说明该工程通过设置插入完整中风化石灰岩的地连墙，有效阻隔了地表水直接进入工程区的浅部岩溶裂隙和碎石层，使得大辛河河水绕过地连墙补给工程区地下水的可能性极小。

大辛河补给工程区地下水的途径有两处：一是出水点，二是雨水沟。其中，出水点处接受河水的直接补给，河水的补给量占出水点出流总量的56.21%，河水通过出水点—sw7—积水点的径流通道进入工程区补给地下水。由于河水水量较大，因此裹挟浅层岩溶水的河水沿南北向径流通道流至工程区后，在水头压力的作用下，在上覆碎石层的岩溶裂隙处越流补给孔隙水。

此外，部分河水汇入雨水沟，与挡土墙泄水孔出流的河水汇集后通过碎石层下渗补给工程区内地下水。工程区地下水在接受补给后，沿第四系碎石层自南向北径流排泄，并在场平标高低于大辛河河床标高的范围内（全长249m）排泄补给河水，但工程挖除了碎石层且局部分布有一层高3m的地下室，进一步加大了对地下径流的阻挡，使得地下水流动缓慢、排泄不畅。

总而言之，地下结构对地下水流动具有显著影响[13，27]。工程建设前工程区碎石与河床底部碎石相连，工程区中南侧碎石平均厚度为12.6m，大辛河作为一条季节性山洪河道，雨后形成的地表径流一方面沿着河床排泄，另一方面沿着碎石层渗漏补给周边孔隙水后向下游流动排泄。工程本身处于山坡，第四系厚度自南向北逐渐增厚，南侧灰岩裸露，大气降水沿着灰岩裂隙下渗补给浅层岩溶水，向北流动排泄。但随着工程建设，碎石层平均厚度减少至5.8m，南侧山体被挖除7.36～44.00m，影响了浅层岩溶水原本的径流通道。与此同时，工程的基础结构以及挡土墙阻挡了地下水的径流通道，导致工程区地下水排泄不畅。工程区地下水接受大辛河河水的持续补给后，在径流通道被阻挡破坏的情况下，最终导致地下水位升高。

4.2 地下水位控制措施

根据对该工程建成后地下水位升高成因的分析，为缓解工程区地下水位过高的情况，针对性提出地下水位控制方案，即雨水沟改造：增大雨水沟的集蓄能力、减小甚至消除雨水沟的下渗功能，对雨水沟进行防渗处理，同时扩宽、加深雨水沟，收集出水点和泄水孔流出的水并排泄至工程区外。控制方案实施后，工程区地下水抽排时间由原本的5min延长至120min，地下水位升高速率从最初的2.4m/h降低至0.1m/h，有效延缓了水位上升，控制了地下水位的升高。

5 结论

围绕济南龙洞片区某工程建成后地下水位升高的现象，综合分析了地下水的补径排条件：该工程区地下水接受南侧山体浅层岩溶水侧向径流和大辛河河水补给；南侧出水点揭露的垂向山体裂隙是主要的工程区地下水补给通道，该北东向裂隙进一步向工程区及地层深部延伸，总体上为出水点—sw7—积水点一线；大辛河是工程区地下水最主要的补给源，大部分通过出水点揭露的岩溶裂隙进入工程区，补给量占出水点出流总量的56.21%，少部分河水通过汇入雨水沟下渗补给工程区地下水；自工程南边界以北329m范围，场平标高低于大辛河河床标高，该段河水渗漏明显，对工程区地下水存在补给作用；在场平标高高于大辛河河床标高的区域（全长249m），工程区地下水沿着碎石层向下游流动排泄并补给河水。

根据该工程建成后地下水位升高成因的分析，针对性提出地下水位控制的雨水沟改造方案，控制方案实施后，工程区地下水位升高速率从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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【责任编辑 吕艳梅】