济南素有“泉城”之称,古有“齐多甘泉甲于天下”的美誉。随着经济、社会发展,岩溶水开采量不断增加,并产生了一系列水环境问题,如地下水位下降、水质恶化、泉水停喷等,泉域内水化学场发生了改变。本文研究了近50年来泉域岩溶水的水化学特征,探讨了岩溶水水化学特征的时、空演化及其指示作用,揭示了东郊-市区-西郊和补给-径流-排泄方向水化学场的形成及其内在规律。研究成果对济南泉水与生态环境保护、地下水资源的合理开发利用具有重要的意义。本论文主要结论与创新如下:1、采用水文地质统计的方法,研究了20世纪50年代、80年代、90年代和2000年以后不同阶段以及东郊工业区、岩溶大泉附近和西郊水源地三个典型地段地下水中常规组分含量变化特征,认为近50年来,地下水中各组分含量呈现出先缓慢增加后急剧上升然后又到缓慢增加的变化过程,查明了地下水化学组分变化的主要贡献因子;上世纪80年代以来东郊、市区和西郊三个典型地段地下水中各组分含量增长迅速,反映人类活动对水环境影响的加剧。2、计算了地下水中主要矿物饱和指数,结合济南泉域岩溶水中常规组分等值线,分析了泉域补给区和排泄区地下水化学特征,表明补给区地下水中各种组分含量和矿物饱和指数小于排泄区,沿着地下水运动方向,越接近排泄区的末端水中矿物的饱和指数越大。根据三条典型运移途径的地下水化学组分研究表明,沿着地下水流动方向水中各组分含量不断增加,表明水动力条件对水化学成分有重要影响。3、采用单要素指标分析和趋势预测相结合,探讨岩溶水系统内部之间的水力联系。发现市区与东郊地下水中各单要素指标相关系数低,相关性较差,西郊和市区各指标相关系数较高,相关性较好,并通过东郊华能路、省勘院和西郊腊山水厂和峨眉山水厂与趵突泉水质的相关分析加以印证。首次应用空间聚类原理,对东郊工业区、西郊水源地和岩溶大泉地段部分水样点进行了分层聚类分析,聚类结果表明西郊水源地与岩溶大泉聚类效果好,东郊工业区与岩溶大泉聚类效果较差,这一结论为研究市区与东西郊的水力联系提供一新的佐证。研究表明,水化学指标对于揭示地下水系统内部水力联系有重要指示作用。同时,对东郊政法学院和西郊杨庄等异常点的分析认为,水化学场分析要结合地下水流场、地下水开采量、地层岩性等因素综合考虑。4、运用离子比例系数法计算分析认为济南泉域补给区地下水的水动力条件要明显不同于排泄区。根据PHREEQC水文地球化学作用模拟研究表明,泉域内岩溶含水系统中方解石和文石溶解与沉淀是水中Ca2+的主要来源,石膏和硬石膏的溶解所占的比例较小。研究表明,人类活动影响、含水层岩性和地下水循环条件是影响济南泉域地下水化学成分变化的三个主要因素。室内静态溶蚀实验表明岩性条件、降雨入渗大小、构造条件和地下水径流循环条件是影响地下水溶蚀作用的四个主要因素。含水层的岩性、适宜的单斜构造条件和人类活动是控制泉域岩溶水化学成分形成的主要因素。5、济南泉域地下水化学场的演化规律和形成机制揭示了济南泉水的保护必须重视水质和水量两个方面。针对水质恶化,必须治理补给径流区污染源、减少新城区排污等措施。为保持泉水持续喷涌,根据MODFLOW模型优化开采布局模拟计算,泉域允许开采量为18.5×104m3/d,同时采取人工回灌、雨洪水利用、植树造林等措施增加地下水入渗补给,并加强水资源管理和地下水动态长期监测。