洙趙新河濱湖段抽水試驗(yàn)數(shù)值模擬研究

李玥璿，陳立峰，王訓(xùn)詩(shī)

（1.濟(jì)寧市洙趙新河管理處，山東 濟(jì)寧 272000；2.山東省淮河流域水利管理局，山東 濟(jì)南 250100）

2010年，洙趙新河列入沂沭泗水系重要支流治理規(guī)劃，濱湖段（梁山閘樁號(hào)24+383以下）于2014年4月開(kāi)工治理，2016年9月治理完成，治理標(biāo)準(zhǔn)為除澇5年一遇，防洪50年一遇。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，現(xiàn)狀河底寬一般在122.0～175.0m之間，河口寬在147～225.0m之間，兩岸灘地寬在12.0～65.0m 之間，河底高程 30.73～32.37m，河型較規(guī)整。堤身斷面較為完好，除局部堤段堤頂高程較低和路橋缺口外，堤身斷面基本滿(mǎn)足要求。

1 水文地質(zhì)研究

從地質(zhì)單元看，洙趙新河濱湖段分布最廣泛的是第四系魚(yú)臺(tái)組。經(jīng)過(guò)資料對(duì)比分析和野外勘察，決定在G105洙趙新河橋（樁號(hào)14+200）下游右岸布設(shè)水文地質(zhì)探采結(jié)合孔 （鉆孔編號(hào)為ZK01和ZK02）進(jìn)行典型地層斷面的水文地質(zhì)研究。具體勘測(cè)過(guò)程分為兩個(gè)部分：首先在典型地層斷面先進(jìn)行鉆探取芯，然后在原地進(jìn)行擴(kuò)孔成井。

1.1 典型地層斷面情況

主要通過(guò)水文地質(zhì)探采結(jié)合孔來(lái)揭示洙趙新河在該段的地層情況。ZK01鉆孔和ZK02鉆孔的基本情況見(jiàn)表1。

表1 水文地質(zhì)探采結(jié)合鉆孔情況表

ZK01和ZK02巖性基本相同，這表明洙趙新河濱湖段的地層巖性相對(duì)均一，地層可概化為各向同性。巖芯總長(zhǎng)為20m，主要巖體為粉質(zhì)黏土，總長(zhǎng)度為15.4m，占比為77%；其次為淤泥質(zhì)黏土，總長(zhǎng)度為2m，占比為10%；再次為粉細(xì)砂，總長(zhǎng)度為1.7m，占比為8.5%；黏土總長(zhǎng)度為0.9m，占比重最少，為4.5%。其巖性描述與第四系魚(yú)臺(tái)組地層相吻合。

1.2 斷面補(bǔ)給與排泄條件

G105洙趙新河橋斷面地處湖西黃泛沖積平原，沿線(xiàn)地勢(shì)較低，沿岸地下水屬第四系孔隙潛水或弱承壓水，主要儲(chǔ)藏于粉細(xì)砂、砂壤土及黏土層中。淺層地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，其次為灌溉回滲、地下徑流等。

1.3 斷面抽水試驗(yàn)

主井及觀(guān)測(cè)孔基本情況如表2所示，以ZK01鉆孔為主井，ZK02鉆孔為觀(guān)測(cè)井，設(shè)計(jì)井深均為20m，成井?dāng)U孔孔徑為600mm，成井管材為水泥管，下置深度為20m，水泥管周?chē)傻[砂填護(hù)，填礫深度為0～20m，濾管長(zhǎng)度為20m。成井完成之后洗井，直至達(dá)到抽水試驗(yàn)要求。待水位穩(wěn)定后進(jìn)行抽水試驗(yàn)，穩(wěn)定水位在地表以下7.007m。

表2 抽水試驗(yàn)主井及觀(guān)測(cè)孔情況表 m

本次抽水試驗(yàn)為1個(gè)抽水井和1個(gè)觀(guān)測(cè)井的1個(gè)落程的潛水含水層完整井定流量非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，同時(shí)，抽水試驗(yàn)時(shí)間和降深達(dá)到了穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)對(duì)穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間的要求，所以可以根據(jù)穩(wěn)定流試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算方法計(jì)算滲透系數(shù)K=8.753m/d、影響半徑R=76.296m，本次試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

2 抽水試驗(yàn)數(shù)值模擬

2.1 構(gòu)建典型斷面地質(zhì)模型

采用GMS構(gòu)建地質(zhì)模型時(shí)技術(shù)路線(xiàn)為：采用Boreholes輸入鉆孔的勘測(cè)地層數(shù)據(jù)和指標(biāo)→用TINs規(guī)整構(gòu)建地質(zhì)模型的圖層→導(dǎo)入散點(diǎn)或地面高程以提高地層表層的精度→用Horizons-Solids

表3 抽水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一覽表

生成可視化效果Solids地質(zhì)模型，如圖1示。

圖1 典型斷面地質(zhì)模型實(shí)體圖

2.2 構(gòu)建典型斷面水文地質(zhì)模型

采用GMS構(gòu)建水文地質(zhì)模型時(shí)技術(shù)路線(xiàn)為：采用Solids-MODFLOW將三維地質(zhì)實(shí)體整體轉(zhuǎn)化為MODFLOW模型→將巖性的水文地質(zhì)參數(shù)賦給MODFLOW模型→完成水文地質(zhì)模型建模，如圖2示。

圖2 典型斷面水文地質(zhì)模型實(shí)體圖

2.3 邊界條件和補(bǔ)給排泄條件

在研究中，將底邊界處理為隔水邊界，上邊界作為開(kāi)放邊界；將河道上下兩側(cè)側(cè)向邊界概化為定水頭邊界，即側(cè)向邊界為補(bǔ)給河道的影響邊界。通過(guò)給概化的模型高程賦值，使模型底邊界有一個(gè)在1/5000～1/10000之間的水力坡度。

2.4 抽水試驗(yàn)數(shù)值模擬及精度分析

通過(guò)對(duì)典型斷面實(shí)地鉆探勘測(cè)，洙趙新河濱湖段的含水層厚度不一，普遍為潛水，一般為5～10m，主要含水層為7.0～12.5m的薄層砂層，具中等透水性，綜合滲透系數(shù)為8.753m/d，灘地高程與河底高程的垂直距離為7.0m。

將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際抽水試驗(yàn)相對(duì)比，模擬的抽水試驗(yàn)數(shù)值模擬結(jié)果為：數(shù)值模擬的中心降深為10.840m，影響半徑為79.000m；抽水試驗(yàn)的中心降深為10.895m，影響半徑為76.296m。由于受河道存在的影響，數(shù)值模擬中抽水井的影響半徑并不是一個(gè)均勻的圓形，在此處抽水井影響半徑取在河灘地的影響半徑值。中心降深的誤差率為-0.51%，影響半徑誤差率為3.54%，均在數(shù)值模擬允許的誤差范圍內(nèi)，所概化水文地質(zhì)模型可用于群井?dāng)?shù)值模擬。

3 結(jié)語(yǔ)

在GMS中采用MODFLOW模塊對(duì)G105洙趙新河橋斷面的抽水試驗(yàn)進(jìn)行了模擬。模擬實(shí)驗(yàn)表明，數(shù)值模擬結(jié)果與抽水試驗(yàn)結(jié)果存在一定的誤差，但是在數(shù)值模擬允許的誤差范圍內(nèi)，因此所建立的數(shù)值模型可用于群井抽水試驗(yàn)數(shù)值模擬，優(yōu)化湖西濱湖河道施工降排水方案。

[1] 段青梅.西遼河平原三維地質(zhì)建模及地下水?dāng)?shù)值模擬研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2006.

[2] 沈媛媛,蔣云鐘,雷曉輝，等.地下水?dāng)?shù)值模擬中人為邊界的處理方法研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2008,06:12-15.

[3] 路瑞利,方樹(shù)星,王紅雨.基于Modflow的某水源區(qū)地下水開(kāi)采三維數(shù)值模擬[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2011,05:618-623.