Visual Modflow在水資源論證中的應(yīng)用探討

嚴(yán)芳芳

（菏澤市水文中心，山東 菏澤274000）

中宏工貿(mào)有限公司取用地下水，需要進(jìn)行建設(shè)項目水資源論證，以申請取水許可。在進(jìn)行水資源論證時，最佳取水方案的制定及取水可靠性和影響范圍的量化分析是重點難點。本次基于Visual Modflow，建立項目廠區(qū)附近地下水?dāng)?shù)學(xué)模型，根據(jù)項目取水需求制定開采方案進(jìn)行數(shù)值模擬，直觀地展示出影響區(qū)域及影響程度。

1 區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

區(qū)域全部為第四系松散沉積物覆蓋，出露上更新統(tǒng)（Q3）和全新統(tǒng)（Q4），是河流沖洪積物構(gòu)成，厚度由南向北逐漸增厚，相應(yīng)巖石的粒度由粗變細(xì)，巖石層次逐漸增多，堆積物類型由簡單變復(fù)雜。

項目區(qū)主要含水層為第四系松散巖類孔隙水含水巖組，該項目取水井含水層為全新統(tǒng)沖積孔隙含水層（QY），地層具二元結(jié)構(gòu)，上部為砂質(zhì)黏土或黏質(zhì)砂土夾姜石及砂礫石透鏡體，底部為砂礫石。似層狀姜石層及砂礫石層是淺層地下水的主要含水層，其透水性和富水性較好，單井涌水量一般300～1 000 m3/d。目的含水層主要接受大氣降水入滲補給和河道垂向測滲補給，同時接受區(qū)外的側(cè)向徑流補給及農(nóng)田灌溉回歸補給。

2 抽水試驗

Visual Modflow的應(yīng)用，需要項目區(qū)的滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)，為此進(jìn)行了單孔及群孔抽水試驗。

2.1 單孔抽水

項目廠區(qū)現(xiàn)有自備井5眼，周邊選取觀測孔5眼。2014年7月21日，以該公司1#自備井作為抽水井，2#作為觀測井，進(jìn)行了單井抽水試驗。單井出水量48 m3/h，抽水170 min后水位達(dá)到穩(wěn)定，抽水井最大降深14.82 m，穩(wěn)定抽水24 h，結(jié)束后25 min內(nèi)回升到抽水實驗前狀態(tài)。經(jīng)計算，滲透系數(shù)k=1.28 m/d，含水層導(dǎo)水系數(shù)為64 m2/d，抽水影響半徑為168 m，降深14.82 m,單位涌水量為0.90 L/（s·m）。

2.2 群孔抽水

單井抽水試驗結(jié)束并恢復(fù)水位后，以生產(chǎn)平均需水量及最大小時需水量為基礎(chǔ)，以1#、2#、3#井為抽水井進(jìn)行了群井抽水試驗，抽水流量分別為43 m3/h、25 m3/h、25 m3/h，水井合計流量為93 m3/h。群井抽水持續(xù)時間62 h，在3眼供水井同時開采的情況下，東西影響距離為487 m，南北影響距離為550 m，影響面積為0.84 km2。

3 VisualModflow的應(yīng)用

3.1 模型建立與修正

Visual Modflow是目前應(yīng)用較廣的溶質(zhì)運移模擬評價和三維地下水流的可視化標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)軟件系統(tǒng)，主要由Modpath、Modflow、MT3D三個模塊組成，可以便捷地為各剖分單元和邊界條件進(jìn)行賦值，快速輸出模型區(qū)域和劃分計算單元，具有極強的成果可視化輸出能力。

本次對項目區(qū)域進(jìn)行了第四系含水層水文地質(zhì)模型的概化，設(shè)置為周圍無地表水體補給的邊界條件，采用有限差分法，對所模擬的區(qū)域以矩形網(wǎng)格進(jìn)行剖分，對重點區(qū)域周邊網(wǎng)格進(jìn)行加密剖分。由于廠區(qū)較小，且含水層為第四系，小范圍內(nèi)含水層橫向差別較小。采用Visual Modflow軟件，根據(jù)已有的地質(zhì)、水文地質(zhì)參數(shù)，建立均質(zhì)各向同性的三維非穩(wěn)定流模型，經(jīng)識別修正，調(diào)整滲透系數(shù)k、單位儲水系數(shù)等參數(shù)后，模擬結(jié)果與實測抽水試驗數(shù)據(jù)擬合較好。以此模型，對開采后區(qū)域地下水流場、降落漏斗等情況進(jìn)行預(yù)測分析。

3.2 最優(yōu)取水方案及取水影響

本次在滿足生產(chǎn)需水前提的條件下，對5眼開采井制定不同的開采布局，將多種開采方案導(dǎo)入Visual Modflow模型，模擬不同開采條件下的影響范圍及影響程度，以對該項目取水可能造成的不利影響進(jìn)行數(shù)據(jù)化的反應(yīng)，同時獲取對周邊環(huán)境及其他用水戶影響最小的最優(yōu)開采布局，見表1。

表1 不同開采方案影響情況

通過模擬可知：該項目在需水66.7 m3/h條件下，以1#、3#為開采井，2#、4#、5#井作為備用井定期輪流開采，設(shè)計開采流量1#為41.7 m3/h，3#為25 m3/h。該方案既能保證項目供水，又可使影響范圍遠(yuǎn)離北部其他企業(yè)。

開采井初始地下水埋深分別為：1#為23.20 m、2#為22.72 m，按設(shè)計方案開采穩(wěn)定后，東西影響半徑484 m，南北影響半徑為520 m，影響面積為0.79 km2，其中降深大于1 m的面積為0.078 km2。設(shè)計開采方案下，會造成廠區(qū)西南部8#農(nóng)用井水位下降1.5 m左右，需采取一定經(jīng)濟(jì)補償措施，但對北部企業(yè)的開采井幾乎無影響。

4結(jié)論

利用Visual Modflow軟件建立模型后，對多種開采方案進(jìn)行逐一分析驗證，選取滿足企業(yè)用水需求且影響最小的方案，并量化給出影響度數(shù)值，是一種地下取水水資源論證中實用的分析方法，對科學(xué)的水資源管理有一定的實用價值。但該模型是基于一定的假定水文地質(zhì)條件下的，在開采井的長期運行過程中，需根據(jù)真實情況調(diào)整開采方案，以降低取水影響。