淺談基于GMS的水文地質(zhì)參數(shù)優(yōu)化

■賈建江 賀根義 李續(xù)續(xù)

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊新疆昌吉820000）

淺談基于GMS的水文地質(zhì)參數(shù)優(yōu)化

■賈建江 賀根義 李續(xù)續(xù)

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊新疆昌吉820000）

近年來，水文地質(zhì)觀測得到水文地質(zhì)工作者的關(guān)注。該文運用GMS的Mod flow模塊建立研究區(qū)域的水文地質(zhì)模型，并運用PEST模塊根據(jù)現(xiàn)有觀測孔數(shù)據(jù)優(yōu)化水文地質(zhì)參數(shù)。根據(jù)研究區(qū)域三口抽水井數(shù)據(jù)，利用Aquifer test軟件計算水文地質(zhì)參數(shù)。通過GMS優(yōu)化后的參數(shù)與計算所得參數(shù)的對比，表明優(yōu)化后的參數(shù)符合模擬區(qū)域的實際情況。這種方法的優(yōu)點在于能夠充分把握區(qū)域的整體性，自動優(yōu)化參數(shù)。

GMS Aquifer TEST 概念模型 參數(shù)優(yōu)化

1 引言

水文地質(zhì)參數(shù)是反映含水層性能的指標，是進行各種水文地質(zhì)計算不可缺少的數(shù)據(jù)。水文地質(zhì)參數(shù)的準確與否直接影響到對區(qū)域水文地質(zhì)情況的認識。目前求水文地質(zhì)參數(shù)的方法主要有:經(jīng)驗數(shù)據(jù)法、經(jīng)驗公式法、室內(nèi)試驗法和野外試驗法。抽水試驗是求水文地質(zhì)參數(shù)比較有效的一種方法，相比其他方法有較高的精確性，但這種方法只能求得有限范圍的參數(shù)，并且未反映出滲透性大小的區(qū)域性特點。而數(shù)值法求得的參數(shù)就有效地避免了這個缺陷，并且能對參數(shù)做更合理的優(yōu)化。地下水系統(tǒng)概念提出后，使得人們在解決大型的、復雜的地下水問題時，越來越多的運用概念模型成為可能。用概念模型描述地下水流時，必須有一個能描述這類地下水運動規(guī)律的偏微分方程、各種參數(shù)及相應(yīng)的定解條件。GMS軟件在模擬地下水流中漸漸突顯其強大的優(yōu)勢，GMS軟件幾乎可以用來模擬與地下水相關(guān)的所有水流和溶質(zhì)運移問題。

2 Aquifer TEST求解參數(shù)

Aquifer Test是由Waterloo Hydrogeologic公司研發(fā)的專門處理抽水試驗與微水試驗的軟件。這款軟件整合了最新的抽水試驗與微水試驗數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在應(yīng)用Theis、Jacob、Neuman等方法處理野外數(shù)據(jù)時，尤其表現(xiàn)出其強大的數(shù)據(jù)處理能力。傳統(tǒng)的配線法、直線圖解法由于人為誤差而會得到不同的結(jié)果，Aquifer Test的自動擬合功能彌補了這個缺陷，它集成的微分分析、趨勢校正等功能使抽水試驗數(shù)據(jù)分析更加快捷、準確。研究區(qū)域為潛水含水層，共布設(shè)了三口抽水井，進行3個落程的抽水，之后進入水位恢復階段，抽水試驗為定流量抽水，抽水量60m3/h，用Neuman法求取水文地質(zhì)參數(shù)。

圖1 研究區(qū)示意

3 建立模型

根據(jù)研究區(qū)域23個觀測孔和3個抽水孔資料建立水文地質(zhì)概念模型。鉆孔資料顯示，上覆第四系地層厚約30m，其下部為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r。由鉆孔數(shù)據(jù)插值建立區(qū)域模型。邊界BC、AD為天然隔水邊界，河流與地下水有較好的水力聯(lián)系，邊界AB、CD概化為第一類邊界。因此，根據(jù)給出的條件描述這一潛水流的數(shù)學模型

為:

式中:K為滲透系數(shù);h為水頭;W為單位時間、單位面積上的垂向補給量;P為單位面積上的抽水流量;t為時間。

4 模型運算結(jié)果

4.1 初始運行結(jié)果

劃分好各系數(shù)區(qū)域，并將水頭值、滲透系數(shù)、補給系數(shù)等導入到概念模型后，就可以運行模型進行模擬運算了。在初步給定滲透系數(shù)、補給系數(shù)、水頭等參數(shù)的情況下運算，得到未進行識別校正的等水頭線圖，此時，我們建立的模型是否能真正代表所研究的地質(zhì)體還不確定，模型中出現(xiàn)的參數(shù)還不一定能確切表述模型的狀態(tài)。為此，必須對建立的概念模型進行識別校正，以確保通過校正后模型能夠最大化代表實際的地質(zhì)體。

4.2 識別校正后的結(jié)果

水文地質(zhì)參數(shù)經(jīng)過識別校正后，水頭觀測值與模型計算值之間的差值明顯減少了很多，所列出的部分觀測孔的對照值，可以看出差值最大不超過0.38m。計算值更加趨近于實測值。由圖可以看出，識別校正前各觀測點偏離中線較遠，計算值與觀測值差別較大，較正后各點集中在中間線兩側(cè)，分布更加均勻，且距離較近，因為計算值與觀測值相差更小，識別后的水頭值較較正前更加接近觀測值的真實水頭值，較正后的模型能較為準確的代表真實情況。較正后各個滲透系數(shù)分區(qū)與降雨補給分區(qū)的優(yōu)化參數(shù)值，其中1#抽水井位于滲透系數(shù)分區(qū)Ⅴ，2#抽水井位于滲透系數(shù)分區(qū)Ⅱ，3#抽水井位于滲透系數(shù)分區(qū)Ⅵ。取出各分區(qū)的優(yōu)化滲透系數(shù)值作為各抽水井的滲透系數(shù)?？梢钥闯?，由抽水試驗數(shù)據(jù)計算出的滲透系數(shù)與GMS優(yōu)化后的滲透系數(shù)相交較小。

5 小結(jié)

（1）根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件，建立了區(qū)域概念模型，并初步利用GMS繪制了等水頭線圖。

（2）AquiferTest在求取水文地質(zhì)參數(shù)方面表現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢，對抽水試驗數(shù)據(jù)準確性有較高的要求，所求得的參數(shù)基本與研究區(qū)的巖性特點相符合。

（3）運用PEST優(yōu)化已有的水文地質(zhì)參數(shù)，優(yōu)化后的參數(shù)導入模型后已能夠代表實際的地質(zhì)體。

［1］ 曹劍峰，遲寶明，王文科，等.專門水文地質(zhì)學.北京:科學出版社，2006

［2］ 吳吉春，薛禹群.地下水動力學.北京:中國水利水電出版社，2009

［3］ 李培超.地面沉降變形非線性完全耦合數(shù)學模型.河海大學學報 (自然科學版). 2011，39(6):665～670

［4］ 杜守營，鹿 帥，杜尚海.基于GMS的地下水流數(shù)值模擬及參數(shù)敏感性分析.中國農(nóng)村水利水電，2013， (08):77～80

P641.4+3[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-192-2

賈建江（1988～），男，研究方向為水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方面。