高承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)局部和全局靈敏度分析

楊磊 河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)

高承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)局部和全局靈敏度分析

楊磊 河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不創(chuàng)新和完善，采取有效的方案對(duì)高承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)局部和全部靈敏度進(jìn)行分析尤為重要，技術(shù)人員要明確高承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)的基本特點(diǎn)，采用三維地下水模擬，對(duì)局部和全局靈敏度進(jìn)行高承壓含水層滲透系數(shù)、水頭邊界、彈性給水研究。結(jié)果表明，水頭邊界對(duì)地下水局部以及全局的變化最為顯著，而其它的參數(shù)值影響程度相對(duì)較小，彈性給水度在影響地下水動(dòng)態(tài)的響應(yīng)時(shí)間也較為明顯，另外參數(shù)的全局靈敏度大于其他局部的總和，說(shuō)明模型總靈敏度偏大。

高承壓 部分靈敏度 全局靈敏度 彈性給水度 滲透系數(shù)

一、承壓含水層的基本特征

承壓水和自流水是同一種含水層，重力水是高承壓水層水文地質(zhì)之間的隔水層。由于兩個(gè)隔水層之間有一定壓力限制承壓水，尤其是地下水含水層透水性越好，高程壓力大，人工作業(yè)后能自流到地表。因?yàn)楦羲畬拥淖饔茫叱袎汉畬硬皇軠囟鹊挠绊?，?dòng)態(tài)較穩(wěn)定，不容易被外界污染。

二、常用的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法

不同的研究領(lǐng)域會(huì)導(dǎo)致高承壓水層靈敏度內(nèi)容有所偏差。技術(shù)人員要根據(jù)地下水?dāng)?shù)據(jù)信息制定相關(guān)的水文地質(zhì)試驗(yàn)展開(kāi)分析研究。水文地質(zhì)參數(shù)和靈敏度分析是模型參數(shù)識(shí)別中的重要組成部分，對(duì)于深入認(rèn)識(shí)研究區(qū)的水文地質(zhì)條件,驗(yàn)證及改進(jìn)地下水?dāng)?shù)值模型具有重要作用，技術(shù)人員要加大模型靈敏度的分析力度，將水文地質(zhì)理論要點(diǎn)與實(shí)際情況相互結(jié)合，使得獲取的信息數(shù)據(jù)更加真實(shí)準(zhǔn)確，有助于幫助決策者的做出合理的結(jié)果，使與地下水有關(guān)的決策失誤降到最低.靈敏度分析的主要作用包括

（一）完善和提高地下水?dāng)?shù)值設(shè)備。由于人類對(duì)高承壓含水層水文地質(zhì)認(rèn)識(shí)存在局限性、可參考的相關(guān)歷史資料有限、地下水內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，地下水?dāng)?shù)值模型中參數(shù)也存在不確定性的因素其中還包括滲透系數(shù)、彈性給水度等。技術(shù)人員要將參數(shù)對(duì)地下水?dāng)?shù)值模型的反應(yīng)程度進(jìn)行合理排序，對(duì)模型影響程度較大的參數(shù)也就會(huì)立刻找出來(lái)，能夠有效改進(jìn)和完善地下水?dāng)?shù)值模型，技術(shù)人員要做好監(jiān)測(cè)與驗(yàn)收工作。

（二）參數(shù)識(shí)別。靈敏度分析不僅可以確定參數(shù)不確定性對(duì)地下水?dāng)?shù)值模型產(chǎn)生的影響,還能判斷因參數(shù)變化造成的模型結(jié)果的變化趨勢(shì).這樣在參數(shù)識(shí)別時(shí),可重點(diǎn)考慮對(duì)結(jié)果影響較大的參數(shù),在很大程度上減少了模型參數(shù)識(shí)別的工作量,極大限度提高了地下水?dāng)?shù)值的效率。

（三）減小地下水系統(tǒng)模擬數(shù)值的偏差。根據(jù)地下水?dāng)?shù)值模型參數(shù)的不確定性程度可以決定靈敏度的精準(zhǔn)率。

三、局部靈敏度分析方法

局部靈敏度分析用于檢驗(yàn)單個(gè)參數(shù)的變化對(duì)地下水?dāng)?shù)值模擬結(jié)果的影響,分析時(shí)候只要改變一個(gè)待分析參數(shù)的值作為變量，其他參數(shù)不要變動(dòng)作為定值。因此局部靈敏度又可以成為參數(shù)固定法，它的特點(diǎn)表現(xiàn)為每次都針對(duì)一個(gè)參數(shù)作為定值，變量根據(jù)定值的變化而變化，分析地下水?dāng)?shù)值模擬結(jié)果在該參數(shù)發(fā)生變化時(shí)的變化。還有一種稱之為因子變化法,變化法則體現(xiàn)在待分析的參數(shù)增加或減少一個(gè)幅度，兩者之間可以通過(guò)相互轉(zhuǎn)化來(lái)分析局部的靈敏度。

四、全局靈敏度分析方法

全局靈敏度分析與局部靈敏度分析的區(qū)別有兩點(diǎn)，全局靈敏度在計(jì)算過(guò)程中考慮了參數(shù)的不同取值對(duì)參數(shù)靈敏度計(jì)算的影響,使結(jié)果更真實(shí)可靠。全局靈敏度分析可以計(jì)算參數(shù)間共同作用對(duì)地下水?dāng)?shù)值模型產(chǎn)生的影響及地下水?dāng)?shù)值模型的總靈敏度,為模型的參數(shù)識(shí)別提供更豐富、更全面的信息。目前國(guó)內(nèi)對(duì)地下水?dāng)?shù)值模型的參數(shù)靈敏度分析,大都采用局部靈敏度分析方法.為了進(jìn)一步研究全局靈敏度分析方法的規(guī)模，成果在不斷完善和提高。但是由于高承壓含水層全局靈敏度分析法操作存在不同程度的困難，會(huì)直接影響到地下水?dāng)?shù)值模擬中的研究成果，檢測(cè)形式回歸法則是整個(gè)環(huán)節(jié)的主要分析手段。模型的總靈敏度較小,結(jié)果比較穩(wěn)定,該數(shù)值試驗(yàn)?zāi)M能夠有效解決地下水存在到突出問(wèn)題，當(dāng)前數(shù)值模擬中使用的靈敏度分析方法缺乏針對(duì)性，主要以局部靈敏度分析為主,忽略了全局靈敏度分析的重要性，比如用參數(shù)檢測(cè)表的靈敏度檢驗(yàn)擴(kuò)展法。由于受到資料的限制,本文未進(jìn)行探討。地下水流向流速的測(cè)定，目前最常用的方法主要有三點(diǎn)法測(cè)定和人工放射性同位素單井法測(cè)定。應(yīng)驗(yàn)算抗承壓水的穩(wěn)定性驗(yàn)算，當(dāng)驗(yàn)算結(jié)果不能有效低承壓水位時(shí),主要存在如下原因：①承壓含水層具備密度大，透水性好、水量充沛、補(bǔ)給速度快的特點(diǎn)，水位大降深是十分艱巨的。②抽取的地下水為古海水，屬咸水，不能隨意排放，以防止對(duì)環(huán)境的咸化破壞。③附近大量的建筑物樁基礎(chǔ)均采用河道的砂土、圓礫和卵石層作持力層，抽取地下水一方面降低了含水層的承壓項(xiàng)托壓力，同時(shí)也將隨水帶走含水層中的大量泥砂，對(duì)建（構(gòu)）筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定性造成不良影響。通過(guò)實(shí)際探究分析表明靈敏度分析法確定水文地質(zhì)參數(shù)的方法具有一定多應(yīng)用價(jià)值，這種方法與配線法和直線法相比具有操作簡(jiǎn)單、精確度較高的優(yōu)勢(shì)特征，不容易受到人為因素的影響，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就能夠造成整個(gè)求解過(guò)程。為了提高和完善高承壓水層的不同類型的滲透程度以及靈敏度系數(shù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)來(lái)求解，進(jìn)一步解決了目前只能在前者理論和假設(shè)條件來(lái)確定高承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)問(wèn)題。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著高承壓含水層地下空間的開(kāi)發(fā)，有越來(lái)越多涉及承壓含水層的工程也在增多，比如地下隧道工程，地鐵工程等。因此技術(shù)人員要明確不同工程的基本特性，對(duì)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，還要更加重視高承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)局部和整體的靈敏度，以及針對(duì)地下水的儲(chǔ)存條件，含水層的運(yùn)作關(guān)系，承壓含水層的滲透系數(shù)和給水程度進(jìn)行提高和完善。

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