洙趙新河濱湖段抽水試驗數值模擬研究

李玥璿，陳立峰，王訓詩

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

2010年，洙趙新河列入沂沭泗水系重要支流治理規劃，濱湖段（梁山閘樁號24+383以下）于2014年4月開工治理，2016年9月治理完成，治理標準為除澇5年一遇，防洪50年一遇。根據實測資料，現狀河底寬一般在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，堤身斷面基本滿足要求。

1 水文地質研究

從地質單元看，洙趙新河濱湖段分布最廣泛的是第四系魚臺組。經過資料對比分析和野外勘察，決定在G105洙趙新河橋（樁號14+200）下游右岸布設水文地質探采結合孔 （鉆孔編號為ZK01和ZK02）進行典型地層斷面的水文地質研究。具體勘測過程分為兩個部分：首先在典型地層斷面先進行鉆探取芯，然后在原地進行擴孔成井。

1.1 典型地層斷面情況

主要通過水文地質探采結合孔來揭示洙趙新河在該段的地層情況。ZK01鉆孔和ZK02鉆孔的基本情況見表1。

表1 水文地質探采結合鉆孔情況表

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均一，地層可概化為各向同性。巖芯總長為20m，主要巖體為粉質黏土，總長度為15.4m，占比為77%；其次為淤泥質黏土，總長度為2m，占比為10%；再次為粉細砂，總長度為1.7m，占比為8.5%；黏土總長度為0.9m，占比重最少，為4.5%。其巖性描述與第四系魚臺組地層相吻合。

1.2 斷面補給與排泄條件

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

1.3 斷面抽水試驗

主井及觀測孔基本情況如表2所示，以ZK01鉆孔為主井，ZK02鉆孔為觀測井，設計井深均為20m，成井擴孔孔徑為600mm，成井管材為水泥管，下置深度為20m，水泥管周圍由礫砂填護，填礫深度為0～20m，濾管長度為20m。成井完成之后洗井，直至達到抽水試驗要求。待水位穩定后進行抽水試驗，穩定水位在地表以下7.007m。

表2 抽水試驗主井及觀測孔情況表 m

本次抽水試驗為1個抽水井和1個觀測井的1個落程的潛水含水層完整井定流量非穩定流抽水試驗，同時，抽水試驗時間和降深達到了穩定流抽水試驗對穩定延續時間的要求，所以可以根據穩定流試驗參數計算方法計算滲透系數K=8.753m/d、影響半徑R=76.296m，本次試驗主要數據見表3。

2 抽水試驗數值模擬

2.1 構建典型斷面地質模型

采用GMS構建地質模型時技術路線為：采用Boreholes輸入鉆孔的勘測地層數據和指標→用TINs規整構建地質模型的圖層→導入散點或地面高程以提高地層表層的精度→用Horizons-Solids

表3 抽水實驗數據一覽表

生成可視化效果Solids地質模型，如圖1示。

圖1 典型斷面地質模型實體圖

2.2 構建典型斷面水文地質模型

采用GMS構建水文地質模型時技術路線為：采用Solids-MODFLOW將三維地質實體整體轉化為MODFLOW模型→將巖性的水文地質參數賦給MODFLOW模型→完成水文地質模型建模，如圖2示。

圖2 典型斷面水文地質模型實體圖

2.3 邊界條件和補給排泄條件

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

2.4 抽水試驗數值模擬及精度分析

通過對典型斷面實地鉆探勘測，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，綜合滲透系數為8.753m/d，灘地高程與河底高程的垂直距離為7.0m。

將數值模擬結果與實際抽水試驗相對比，模擬的抽水試驗數值模擬結果為：數值模擬的中心降深為10.840m，影響半徑為79.000m；抽水試驗的中心降深為10.895m，影響半徑為76.296m。由于受河道存在的影響，數值模擬中抽水井的影響半徑并不是一個均勻的圓形，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%，均在數值模擬允許的誤差范圍內，所概化水文地質模型可用于群井數值模擬。

3 結語

在GMS中采用MODFLOW模塊對G105洙趙新河橋斷面的抽水試驗進行了模擬。模擬實驗表明，數值模擬結果與抽水試驗結果存在一定的誤差，但是在數值模擬允許的誤差范圍內，因此所建立的數值模型可用于群井抽水試驗數值模擬，優化湖西濱湖河道施工降排水方案。

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