基于Visual MODFLOW邊界條件對綿陽市“三江·國際麗城”Ⅱ期基坑降水工程抽水量影響分析

尹霄，馬運超，劉泳伶

基于Visual MODFLOW邊界條件對綿陽市“三江·國際麗城”Ⅱ期基坑降水工程抽水量影響分析

尹霄，馬運超，劉泳伶

（四川省綿陽川西北地質工程勘察有限責任公司，四川 綿陽 621000）

綿陽市砂卵石地區以管井降水為主，基坑降水多采用解析解—大口井簡化的方式進行降水設計，對距河流較近區，實際與計算結果偏差較大。本文基于降水工程監測數據資料，建立水文地質模型和地下水流數學模型，采用數值解方式分析邊界條件對綿陽市“三江·國際麗城”Ⅱ期基坑降水工程影響，模型擬合度高，對河流邊界的基坑降水工程，應考慮邊界條件確定單井抽水量。

Visual MODFLOW；數值模擬；抽水量

1 Visual MODFLOW的應用

Visual MODFLOW是由加拿大 Waterloo水文地質公司在 MODFLOW 的基礎上開發研制的。visual MODFLOW（1996）曾是國際上流行的三維地下水流和溶質運移模擬評價的可視化專業軟件。該軟件在集成 MODFLOW-96、WinPEST、T3D99、MODPATH、 MT3D 等基礎上，建立了合理的 Windows 菜單界面與可視化功能，增強了模型數值的應用性。界面設計前處理、計算和后處理三大聯系又相對獨立模塊（張洪霞和宋文，2007；沈媛媛等，2009；吳劍鋒和朱學愚，2000）。本次工作利用 Visual MODFLOW 軟件，建立研究區基坑降水地下水流數值模擬模型，研究地下水穩定水位變化、補給排泄量，為基坑降水設計提供模擬數據。

2 研究區工程背景

2.1 場地環境

綿陽市經開區。氣候屬北亞熱帶山地濕潤季風氣候區，年均降水量825.8～1417.0mm。涪江為最主要地表水系，平均流量達到572m3/s（圖1）。

圖1 場地分層圖

2.2 工地質條件

研究區屬于涪江右岸Ⅰ級階地，地面高程425.00～495.00m。地層有第四系全新統人工堆積素填土、雜填土；第四系全新統沖洪積粉質粘土、粉土、砂土、碎石土；基巖為侏羅系上統七曲寺組泥質粉砂巖、粉砂質泥巖。

2.3 水文地質條件

地下水埋深約5.00～10.00m，主要為孔隙潛水，全新統沖洪積含水層厚大于15.00m，單井涌水量2000m3/d，單井抽水試驗獲取滲透系數84m/d。受地表入滲、地下徑流和涪江上游補給，于涪江下游排泄。穩定水位受季節影響大，枯、豐水期地下水位變幅為1.00～2.00m。

3 工程數據

基坑降水時段四周無地下水回灌、地下水抽排等影響。基坑采用潛水完整井管井降水，降水井內徑300mm，井深17.50m，井間距12.00m，布置降水井30口（J01—J30），卵石土層段設置濾水管，潛水泵24小時抽水。工程降水達到穩定流時間48d，各降水井井內穩定水位采集數據見表1，總出水量約34560m3/d（降水井J07—J16單井抽水量1536m3/d，其他降水井單井抽水量960m3/d）（表1）。

表1 工程采集數據統計

4 地下水數值模擬

4.1 數學概念模型

多孔介質中地下水流動的三維有限差分數學模型可用偏微分方程來表示（薛禹群，1986）：

初始條件方程：│t=0=H∈Ω

邊界條件方程：│F=∈Ω

式中：K、K、K是滲透系數在、、方向上的分量；為水頭（）；為單位體積流進或流出的水量；F為已知水頭邊界；為已知水頭邊界水位（）；為時間（T）。

4.2 水文地質概念模型

將研究區概化為潛水含水層（砂卵石含水層），及下伏隔水層（基巖層），地下水主要為地表入滲、地下徑流、河流側向補給，人工抽水排泄；傍河地段接受河流側向徑流補給(反補)，河流為定水頭定流量邊界。

4.3 模擬范圍及網格

表2 水文地質參數統計

項目第一層第二層 滲透系數(m/s)Kx9.72×10-41×10-11 Ky9.72×10-41×10-11 Kz9.72×10-51×10-12 給水度0.17-- 入滲系數0.18--

表3 涪江邊界條件參數

項目起點終點 河水位（m）448437 河床底高（m）442430 河床厚度（m）0.702.50 河流滲透系數（m/s）0.1 河流寬度（m）700

根據群井影響半徑599.89m，確定模型面積1.76km2。進行矩形網格剖分，網格為20m×20m，剖分55行80列，有效單元計4400個。根據地形圖、巖土工程勘察資料，地面及各巖土層離散點高程采用反距離插入方式確定。

4.4 水文地質參數

垂向上，第一層為潛水含水層，概化為均質各向同性三維穩定地下水流；第二層為隔水層，相關參數見表2。

4.5 初始條件

初始水頭為潛水水位，該地區地下水埋深5.00～10.00m，根據研究區范圍既有井點、巖土工程勘察、地形圖等資料確定離散點初始水頭。

4.6 邊界條件

降水區距涪江最近距離100m，對基坑降水穩定水位、排泄量、地下水等水位線影響顯著，模型以涪江作為定水頭定流量河流邊界條件進行運算（陳葆仁和洪再吉，1988；鄭環，2008；盧文喜，2003），其相關參數見表3。

4.7 均衡區建立

以基坑降水區域建立均衡區，確定均衡區補給量、河流補給量、排泄量以及降水井排泄量。

4.8 模擬結果及分析

運用Visual MODFLOW的程序包WHS迭代求解。

1） 各降水井井內模擬穩定水位（表4）；

2）均衡區補給總水量32169.34m3/d，其中河流補給水量24673.19m3/d，占總補給水量76.70%；排泄水量32169.30m3/d，降水井排泄量32064m3/d，占總排泄水量99.67%。總補給水量與總排泄水量均衡，僅差0.04m3/d，研究區處于穩定流，屬正均衡狀態（見圖2、圖3）。

表4 各降水井模擬穩定水位統計

3）地下水模擬流場與實測流場形態基本一致，地下水流向總體沿原流向，基坑降水區域為匯水區（見圖4）。

5 結論

1）工程采集降水井水位降深與模擬降水井水位降深最大擬合誤差為0.483m（＜0.50m），擬合度98.18%（見圖5）；

2）觀測降水井排泄量與模擬降水井排泄量吻合度92.78%；

3）對于距河流邊界較近的基坑降水工程中河流補給水量占比較大，基坑降水工程應重視邊界條件確定其單井抽水量；

4）Visual MODFLOW模擬地下水動態變化吻合度較高。

圖2 均衡區補給水量與排泄水量

圖3 均衡區降水井排泄量

圖4 穩定流地下水位等水位

圖5 穩定水位折線圖

6 結語

由于水文地質資料不足，本文對水文地質參數分區不夠詳細；今后需進一步勘查水文地質條件，獲取分布參數，提升模擬成果。

張洪霞，宋文．2007．地下水數值模擬的研究現狀與展望[J]．水利科技與經濟，13(11)：794-796．

沈媛媛，蔣云鐘，雷曉輝，王明娜．2009．地下水數值模型在中國的應用現狀及發展趨勢[J]．中國水利水電科學研究院學報，7(1)：57-61．

吳劍鋒，朱學愚．2000．由MODFLOW淺談地下水流數值模擬軟件的發展趨勢[J]．工程勘察，（02）：12-15．

薛禹群．1986．地下水動力學原理[M]．北京：地質出版社．

GHASSEMI F，MOLSON J W，FALKLAND A．1999.Three-dimensional simulation of the Home Island freshwater lens：preliminary results[J]．Environmental Modelling&Software， 14： 181-190.

陳葆仁，洪再吉等．1988．地下水動態及其預測[M]．北京：科學出版社.

鄭環．2008．現代地下水資源數值模擬技術研究[J]．節水灌溉，（07）：37-41.

盧文喜．2003．地下水運動數值模擬過程中邊界條件問題探討[J]．水利學報，（03）：33-36.

Influence Factors of Pumping Quantity in Foundation Pit Dewatering Engineering of the Second Phase Project of the Sanjiang International Beautiful City, Mianyang Based on Visual MODFLOW Boundary Condition

YIN Xiao MA Yun-chao LIU Yong-ling

(Northwest Sichuan Geological Engineering Survey Co. , Ltd., Mianyang, Sichuan 621000)

Tube well dewatering is the main method in sand-cobble area, Mianyang. Analytic solution is often used in foundation pit dewatering. Large well simplification is used for dewatering design. But there is a big deviation between the actual value and the calculated result in areas closer to the river. This paper establishes a hydrogeological model and a mathematical model of groundwater flow which are used for simulating influence factors of pumping quantity in foundation pit dewatering engineering of the second phase project of the Sanjiang International Beautiful City, Mianyang based on Visual ModFlow boundary condition.

Visual MODFLOW;numerical simulation;pumpout; foundation pit dewatering

2020-05-15

尹霄（1991— ），女，四川綿陽人，工程師，研究方向：水文地質

TU473

A

1006-0995（2021）02-0264-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.015