高承压含水层水文地质参数局部和全局灵敏度分析

杨磊 河北省地矿局第三地质大队

高承压含水层水文地质参数局部和全局灵敏度分析

杨磊 河北省地矿局第三地质大队

随着科学技术的不创新和完善，采取有效的方案对高承压含水层水文地质参数局部和全部灵敏度进行分析尤为重要，技术人员要明确高承压含水层水文地质参数的基本特点，采用三维地下水模拟，对局部和全局灵敏度进行高承压含水层渗透系数、水头边界、弹性给水研究。结果表明，水头边界对地下水局部以及全局的变化最为显著，而其它的参数值影响程度相对较小，弹性给水度在影响地下水动态的响应时间也较为明显，另外参数的全局灵敏度大于其他局部的总和，说明模型总灵敏度偏大。

高承压 部分灵敏度 全局灵敏度 弹性给水度 渗透系数

一、承压含水层的基本特征

承压水和自流水是同一种含水层，重力水是高承压水层水文地质之间的隔水层。由于两个隔水层之间有一定压力限制承压水，尤其是地下水含水层透水性越好，高程压力大，人工作业后能自流到地表。因为隔水层的作用，高承压含水层不受温度的影响，动态较稳定，不容易被外界污染。

二、常用的水文地质试验方法

不同的研究领域会导致高承压水层灵敏度内容有所偏差。技术人员要根据地下水数据信息制定相关的水文地质试验展开分析研究。水文地质参数和灵敏度分析是模型参数识别中的重要组成部分，对于深入认识研究区的水文地质条件,验证及改进地下水数值模型具有重要作用，技术人员要加大模型灵敏度的分析力度，将水文地质理论要点与实际情况相互结合，使得获取的信息数据更加真实准确，有助于帮助决策者的做出合理的结果，使与地下水有关的决策失误降到最低.灵敏度分析的主要作用包括

（一）完善和提高地下水数值设备。由于人类对高承压含水层水文地质认识存在局限性、可参考的相关历史资料有限、地下水内部结构较为复杂，地下水数值模型中参数也存在不确定性的因素其中还包括渗透系数、弹性给水度等。技术人员要将参数对地下水数值模型的反应程度进行合理排序，对模型影响程度较大的参数也就会立刻找出来，能够有效改进和完善地下水数值模型，技术人员要做好监测与验收工作。

（二）参数识别。灵敏度分析不仅可以确定参数不确定性对地下水数值模型产生的影响,还能判断因参数变化造成的模型结果的变化趋势.这样在参数识别时,可重点考虑对结果影响较大的参数,在很大程度上减少了模型参数识别的工作量,极大限度提高了地下水数值的效率。

（三）减小地下水系统模拟数值的偏差。根据地下水数值模型参数的不确定性程度可以决定灵敏度的精准率。

三、局部灵敏度分析方法

局部灵敏度分析用于检验单个参数的变化对地下水数值模拟结果的影响,分析时候只要改变一个待分析参数的值作为变量，其他参数不要变动作为定值。因此局部灵敏度又可以成为参数固定法，它的特点表现为每次都针对一个参数作为定值，变量根据定值的变化而变化，分析地下水数值模拟结果在该参数发生变化时的变化。还有一种称之为因子变化法,变化法则体现在待分析的参数增加或减少一个幅度，两者之间可以通过相互转化来分析局部的灵敏度。

四、全局灵敏度分析方法

全局灵敏度分析与局部灵敏度分析的区别有两点，全局灵敏度在计算过程中考虑了参数的不同取值对参数灵敏度计算的影响,使结果更真实可靠。全局灵敏度分析可以计算参数间共同作用对地下水数值模型产生的影响及地下水数值模型的总灵敏度,为模型的参数识别提供更丰富、更全面的信息。目前国内对地下水数值模型的参数灵敏度分析,大都采用局部灵敏度分析方法.为了进一步研究全局灵敏度分析方法的规模，成果在不断完善和提高。但是由于高承压含水层全局灵敏度分析法操作存在不同程度的困难，会直接影响到地下水数值模拟中的研究成果，检测形式回归法则是整个环节的主要分析手段。模型的总灵敏度较小,结果比较稳定,该数值试验模拟能够有效解决地下水存在到突出问题，当前数值模拟中使用的灵敏度分析方法缺乏针对性，主要以局部灵敏度分析为主,忽略了全局灵敏度分析的重要性，比如用参数检测表的灵敏度检验扩展法。由于受到资料的限制,本文未进行探讨。地下水流向流速的测定，目前最常用的方法主要有三点法测定和人工放射性同位素单井法测定。应验算抗承压水的稳定性验算，当验算结果不能有效低承压水位时,主要存在如下原因：①承压含水层具备密度大，透水性好、水量充沛、补给速度快的特点，水位大降深是十分艰巨的。②抽取的地下水为古海水，属咸水，不能随意排放，以防止对环境的咸化破坏。③附近大量的建筑物桩基础均采用河道的砂土、圆砾和卵石层作持力层，抽取地下水一方面降低了含水层的承压项托压力，同时也将随水带走含水层中的大量泥砂，对建（构）筑基础的稳定性造成不良影响。通过实际探究分析表明灵敏度分析法确定水文地质参数的方法具有一定多应用价值，这种方法与配线法和直线法相比具有操作简单、精确度较高的优势特征，不容易受到人为因素的影响，利用计算机系统就能够造成整个求解过程。为了提高和完善高承压水层的不同类型的渗透程度以及灵敏度系数计算标准来求解，进一步解决了目前只能在前者理论和假设条件来确定高承压含水层水文地质参数问题。

五、结语

随着高承压含水层地下空间的开发，有越来越多涉及承压含水层的工程也在增多，比如地下隧道工程，地铁工程等。因此技术人员要明确不同工程的基本特性，对水文地质结构进行分析研究，还要更加重视高承压含水层水文地质参数局部和整体的灵敏度，以及针对地下水的储存条件，含水层的运作关系，承压含水层的渗透系数和给水程度进行提高和完善。

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