基于Visual MODFLOW边界条件对绵阳市“三江·国际丽城”Ⅱ期基坑降水工程抽水量影响分析

尹霄，马运超，刘泳伶

基于Visual MODFLOW边界条件对绵阳市“三江·国际丽城”Ⅱ期基坑降水工程抽水量影响分析

尹霄，马运超，刘泳伶

（四川省绵阳川西北地质工程勘察有限责任公司，四川 绵阳 621000）

绵阳市砂卵石地区以管井降水为主，基坑降水多采用解析解—大口井简化的方式进行降水设计，对距河流较近区，实际与计算结果偏差较大。本文基于降水工程监测数据资料，建立水文地质模型和地下水流数学模型，采用数值解方式分析边界条件对绵阳市“三江·国际丽城”Ⅱ期基坑降水工程影响，模型拟合度高，对河流边界的基坑降水工程，应考虑边界条件确定单井抽水量。

Visual MODFLOW；数值模拟；抽水量

1 Visual MODFLOW的应用

Visual MODFLOW是由加拿大 Waterloo水文地质公司在 MODFLOW 的基础上开发研制的。visual MODFLOW（1996）曾是国际上流行的三维地下水流和溶质运移模拟评价的可视化专业软件。该软件在集成 MODFLOW-96、WinPEST、T3D99、MODPATH、 MT3D 等基础上，建立了合理的 Windows 菜单界面与可视化功能，增强了模型数值的应用性。界面设计前处理、计算和后处理三大联系又相对独立模块（张洪霞和宋文，2007；沈媛媛等，2009；吴剑锋和朱学愚，2000）。本次工作利用 Visual MODFLOW 软件，建立研究区基坑降水地下水流数值模拟模型，研究地下水稳定水位变化、补给排泄量，为基坑降水设计提供模拟数据。

2 研究区工程背景

2.1 场地环境

绵阳市经开区。气候属北亚热带山地湿润季风气候区，年均降水量825.8～1417.0mm。涪江为最主要地表水系，平均流量达到572m3/s（图1）。

图1 场地分层图

2.2 工地质条件

研究区属于涪江右岸Ⅰ级阶地，地面高程425.00～495.00m。地层有第四系全新统人工堆积素填土、杂填土；第四系全新统冲洪积粉质粘土、粉土、砂土、碎石土；基岩为侏罗系上统七曲寺组泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。

2.3 水文地质条件

地下水埋深约5.00～10.00m，主要为孔隙潜水，全新统冲洪积含水层厚大于15.00m，单井涌水量2000m3/d，单井抽水试验获取渗透系数84m/d。受地表入渗、地下径流和涪江上游补给，于涪江下游排泄。稳定水位受季节影响大，枯、丰水期地下水位变幅为1.00～2.00m。

3 工程数据

基坑降水时段四周无地下水回灌、地下水抽排等影响。基坑采用潜水完整井管井降水，降水井内径300mm，井深17.50m，井间距12.00m，布置降水井30口（J01—J30），卵石土层段设置滤水管，潜水泵24小时抽水。工程降水达到稳定流时间48d，各降水井井内稳定水位采集数据见表1，总出水量约34560m3/d（降水井J07—J16单井抽水量1536m3/d，其他降水井单井抽水量960m3/d）（表1）。

表1 工程采集数据统计

4 地下水数值模拟

4.1 数学概念模型

多孔介质中地下水流动的三维有限差分数学模型可用偏微分方程来表示（薛禹群，1986）：

初始条件方程：│t=0=H∈Ω

边界条件方程：│F=∈Ω

式中：K、K、K是渗透系数在、、方向上的分量；为水头（）；为单位体积流进或流出的水量；F为已知水头边界；为已知水头边界水位（）；为时间（T）。

4.2 水文地质概念模型

将研究区概化为潜水含水层（砂卵石含水层），及下伏隔水层（基岩层），地下水主要为地表入渗、地下径流、河流侧向补给，人工抽水排泄；傍河地段接受河流侧向径流补给(反补)，河流为定水头定流量边界。

4.3 模拟范围及网格

表2 水文地质参数统计

项目第一层第二层 渗透系数(m/s)Kx9.72×10-41×10-11 Ky9.72×10-41×10-11 Kz9.72×10-51×10-12 给水度0.17-- 入渗系数0.18--

表3 涪江边界条件参数

项目起点终点 河水位（m）448437 河床底高（m）442430 河床厚度（m）0.702.50 河流渗透系数（m/s）0.1 河流宽度（m）700

根据群井影响半径599.89m，确定模型面积1.76km2。进行矩形网格剖分，网格为20m×20m，剖分55行80列，有效单元计4400个。根据地形图、岩土工程勘察资料，地面及各岩土层离散点高程采用反距离插入方式确定。

4.4 水文地质参数

垂向上，第一层为潜水含水层，概化为均质各向同性三维稳定地下水流；第二层为隔水层，相关参数见表2。

4.5 初始条件

初始水头为潜水水位，该地区地下水埋深5.00～10.00m，根据研究区范围既有井点、岩土工程勘察、地形图等资料确定离散点初始水头。

4.6 边界条件

降水区距涪江最近距离100m，对基坑降水稳定水位、排泄量、地下水等水位线影响显著，模型以涪江作为定水头定流量河流边界条件进行运算（陈葆仁和洪再吉，1988；郑环，2008；卢文喜，2003），其相关参数见表3。

4.7 均衡区建立

以基坑降水区域建立均衡区，确定均衡区补给量、河流补给量、排泄量以及降水井排泄量。

4.8 模拟结果及分析

运用Visual MODFLOW的程序包WHS迭代求解。

1） 各降水井井内模拟稳定水位（表4）；

2）均衡区补给总水量32169.34m3/d，其中河流补给水量24673.19m3/d，占总补给水量76.70%；排泄水量32169.30m3/d，降水井排泄量32064m3/d，占总排泄水量99.67%。总补给水量与总排泄水量均衡，仅差0.04m3/d，研究区处于稳定流，属正均衡状态（见图2、图3）。

表4 各降水井模拟稳定水位统计

3）地下水模拟流场与实测流场形态基本一致，地下水流向总体沿原流向，基坑降水区域为汇水区（见图4）。

5 结论

1）工程采集降水井水位降深与模拟降水井水位降深最大拟合误差为0.483m（＜0.50m），拟合度98.18%（见图5）；

2）观测降水井排泄量与模拟降水井排泄量吻合度92.78%；

3）对于距河流边界较近的基坑降水工程中河流补给水量占比较大，基坑降水工程应重视边界条件确定其单井抽水量；

4）Visual MODFLOW模拟地下水动态变化吻合度较高。

图2 均衡区补给水量与排泄水量

图3 均衡区降水井排泄量

图4 稳定流地下水位等水位

图5 稳定水位折线图

6 结语

由于水文地质资料不足，本文对水文地质参数分区不够详细；今后需进一步勘查水文地质条件，获取分布参数，提升模拟成果。

张洪霞，宋文．2007．地下水数值模拟的研究现状与展望[J]．水利科技与经济，13(11)：794-796．

沈媛媛，蒋云钟，雷晓辉，王明娜．2009．地下水数值模型在中国的应用现状及发展趋势[J]．中国水利水电科学研究院学报，7(1)：57-61．

吴剑锋，朱学愚．2000．由MODFLOW浅谈地下水流数值模拟软件的发展趋势[J]．工程勘察，（02）：12-15．

薛禹群．1986．地下水动力学原理[M]．北京：地质出版社．

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.

陈葆仁，洪再吉等．1988．地下水动态及其预测[M]．北京：科学出版社.

郑环．2008．现代地下水资源数值模拟技术研究[J]．节水灌溉，（07）：37-41.

卢文喜．2003．地下水运动数值模拟过程中边界条件问题探讨[J]．水利学报，（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，四川绵阳人，工程师，研究方向：水文地质

TU473

A

1006-0995（2021）02-0264-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.015