浅谈基于GMS的水文地质参数优化

2016-10-10贾建江贺根义李续续

地球 2016年5期

关键词：概念模型水头渗透系数

■贾建江贺根义李续续

（新疆地矿局第二水文工程地质大队新疆昌吉820000）

浅谈基于GMS的水文地质参数优化

■贾建江贺根义李续续

（新疆地矿局第二水文工程地质大队新疆昌吉820000）

近年来，水文地质观测得到水文地质工作者的关注。该文运用GMS的Mod flow模块建立研究区域的水文地质模型，并运用PEST模块根据现有观测孔数据优化水文地质参数。根据研究区域三口抽水井数据，利用Aquifer test软件计算水文地质参数。通过GMS优化后的参数与计算所得参数的对比，表明优化后的参数符合模拟区域的实际情况。这种方法的优点在于能够充分把握区域的整体性，自动优化参数。

GMS Aquifer TEST 概念模型参数优化

1 引言

水文地质参数是反映含水层性能的指标，是进行各种水文地质计算不可缺少的数据。水文地质参数的准确与否直接影响到对区域水文地质情况的认识。目前求水文地质参数的方法主要有:经验数据法、经验公式法、室内试验法和野外试验法。抽水试验是求水文地质参数比较有效的一种方法，相比其他方法有较高的精确性，但这种方法只能求得有限范围的参数，并且未反映出渗透性大小的区域性特点。而数值法求得的参数就有效地避免了这个缺陷，并且能对参数做更合理的优化。地下水系统概念提出后，使得人们在解决大型的、复杂的地下水问题时，越来越多的运用概念模型成为可能。用概念模型描述地下水流时，必须有一个能描述这类地下水运动规律的偏微分方程、各种参数及相应的定解条件。GMS软件在模拟地下水流中渐渐突显其强大的优势，GMS软件几乎可以用来模拟与地下水相关的所有水流和溶质运移问题。

2 Aquifer TEST求解参数

Aquifer Test是由Waterloo Hydrogeologic公司研发的专门处理抽水试验与微水试验的软件。这款软件整合了最新的抽水试验与微水试验数据分析技术，在应用Theis、Jacob、Neuman等方法处理野外数据时，尤其表现出其强大的数据处理能力。传统的配线法、直线图解法由于人为误差而会得到不同的结果，Aquifer Test的自动拟合功能弥补了这个缺陷，它集成的微分分析、趋势校正等功能使抽水试验数据分析更加快捷、准确。研究区域为潜水含水层，共布设了三口抽水井，进行3个落程的抽水，之后进入水位恢复阶段，抽水试验为定流量抽水，抽水量60m3/h，用Neuman法求取水文地质参数。

图1 研究区示意

3 建立模型

根据研究区域23个观测孔和3个抽水孔资料建立水文地质概念模型。钻孔资料显示，上覆第四系地层厚约30m，其下部为灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩。由钻孔数据插值建立区域模型。边界BC、AD为天然隔水边界，河流与地下水有较好的水力联系，边界AB、CD概化为第一类边界。因此，根据给出的条件描述这一潜水流的数学模型

为:

式中:K为渗透系数;h为水头;W为单位时间、单位面积上的垂向补给量;P为单位面积上的抽水流量;t为时间。

4 模型运算结果

4.1 初始运行结果

划分好各系数区域，并将水头值、渗透系数、补给系数等导入到概念模型后，就可以运行模型进行模拟运算了。在初步给定渗透系数、补给系数、水头等参数的情况下运算，得到未进行识别校正的等水头线图，此时，我们建立的模型是否能真正代表所研究的地质体还不确定，模型中出现的参数还不一定能确切表述模型的状态。为此，必须对建立的概念模型进行识别校正，以确保通过校正后模型能够最大化代表实际的地质体。

4.2 识别校正后的结果

水文地质参数经过识别校正后，水头观测值与模型计算值之间的差值明显减少了很多，所列出的部分观测孔的对照值，可以看出差值最大不超过0.38m。计算值更加趋近于实测值。由图可以看出，识别校正前各观测点偏离中线较远，计算值与观测值差别较大，较正后各点集中在中间线两侧，分布更加均匀，且距离较近，因为计算值与观测值相差更小，识别后的水头值较较正前更加接近观测值的真实水头值，较正后的模型能较为准确的代表真实情况。较正后各个渗透系数分区与降雨补给分区的优化参数值，其中1#抽水井位于渗透系数分区Ⅴ，2#抽水井位于渗透系数分区Ⅱ，3#抽水井位于渗透系数分区Ⅵ。取出各分区的优化渗透系数值作为各抽水井的渗透系数。可以看出，由抽水试验数据计算出的渗透系数与GMS优化后的渗透系数相交较小。