敖頭水庫庫尾石河村浸沒影響預測及評價

2012-11-15 07:15:12張力春孫香泰

黑龍江水利科技 2012年10期

張力春，孫香泰

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

敖頭水庫區兩岸大部分地區由低山前緣斜坡和山前傾斜臺地構成，山體寬厚，不存在浸沒問題。水庫區河左岸的石河北村，含水層上覆黏土層厚2.5～4 m，地下水位埋深3.1～4.0 m，不存在浸沒問題。

水庫區河右岸的石河村座落在山市河入海浪河處的海浪河一級階地部位，地面高程為265～272 m。上部為低液限黏土、含細粒土細砂，下部卵石混合土層，有產生浸沒的可能性。通過對石河村的水文地質情況分析，應用數值法進行浸沒影響預測及評價。

1 浸沒區基本概況

石河村處在海浪河右岸階地上，地勢東南高西北低，地表呈微波狀起伏，總體傾向于河床。地面高程在262.82～270.40 m，地面坡降為4‰ ～6‰;據民井和坑探調查，上部為低液限黏土，厚0.00～4.00 m，透水性微弱;含細粒土細砂，厚 1.70～4.00 m，透水性中等;下部為卵石混合土，厚2.3～3.7 m，其滲透系數在50～70 m/d。地下水類型為孔隙潛水，平水期水位埋深在2.0～4.2 m，豐水期水位埋深0.4～3.3 m，水位年變幅為2.00 m左右。地下水主要補給來源為降水入滲補給，排泄項主要為蒸發排泄、人工開采。本區地下水與海浪河有密切的水力聯系，豐水期大多數地段河水補給地下水，枯水期地下水補給河水。地下水動態類型為降雨入滲—徑流—蒸發型。

根據前期已有坑探及民井調查資料，含水層主要由卵石混合土組成。隔水底板(基巖面)埋深在4.50～7.45 m，高程在 258.32～258.6 5m，近于水平。

2 預測方法

本次計算采用美國Brigham Young大學的環境模型研究實驗室和美國軍隊排水工程試驗工作站開發的三維地下水流數值模擬系統GMS4.0(Groundwater Modeling System)軟件，該軟件除包含 MODFLOW、FEMWATER、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、MOD-PATH、SEEP2D、NUFT、UTCHEM 等主要計算模塊外，還包含 PEST、UCODE、MAP、BoreholeData、TINs、Solid等輔助模塊，是迄今為止功能最齊全的地下水模擬軟件包之一，它具有良好的使用界面，強大的前處理、后處理功能及優良的三維可視效果。本次模擬所用的主要是MODFLOW模塊。

其求解方法是在計算區域內采用矩形剖分和線性插值，應用迦遼金有限差分法將上述數學模型離散為有限單元方程組，編制計算程序，用以求解。同時應用軟件對計算區進行單元自動剖分和數據的自動采集，包括各結點的含水層頂、底板高程、水位等大量數據的自動插值，在確保計算精度的基礎上，極大地提高了工作效率。

3 水文地質模型概化

3.1 計算目的含水層

本次計算的目的含水層為第四系孔隙潛水含水層。

3.2 含水層水力特征的概化

在研究區內，孔隙潛水在天然狀態下的水力坡度均不大，一般均＜1/1000，滲流基本符合達西定律;水流形式概化為平面二維流，在目前和水位預報期內均為非穩定流運動。計算區潛水運動的數學模型可概化為非均質、各向同性、非穩定、二維地下水流模型。

3.3 計算區邊界的概化

3.3.1 潛水含水層的側向邊界概化

在研究區南部，孔隙潛水含水層與基巖區相鄰，基巖主要為流紋斑巖質凝灰熔巖、英安玢巖，滲透性弱，故此段邊界概化為隔水邊界;北部以常年有水的河流海浪河為界，并為潛水的排泄邊界，概化為已知水頭的一類邊界;東西邊界有地下水位資料，將其概化為已知水位的一類邊界。

3.3.2 含水層垂向邊界概化

潛水含水層的上部邊界為水量交換邊界，有降水入滲、河道滲漏、灌溉滲漏(井灌、渠灌)和潛水的蒸發及人工開采;下部邊界在單一含水層分布區，下面直接與基巖接觸，透水性很小，則概化為隔水邊界。

4 數學模型的建立

計算區地下水運動的數學模型可概化為非均質、各向同性、非穩定、二維地下水流模型，孔隙潛水含水層的數學模型:

式中:K為潛水含水層滲透系數，m/d;μ為潛水含水層給水度;H0為潛水水位，m;B為含水層底板標高，m;Qr為入滲補給強度，m/d;Qd為排泄強度(包括開采)，m/d;h0為初始水位，m;h1為研究區一類邊界點的水位，m;x，y為坐標，m;D為計算區范圍;Γ1為研究區一類邊界。上述偏微分方程、初始條件和一類邊界條件，共同組成定解問題。