裂隙含水层水文地质参数反演_以黑龙江七台河市应急水源地为例.docx

Vol． 41 No． 5 Sep． 2014水文地质工程地质HYDＲOGEOLOGY ＆ ENGINEEＲING GEOLOGY第 41 卷 第 5 期2014 年 9 月裂隙含水层水文地质参数反演———以黑龙江七台河市应急水源地为例陈晓恋1 ，张美雁2 ，文 章1 ，马 瑞1 ，祁福利1 ，张烽龙3 ，李润超1 ，孙禄健1 ，柏钰春3( 1. 中国地质大学( 武汉) 环境学院，湖北 武汉430074; 2. 黑龙江省墙体改革办公室， 黑龙江 哈尔滨150036; 3. 黑龙江省九〇四水文地质工程地质勘察院，黑龙江 哈尔滨150000)摘要: 为了获取裂隙含水层水文地质参数，以黑龙江省七台河市应急水源地为例，在抽水试验和示踪试验基础上，利用 数值模拟软件 GMS( Groundwater Modeling System) 建立地下水流数值模型和溶质运移模型。通过研究溶质运移单域模型 和两区模型，发现在裂隙含水层中两区模型能更好的描述穿透曲线的拖尾现象。实例研究表明利用数值模拟方法反演 的含水层参数与解析法结果很接近，数值模拟的水均衡误差为 0. 024% ，参数可靠性较高。研究发现该地区裂隙连通性 较好，可作为应急水源地。关键词: 抽水试验; 示踪试验; 数值模拟; 两区模型; 参数反演中图分类号: P641. 2文献标识码: A文章编号: 1000-3665( 2014) 05-0032-06含水层参数是地下水资源评价、数值模拟及预报、 开发利用与保护以及科学管理的重要依据［1］。目前 评价含水层参数的方法分两类: 解析法和数值法。解 析法已被广泛应用在抽水试验和地下水长观资料基础 上求解含水层参数［2］。随着科学技术的发展，数值法 成为解决地下水问题的重要方法，数值模拟技术以其 方便、灵活和高效的特点得到广泛应用［3］，对于实际 的地下水流系统，数值模型能够比较精确地模拟实际 地下水流系统的运动状态［4 ～ 9］。黑龙江七台河应急水源地为裂隙含水层，因裂隙 通道往往窄而延伸远，但水力阻力小，渗透性好，而裂 隙间的孔隙岩块孔隙度大，是主要的储水空间。许多 研究表明: 裂隙含水系统中，60% ～ 90% 的水贮存于孔 隙岩块介质中，但孔隙小、渗透性能差，其导水系数比 裂隙介质往往小 3 ～ 4 个数量级。由于裂隙介质和孔 隙岩块介质性能的显著差别，是水流和物质在裂隙通 道和孔隙岩块中的运动和运移大大不同［10］，故常用于 描述多孔介质中溶质运移的单域模型在裂隙含水系统 中适用性不强。对于裂隙含水层，已经做了很多研 收稿日期: 2013-11-01; 修订日期: 2014-01-20基金项目: 黑龙江完达山严重缺水地区地下水勘查与供水安 全示范项目( 12120113103000 ) ; 国家自然科学基金 ( ; 中央高校基本科研业务费专项资金作者简介: 陈晓恋( 1989-) ，女，研究生，主要从事地下水数值模 拟工作。通讯作者: 文章( 1982-) ，E-mail: wenz@ cug． edu． cn究［11 ～ 12］，Samardzioska［13］等通过对不同模型的比较分 析指出两区模型在裂隙发育的情况下可以获得较为精 确的拟合结果。本文在野外抽水试验和示踪试验的基 础上，利用 GMS 软件建立水流和溶质运移模型，通过对 比溶质运移单域模型和两区模型的拟合结果，说明在裂 隙含水层中两区模型较为适用，并以数值模拟的方法分别确定了含水层的渗透系数 K、储水系数 S 及弥散度 α，探讨七台河应急水源地裂隙含水层的分布情况及结构 特征，为当地应急水源地的选取提供理论依据。1 研究区概况该区位于黑龙江省完达山区桃山水库上游约 20km 处的试验场内( 图 1) 。该区整体属低山丘陵区， 两侧为低山丘陵、中间为河谷平原，按地形变化可划分 为低山丘陵、山前台地、河谷平原和熔岩台地四种地形 地貌类型。研究区位于七台河中部断陷内，山地基岩构造破 碎带和河谷断陷盆地控制了基岩裂隙水的赋存与分 布，而风化带裂隙水虽分布广泛，但对供水意义不大， 故构造条件是本区第四系基岩裂隙水和碎屑岩类裂隙 孔隙水形成的主要因素。倭肯河平原堆积了自上更新 统以来的冲积粉质粘土、中细砂、中粗砂、砂砾石，厚度 达 20m 以上，含有丰富的孔隙潜水。但七台河市近期 干旱少雨，导致第四系孔隙水难以得到补充。研究区地下水类型主要有第四系松散岩类孔隙水、 碎屑岩类裂隙孔隙水和基岩裂隙水。从山区到河谷平 原，地下水赋存、分布总的变化规律是由埋藏条件复杂、第 5 期水文地质工程地质· 33 ·分布不均且水量贫乏的基岩裂隙水，变为埋藏条件简 单、分布稳定、富水性相对强的白垩系碎屑岩裂隙孔隙 水，工作区地下含水层的类型主要为砂岩