基于winpest反演研究降雨入渗补给量分区

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1、基于Winpest反演研究降雨入渗补给量分区　　摘要：在水文地质条件复杂地区进行地下水数值模拟时，需要对降雨入渗补给量进行主观确定，参数识别过程比较复杂。利用Modflow软件，建立了Winpest反演模型对渗透系数进行优化，并通过分析反演过程中观测孔模拟水位和实测水位的拟合情况，进行降雨入渗补给量分区优化。将该模型运用于壁板坡隧道隧址区，结果表明：研究区需先按表层出露的不同层位进行降雨入渗补给量初次分区，再对已有分区按不同高程范围进行二次分区和降雨入渗补给量优化方能实现地下水初始渗流场的高精度拟合。

2、利用Winpest反演分析方法，降低了人为设定降雨入渗补给量的盲目性，为水文地质条件复杂地区的地下水初始渗流场数值模拟提供了一种更加快捷高效的途径。关键词：地下水数值模拟；Winpest反演分析；降雨入渗补给；分区优化；壁板坡隧道中图分类号：P641文献标识码：A文章编号：16721683（2013）050103059近年来，地下水数值模拟被广泛运用于复杂水文地质背景下的地下水问题研究中，而在建立地下水数值模型过程中，模型调参工作十分关键。在水文地质条件较为复杂时，模拟范围内不同区域降雨入渗量不同，人

3、工调试降雨入渗量参数带有很大的盲目性，不但参数识别过程漫长、工作量大，而且很难实现初始渗流场的精确拟合。因此本文以水文地质条件复杂的壁板坡隧道隧址区为研究区，基于Modflow软件平台，建立相应的Winpest反演模型，通过对反演后各观测孔水位拟合差的分析进行降雨入渗补给量分区优化。1Winpest反演模型的建立Winpest反演模型是对通过Modflow建立的水文地质模型进行输入、输出数据的读取和改写来实现模型参数优化的[2]。因此基于Modflow软件平台建立反演模型包括两大步骤，一是水文地质概念

4、模型的建立，二是反演条件的设定。1.1水文地质模型建立1.1.1研究区水文地质概况壁板坡隧道隧址区位于云南与贵州接壤部位，属亚热带季风气候区，气候温和，冬干夏湿，多年平均降水量12009mm，降雨多集中在5月-10月，占年降雨量的88%。西部地形相对平缓，高原面貌保存完好，东部河流切割强烈、地形陡峻，形成山峦起伏的中山地貌。隧址区内为北北东向新华夏系构造与莲花状构造接壤地带，由一系列北北东向平行排列的开阔短轴褶曲和高角度压性逆冲断层组成，构造线大致呈南北向展布。区内强富水含水层组为碳酸盐岩裂隙岩溶含水

5、层组，包括二叠系栖霞组至茅口组（P1）和石炭系摆佐组至马坪群（C1b～C3mp）；中等富水含水层组为碳酸岩盐夹碎屑岩裂隙岩溶水，包括三叠系下统永宁镇组（T1yn）和石炭系下统大塘组（C1d）；弱富水含水层组为碎屑岩裂隙含水层组和玄武岩孔洞裂隙含水层组，前者包括三叠系下统飞仙关组（T1f）、二叠系上统宣威组（P2xn）和二叠系下统梁山组（P1l），后者为二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2β），如图1所示。区内地下水主要补给来源为大气降雨。1.1.2水文地质概念模型模型范围为一矩形，东西长13000m，南北宽

6、15000m，按照50m网格将其剖分为260行、300列，按富水性及岩溶类型将模型分为4层，其中第一层（K1）代表富水性弱的碎屑岩裂隙含水层组和玄武岩孔洞裂隙含水层组，模型中概化为隔水层；第二层（K2）和第四层（K4）都代表富水性强的碳酸盐岩裂隙岩溶含水层组，其中第二层（K2）代表以垂直入渗补给为主的裸露型岩溶含水层组，岩溶洞隙十分发育，模型中概化为强透水层，而第四层（K4）代表上覆玄武岩孔洞裂隙含水层组（K1），以水平径流为主的埋藏型岩溶含水层组，岩溶发育程度偏低，模型中概化为中强度透水层；第三层（

7、K3）代表富水性中-弱的碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙岩溶含水层组，模型中概化为弱透水层。9隧址区处于南盘江和北盘江的分水岭地带，可溶岩区（模型中的透水层部分）的地下水以分水岭为界，南西侧地下水自北向南径流，而北东侧地下水则自南向北径流，它们分别在模型的南北边界流出模拟区，因此将南北边界概化为第二类水头边界。模型左右边界为富水性贫乏的非可溶岩，在模型中概化为隔水边界。非可溶岩分布区（模型中的弱透水层和隔水层部分）的地下水主要以泉的方式排泄，由于泉流量较小，在模型中忽略不计。降雨入渗补给为地下水主要补给来源。两条

8、南北走向的高角度压性逆冲断层（F1、F2）贯穿模拟区，起着横向阻水作用，将整个模型分割成了三个独立的一级岩溶水系统，分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在模型中用隔水墙模拟记为F1、F2。而在表层出露K1、K2和K3三个模型层，见图2、图3。1.2反演初始条件设置1.2.1初始降雨入渗量研究区的年平均将雨量为1200mm，其中约88%集中在雨季，降雨入渗系数经验取值范围为5%～20%。因此在整个研究区内降雨入渗量的变动范围为：雨季53～211mm/a，旱季7～29mm/