【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 表線性實(shí)體,如河流、溝渠)和多邊形(polygon,代表面狀實(shí)體,如滲透系數(shù)分區(qū))。這些實(shí)體都有唯一標(biāo)識(shí)號(hào),能賦予屬性[49]。本次模型的計(jì)算網(wǎng)格模型見(jiàn)圖33。（5）在三維網(wǎng)格下設(shè)置Modflow的初始條件, 給定井的抽水量、河流、邊界水位變化情況,選擇計(jì)算包及迭代計(jì)算方法。在MAP模塊下,將MAP文件中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到Modflow中,該步實(shí)現(xiàn)了有限差分方程中的源匯項(xiàng)的轉(zhuǎn)換。(6)檢查所建模型及定解條件的給定是否正確, 不斷調(diào)整、改正后運(yùn)行Modflow進(jìn)行計(jì)算。圖31 研究區(qū)實(shí)體模型圖32 研究區(qū)實(shí)體地層剖面圖33 研究區(qū)網(wǎng)格模型 模型識(shí)別與檢驗(yàn)通過(guò)對(duì)本研究區(qū)水文地質(zhì)的合理概化，建立了水文地質(zhì)的概念模型，根據(jù)這個(gè)物理的概念模型又建立與之對(duì)應(yīng)的地下水滲流數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)這一系列的高度概化和對(duì)應(yīng)模型的轉(zhuǎn)換，盡管每個(gè)階段都有理論依據(jù)，但轉(zhuǎn)換后的最終模型是否能全面、客觀地表征研究區(qū)的具體水文地質(zhì)條件和特征呢？這就需要進(jìn)行模型識(shí)別驗(yàn)證。模型的識(shí)別與檢驗(yàn)過(guò)程是整個(gè)模擬中極為重要的一步工作[50]。模型的識(shí)別是為了證明所建立的模型確實(shí)有再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)水頭和水流場(chǎng)的能力，模型所反映的這些場(chǎng)符合實(shí)際情況[51]。為此必須對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，即把模型預(yù)測(cè)的結(jié)果和通過(guò)某種試驗(yàn)或?qū)畬邮┘幽撤N影響后所得到的實(shí)際觀測(cè)曲線或一個(gè)地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)資料進(jìn)行比較，看兩者是否一致。若不一致，就要對(duì)模型進(jìn)行校正，通常要進(jìn)行反復(fù)地修改參數(shù)和調(diào)整某些源匯項(xiàng)才能達(dá)到較為理想的擬合結(jié)果。只有經(jīng)過(guò)識(shí)別校正后的模型才能初步說(shuō)它確實(shí)能代表所研究的地質(zhì)體，是實(shí)際水流系統(tǒng)的復(fù)制品了，才可以用于進(jìn)一步的計(jì)算或預(yù)測(cè)。找出模型參數(shù)完成識(shí)別的基本方法有兩大類：（1）試估校正法，人工調(diào)整參數(shù)；（2）自動(dòng)調(diào)整參數(shù)。本模型的識(shí)別與檢驗(yàn)過(guò)程采用試估校正法[52][53]。該方法預(yù)先給定一組參數(shù)的估計(jì)值，輸入模型中進(jìn)行計(jì)算，比較計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的誤差，如果誤差沒(méi)有達(dá)到精度要求，則對(duì)剛才輸入的一組參數(shù)做出調(diào)整，直到達(dá)到一定的精度時(shí)停止計(jì)算，這時(shí)所用的一組參數(shù)值被認(rèn)為是符合實(shí)際的參數(shù)值。本文數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性是通過(guò)比較計(jì)算的地下水水位與實(shí)測(cè)地下水水位的擬合程度。模型的識(shí)別和驗(yàn)證主要遵循以下原則[5456]:①模擬的地下水流場(chǎng)要與實(shí)際地下水流場(chǎng)基本一致，即要求地下水模擬等值線與實(shí)測(cè)地下水位等值線形狀相似；②模擬地下水的動(dòng)態(tài)過(guò)程要與實(shí)測(cè)的動(dòng)態(tài)過(guò)程基本相似，即要求模擬與實(shí)際地下水位過(guò)程線形狀相似；③從均衡的角度出發(fā)，模擬的地下水均衡變化與實(shí)際要基本相符；④識(shí)別的水文地質(zhì)參數(shù)要符合實(shí)際水文地質(zhì)條件。根據(jù)以上四個(gè)原則，對(duì)研究區(qū)地下水系統(tǒng)進(jìn)行了識(shí)別和驗(yàn)證。通過(guò)反復(fù)調(diào)整參數(shù)，識(shí)別水文地質(zhì)條件，確定了模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)。本次研究，由于缺乏足夠的、可以控制全區(qū)的長(zhǎng)期水位觀測(cè)資料，無(wú)法通過(guò)地下水長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)資料來(lái)識(shí)別模型，所以采用現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)期間的水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，將識(shí)別時(shí)段定為抽水試驗(yàn)期。把各觀測(cè)孔在抽水試驗(yàn)期間的水位觀測(cè)資料代入模型中，觀察各水位觀測(cè)孔的計(jì)算水位和觀測(cè)水位擬合情況，作為調(diào)整參數(shù)的依據(jù)。GMS提供了一種比較直觀的校正標(biāo)志功能，借助此功能可以在模型的平面視圖中直接查看擬合效果，如圖34。該標(biāo)志定義如下：當(dāng)模型在觀測(cè)井處求得的誤差值（計(jì)算值與觀測(cè)值之差）在設(shè)定的允許范圍內(nèi)時(shí)，該標(biāo)志顯示為綠色短條，隨著誤差的增大，其顏色將按照綠色—黃色—紅色漸變，長(zhǎng)度也變長(zhǎng)。該標(biāo)志還可以對(duì)每一口觀測(cè)井賦權(quán)重，以體現(xiàn)各個(gè)觀測(cè)井對(duì)擬合效果的貢獻(xiàn)是有差別的。利用校正標(biāo)志，可以直觀地看到各觀測(cè)井處水位擬合的一個(gè)總體情況，方便了調(diào)參工作的進(jìn)行。圖34 校正標(biāo)志校正標(biāo)志只能用來(lái)粗略的了解研究區(qū)的水位擬合情況，要想定量知道擬合效果，還要通過(guò)計(jì)算—觀測(cè)水位對(duì)比圖。本文對(duì)各含水層的水平向滲透系數(shù)和水平向滲透系數(shù)與垂直向滲透系數(shù)的比值作為需要調(diào)整的參數(shù)。在模型識(shí)別過(guò)程中，根據(jù)設(shè)定的容許誤差，遵循模型識(shí)別的原則，根據(jù)水位實(shí)測(cè)值對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)和識(shí)別，給出了兩個(gè)參數(shù)的范圍值，水位識(shí)別的結(jié)果見(jiàn)圖35～圖312。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)識(shí)別的參數(shù)計(jì)算模擬的水位線與實(shí)測(cè)水位線趨勢(shì)相同，誤差都在容許范圍內(nèi) 。圖35 第一含水層1號(hào)觀測(cè)井圖36 第一含水層2號(hào)觀測(cè)井圖37 第二含水層1號(hào)觀測(cè)井圖38 第二含水層2號(hào)觀測(cè)井圖39 第二含水層3號(hào)觀測(cè)井圖310 第二含水層4號(hào)觀測(cè)井圖311 第三含水層1號(hào)觀測(cè)井圖312 第三含水層2號(hào)觀測(cè)井 模型識(shí)別評(píng)估模型識(shí)別是通過(guò)實(shí)測(cè)水頭和模擬水頭等值線圖的對(duì)比，提供了一種看得見(jiàn)的定量方法，同時(shí)給出了識(shí)別誤差空間分布的大致信息。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料繪制的等值線圖包含了繪制引起的誤差，不宜作為識(shí)別的唯一證據(jù)，因此需要對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行定性和定量的評(píng)估。實(shí)測(cè)水頭和模擬水頭的散點(diǎn)圖是另一種顯示擬合程度的方法。各點(diǎn)對(duì)直線的偏離應(yīng)是隨機(jī)分布的。用列表法表示水頭觀測(cè)值、模擬值以及它們間的誤差值和某種誤差值的平均是展示識(shí)別結(jié)果的另一種常用方法。誤差值的平均就作為識(shí)別過(guò)程中的平均誤差。識(shí)別的目的就是使這個(gè)誤差最小。一般采用均方根（）誤差[38]來(lái)表示水頭觀測(cè)值和模擬值間誤差平方和的均值：式中：為識(shí)別值的數(shù)目。根據(jù)模型識(shí)別的結(jié)果，對(duì)各參數(shù)組合進(jìn)行識(shí)別評(píng)估，各含水層的見(jiàn)表32～表34。從表中所列的，選擇最小誤差的參數(shù)組合作為各含水層的參數(shù)值，具體值見(jiàn)表35。表32 潛水含水層模型參數(shù)識(shí)別評(píng)估匯總表Kh=,Kh/Kv=10Kh=,Kh/Kv=8Kh=,Kh/Kv=6Kh=,Kh/Kv=7Kh=,Kh/Kv=5Kh=,Kh/Kv=6Kh=,Kh/Kv=4Kh=,Kh/Kv=3S31S32Total 表33 相對(duì)弱含水層模型參數(shù)識(shí)別評(píng)估匯總表Kh=,Kh/Kv=24Kh=,Kh/Kv=24Kh=,Kh/Kv=24Kh=,Kh/Kv=24Kh=,Kh/Kv=22Kh=,Kh/Kv=22Kh=,Kh/Kv=20Kh=,Kh/Kv=20Kh=,Kh/Kv=18S41S42Total表34 承壓含水層模型參數(shù)識(shí)別評(píng)估匯總表Kh=,Kh/Kv=6Kh=,Kh/Kv=7Kh=,Kh/Kv=10Kh=,Kh/Kv=8Kh=,Kh/Kv=10Kh=,Kh/Kv=11Kh=22,Kh/Kv=8Kh=22,Kh/Kv=10Kh=22,Kh/Kv=12Kh=,Kh/Kv=16Kh=,Kh/Kv=18Kh=,Kh/Kv=22Kh=,Kh/Kv=22S11S12TotalKh=23,Kh/Kv=8Kh=,Kh/Kv=8Kh=,Kh/Kv=10Kh=,Kh/Kv=8Kh=,Kh/Kv=14Kh=,Kh/Kv=8Kh=,Kh/Kv=10Kh=,Kh/Kv=14Kh=,Kh/Kv=10Kh=,Kh/Kv=14Kh=,Kh/Kv=20Kh=24,Kh/Kv=14Kh=24,Kh/Kv=18Kh=,Kh/Kv=16Kh=,Kh/Kv=18S41S42Total表35 各含水層參數(shù)值含水層名稱（）潛水含水層6承壓含水層8104相對(duì)弱含水層24105 模型檢驗(yàn)由于識(shí)別中存在不確定性，通過(guò)識(shí)別模型得到的一組參數(shù)有可能并不精確代表現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)值，為進(jìn)一步驗(yàn)證所建立的數(shù)學(xué)模型和模型識(shí)別后確定的水文地質(zhì)參數(shù)的可靠性，需要利用已有的另外時(shí)段的地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。模擬值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值都應(yīng)在預(yù)先設(shè)定的容許誤差范圍內(nèi)一致，容許誤差應(yīng)小于擬合計(jì)算期間水位變化值的10%，在水位變化值較?。ㄐ∮?m）的情況下。[38]如所有結(jié)果顯示兩者一致，說(shuō)明模型可靠，具有實(shí)用性，可用于預(yù)報(bào)。如不一致，則必須對(duì)識(shí)別所得的上一組參數(shù)進(jìn)行修正，重新進(jìn)行識(shí)別、檢驗(yàn)，直至一組新的參數(shù)在識(shí)別和檢驗(yàn)階段都顯示模擬值和實(shí)測(cè)值兩者在預(yù)先設(shè)定的容許誤差范圍內(nèi)一致。本研究區(qū)由于缺少長(zhǎng)期觀測(cè)資料，檢驗(yàn)通過(guò)另外三組獨(dú)立的穩(wěn)定流數(shù)據(jù)來(lái)完成。圖313 第一含水層計(jì)算水位與實(shí)測(cè)水位過(guò)程線對(duì)比圖314 第二含水層計(jì)算水位與實(shí)測(cè)水位過(guò)程線對(duì)比1圖315 第二含水層計(jì)算水位與實(shí)測(cè)水位過(guò)程線對(duì)比2圖316 第三含水層計(jì)算水位與實(shí)測(cè)水位過(guò)程線對(duì)比通過(guò)對(duì)地下水計(jì)算水位（流場(chǎng)）與實(shí)測(cè)水位（流場(chǎng)）擬合誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，模型的識(shí)別與檢驗(yàn)階段全部觀測(cè)孔的水位擬合情況較好，模型的計(jì)算值與觀測(cè)井反映的實(shí)測(cè)值基本具有相同的變化趨勢(shì)。，能夠較好反映出該點(diǎn)水位動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，如圖313～圖316。說(shuō)明含水層結(jié)構(gòu)、邊界條件概化、水文地質(zhì)參數(shù)的選取及源匯項(xiàng)的確定都是合理的，所建立的數(shù)學(xué)模型能較真實(shí)地刻畫研究區(qū)地下水系統(tǒng)特征，仿真性強(qiáng)，可以利用建立的數(shù)值模型進(jìn)行地下水資源的評(píng)價(jià)。經(jīng)分析，產(chǎn)生誤差的主要來(lái)源是各源匯項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)誤差、野外觀測(cè)的水文地質(zhì)參數(shù)的誤差，還有就是水文地質(zhì)邊界的確定，也常常帶有很大的人為因素和不確定因素。另外，由于地層資料的精度問(wèn)題導(dǎo)致地層模擬的誤差。還有一點(diǎn)需要說(shuō)明的是，模型算法采用的是迭代求解，通過(guò)迭代法所得到的解，僅僅是差分方程的近似解。其精度受很多因素的影響，如選定的收斂指標(biāo)以及所用的迭代方法本身。即使每個(gè)時(shí)間段所得到的解是精確的，也僅僅是相對(duì)于在該時(shí)間段內(nèi)所建立的差分方程組而言。對(duì)于偏微分方程公式來(lái)說(shuō)，它的數(shù)值解也是近似解而已。因?yàn)橥ㄟ^(guò)有限差分法所得到的解與對(duì)應(yīng)的解析解相比，總帶有截?cái)嗾`差。一般來(lái)說(shuō)，這種截?cái)嗾`差會(huì)隨網(wǎng)格間距的增加而增加。即使是獲得了對(duì)基本偏微分方程的精確解，對(duì)于野外條件而言，這種解仍然是近似解而已。 模型預(yù)報(bào)經(jīng)過(guò)模型的識(shí)別和檢驗(yàn)，說(shuō)明所建立的模型可以作為真實(shí)地下水系統(tǒng)的代表，可以用其對(duì)未來(lái)地下水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)報(bào)。所謂預(yù)報(bào)，就是將規(guī)劃的地下水開采量和經(jīng)預(yù)測(cè)得到的地下水各種源匯項(xiàng)代入到已經(jīng)過(guò)識(shí)別和檢驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型之中，通過(guò)模型的運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)算，計(jì)算出沉井不同降水深度下的地下水位及流場(chǎng)的響應(yīng)狀況。 一類邊界的預(yù)測(cè)一類邊界處的水位受自然因素控制，在預(yù)報(bào)階段，在模型預(yù)報(bào)之前先對(duì)邊界條件做出預(yù)報(bào)。由于在橋位處沒(méi)有水文測(cè)站，缺少水文資料，因此根據(jù)鄰近測(cè)站水文資料推算了多年平均水位和五年一遇水位。由于泰州大橋處在感潮河段，所以以上水位都為高潮位，計(jì)算中間水位由程序自己插值完成。 模型中源匯項(xiàng)的預(yù)報(bào)在模型預(yù)報(bào)之前，應(yīng)先對(duì)模型中的源匯項(xiàng)做出預(yù)報(bào)，其中主要是對(duì)抽水量的預(yù)報(bào)。根據(jù)沉井施工方案，抽水井等間距的分布在沉井四周，每邊5口抽水井，共16口。抽水井與沉井間距為10m，抽水井的布置見(jiàn)圖317。圖317 研究區(qū)施工降水井布置圖 預(yù)報(bào)時(shí)段的確定根據(jù)沉井施工方案，施工降水總共分為四個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段歷時(shí)1個(gè)月，對(duì)預(yù)報(bào)時(shí)段的劃分見(jiàn)表36。表36 預(yù)報(bào)時(shí)段劃分預(yù)報(bào)時(shí)段ⅠⅡⅢⅣ經(jīng)歷的時(shí)間200831～200841200841～200851200851～200861200861～2008630 模型預(yù)報(bào)結(jié)果根據(jù)施工計(jì)劃，沉井中心處在四個(gè)時(shí)段降水深度分別為8m、13m、18m、23m，經(jīng)過(guò)模型計(jì)算預(yù)報(bào)，各抽水井的涌水量見(jiàn)表37。表37 抽水井的涌水量（單位：）抽水井標(biāo)號(hào)第Ⅰ時(shí)段涌水量第Ⅱ時(shí)段涌水量第Ⅲ時(shí)段涌水量第Ⅳ時(shí)段涌水量12504506808502250450680850325045068085042504506808505250450680850625045068085071704506808508170230350720917023035050010170230350500111702303505001217023035050013170230350500141702303507201517045068085016250450680850總涌水量32805660857011590根據(jù)《南北錨碇水文地質(zhì)勘察報(bào)告》的北錨碇基坑涌水量的估算值，當(dāng)基坑水位降至15m時(shí)，基坑內(nèi)水主要來(lái)源于第二層含水層，基坑涌水量由公式（39）計(jì)算得： （39）式中：——基坑涌水量，； ——基坑水位降深，； ——潛水含水層厚度，； ——滲透系數(shù)， ——基坑影響半徑，； ——基坑