渠道降排水方案优化设计.pdf

第 3 5卷第 1期 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) V o 1 ． 3 5 N o ． 1 2 0 1 4年 2月 J o u r n a l o f N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o w e r( N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) F e b ．2 0 1 4 DOI ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 2—5 6 3 4 ． 2 01 4 ． 0 1 ． 0 0 6 渠道 降排水方案优化设计 李志萍， 韩 亚，刘攀峰 ，于福荣 ( 华北 水利 水电大学， 河南 郑州 4 5 0 0 4 5 ) 摘要 ： 依据研 究区水文地质 条件 及经验公式 计算结果 ， 对 温博 Ⅱ标 渠道采 取渠道 一侧设计 管井 降排水 并提 出 3 种设计 方案． 方案 1 ： 井间距 2 5 m， 单井抽水量 4 8 0 r f l ／ d ； 方案 2 ： 井间距 3 5 r n ， 单井 抽水量 6 0 0 i n ／ d ； 方 案 3 ： 井间距 5 0 m， 单井抽水量 7 2 0 n l ／ d ． 运用 V i s u a l MO D F L O W 进行模 拟计 算 ， 通过对 3种设 计方案 的模 拟 结果进行分析 ， 在方案 2的基础上对渠道 降排水方 案进行 优化设计 ， 得 出最优 降排水方 案为 ： 渠道 断 面 c 和断面 ， J 之间井间距调整为 1 8 m， 仍采用左侧单边抽水 ， 渠道其他各处抽水井 间距仍 为 3 5 in ， 所有抽水 井 单井抽水量 均为 6 0 0 m 。 ／ d ， 总井数 3 5 7口， 抽水 3 0 d后渠道水位低于控制水位 9 8 ． 6 m． 该 降排 水设计方 案 可满足施 工要求 且经济合 理 ， 为指导工程施工提供 了重要依据． 关键词 ： 渠 道降排水 ； V i s u a l M O D F L O W 数 值模 拟 ； 降排水方案优化 中图分类号 ： T V 5 5 1 ． 4 1 2 文献标识 码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2—5 6 3 4 ( 2 0 1 4 ) 0 1— 0 0 2 6— 0 4 南水北调 中线一期工程总干渠黄河北一羡河北 段 ， 起点 位于 河南 温县境 内的穿黄 工程 末端 ， 终点 位 于 河 南 汤 阴 县 境 内 的 羡 河 倒 虹 出 口， 全 段 总 长 1 9 5 ． 2 4 9 k m． 温 博 段 ( 桩 号 1 V 0+o 0 0 — 1 V 9+1 6 0 ， Ⅳ1 O+ 5 4 0 一 Ⅳ2 8+ 5 0 0 ) 是 南水 北 调 中线 一 期 工 程 总 干渠 Ⅳ渠段 ( 黄河 北一 菱 河北 ) 的组 成 部 分 ， 位 于 Ⅳ渠段的起始端 ， 地域上属于焦作市的温县和博爱 县境 内， 总长度为 2 7 ． 1 2 k m． 此次降水 方案设 计及 模拟范围主要为温博段第二施 工标段 ( 下简称 “ 温 博段 Ⅱ标” ) ， 温博段 Ⅱ标 总干渠设计桩号为Ⅳ1 0+ 5 4 O 一 Ⅳ2 2+ 0 0 0 ， 标 段 长 度 1 1 ． 4 6 k m， 标 段 主 要 包 括长 度 为 l 1 ． 2 1 8 k m 的明渠 以及各 类建 筑物 1 5座 ． 结合 研究 区具 体 水 文 地 质条 件 ， 运 用 V i s u a l MO D F — L O W 进行模拟计算 ， 在对 3种设计方案的模拟结果 进行分析对 比的基础上 ， 对渠道降排水方案进行优 化设 计 ， 从而 确定 最优 降排水 方案 ． 1 工程水文地质条件 温博 Ⅱ标渠段属黄沁冲积平原地貌 ， 地下水开 采深度范围内地层为第 四系松散层 ， 勘探深度范 围 内的地层岩性上部为黏性土 ， 即以黄土状 重粉质壤 土 为主 、 中粉 质 壤 土 次 之 ， 含 有 轻 粉 质 壤 土 和 砂 壤 土 ； 下部为细砂或 中砂． 场区地下水可划分为第 四系 松 散层 孔 隙潜 水 和第 四系松 散层 孔 隙承压 水 ． 其 中 ， 潜 水主 要赋存 于 黄 土状 壤 土 和 粉 质壤 土 中 ， 厚 度 一 般 为 l 5～ 2 0 m， 局 部 渠段 大 于 2 0 11 3 ． 承 压 水 主要 赋 存 于 粉 细 砂 和 中砂 层 中 ， 含 水 层 埋 深 一 般 为 1 5～ 2 0 i n ， 单层厚度一般为 5～ 1 0 I n ． 根据水文地质勘探 结果 ， 承压水位高程一般 为 9 9—1 0 3 m， 和上部潜水 水位基本一致 ， 承压性不 明显或具有弱 承压性⋯． 由抽水试验结果得出上部黏性土层的综合渗透系数 建议 值 为 3 ． 5 41 0一 ～ 2 ． 5 51 0～ c m ／ s ； 下 部砂 层 渗 透系 数为 7 ． 8 71 0 c m ／ s ． 2 模型 的建立 2 ． 1水 文地 质模 型 的概 化 根 据 水 文地 质 调查 结 果 ， 此 次模 拟 的对 象是 第 四系孔隙含水层． 由于含水 层在垂直方 向上渗透性 差距 较 大 ， 因此此 次模 拟在 垂 向上 共 分为两 层 ， 上层 为 渗透 性较 弱 的黄土状 壤 土 、 粉 质黏 土 ， 厚 度 为1 5～ 2 0 m； 下层 为渗 透性较 好 的粉细 砂 以及 中砂 ， 厚 度 为 5 ～1 0 m． 收稿 日期 ： 2 0 1 3— 0 8— 2 4 基金 项 目： 国家 自然科学基金 ( 4 1 3 7 2 2 6 0 ) ； 河南省高校科技创新人才支持计划 ( 1 3 HA S T I T 0 3 5 ) ． 作者 简介 ： 李志萍 ( 1 9 7 l 一 ) ， 女 ， 河北邯郸人 ， 教授 ， 博士 ， 主要 从事水污染控制与环境影响评价方面的研究 第 3 5卷第 1期 李 志萍 ， 等 ： 渠道降排水方案 优化设计 2 9 表 3最优降排水方案不 同时间各 断面渠道最高点水位值 5 结 语 以南水北调中线一期工程总干渠Ⅳ渠段温博 Ⅱ 标段 为 例 ， 基 于 V i s u a l MO D F L O W 软件 ， 建 立 了地下 水三维渗流数值模 拟模 型， 并 对 3个不 同的降水方 案分 别 进行模 拟 ， 确 定 了 以渠 道 降 排水 方 案 2的设 计为 基 础 ， 将 渠道 断 面 c和断 面 D之 间抽 水 井 间距 调整 为 1 8 i n ， 抽 水 井 数 量 增 加 至 1 1 2口， 仍 采 用 左 侧单边抽水 ， 渠道其他各处抽水井间距仍为 3 5 in， 所有抽水井单井抽水量均为 6 0 0 1T I ／ d为最合理 的 降排水方案． 优化后降排水方案经过数值模拟 ， 3 0 d 后 5个断面处的渠道水位均低 于控制水位 ， 降水效 果符合要求． 文 中所 建 立 的 数值 模 拟 模 型 能较 真 实 、 准 确地 模拟渠道降排水条件下 的地下水三维渗流， 是模拟 预测基坑降水的 良好手段 ， 对南水北调其他标段渠 道降排水工程具有重要 的参考价值． 参 考 文 献 [ 1 ]黄河勘测规 划设 计有 限公 司． 南水 北 调 中线一 期工 程 总干渠温博段 Ⅱ标补充 水文地 质勘察 报告 [ R] ． 郑州 ： 黄河勘测规划设计有 限公 司 ， 2 0 1 2 ． [ 2 ]河 南省焦作 地质 勘察设 计 有 限公 司． 南 水北 调温 博段 Ⅱ标段抽水试验报 告 [ R] ． 焦作 ： 河南 省焦 作地 质勘察 设 计有 限公 司， 2 0 1 0 ． [ 3 ]陈崇希 ， 林 敏． 地下水 动力学 [ M] ． 武 汉 ： 中 国地 质大学 出 版 社 ， 1 9 9 9 ． [ 4 ]孙 讷正． 地 下水 流 的数学 模 型和数 值 方法 [ M] ． 北 京 ： 地 质出版社 ， 1 9 8 1 ． [ 5 ]李平 ， 卢文喜 ， 马洪 云 ， 等． V i s u a l MO D F L O W 在地 下水 数 值模 拟 中的应用—— 以公主岭 市黄龙 工业 园水源地 为例[ J ] ． 工 程勘察 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 2 4—2 7 ． The Opt i mi z a t i on De s i g n o f Cha nne l Dr a i na g e Sc h e me LI Zh i — pi n g，HAN Ya，LI U Pa n — f e n g，YU F u— r o n g ( N o r t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o w e r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 5，C h i n a ) Abs t r a c t：Ac c o r d i ng t o t h e hy d r o l o g i ca l c o n di t i o n i n t h e r e s e a r c h a r e a a nd t h e e mp i r i c a l f o r mul a c a l c u l a t i o n s，t h r e e k i nd s o f c h a n ne l dr a i na g e de s i g n s c he me s f o r W e n bo I I bi d p a c k a g e a r e g i v e n．Dr a i n we l l s a r e d e s i gn e d t o be a r r a ng e d o n o n e s i d e o f t h e c h a n ne l ，a nd t h e we l l s p a c i n g i s 25 m ，3 5 m ，a n d 5 0 m a nd s i n g l e we l l y i e l d i s 4 8 0 m ／d，60 0 m ／d，a nd 7 2 0 m ／d i n t he t h r e e d e s i g n s c h e me s， r e s pe c t i v e l y ．Thr o u g h t h e c a l c u l a t i o n o f nu me r i ca l s i mu l a t i o n by us i n g Vi s u a l MODFLOW ，t h e s i mu l a t i o n r e s u l t s o f t he t h r e e de s i g n s c h e me s a r e a n a l y z e d a n d c o mp a r e d， t h e n t h e o p t i ma l d r a i n i n g s c h e me i s p r o p o s e d o n t h e b a s i s o f No ．2 s c h e me ：w e l l s p a c i n g i s a d j u s — t e d t o 1 8 m a n d t he pu mpi ng we l l s a r e a l s o d e s i g n e d o n t he l e ft s i de o f t h e c ha nn e l be t we e n t he s e c t i o n C a nd s e c t i o n D，whi l e t h e we l l s p a c i ng o f t h e o t h e r pu mpi ng we l l s o f t h e c ha n ne l i s s t i l l 3 5 m ，a nd t he s i ng l e we l l y i e l ds o f a l l t h e p ump i n g we l l s a r e 6 0 0 m ／d．Th e r e a r e t o t a l l y 3 5 7 pu mpi n g we l l s，a n d wa t e r l e v e l o f t h e c h a nn e l dr o p s be l o w t h e c o n t r o l wa t er l e v e l o f 9 8． 6 m a f t e r c o n t i n uo u s l y p u mp i n g f o r 3 0 d a y s ．The de s i g n o f d e wa t e r i n g a n d dr a i n a g e c a n me e t t h e c o n s t r u c t i o n r e q ui r e me nt s a nd i s r e a s o na b l e i n e c o no my ．Th i s c a n pr o— v i d e a n i mp o r t a nt ba s i s for g ui di n g c o ns t r uc t i o n ． Ke y wor ds：c ha n n e l d r a i n a g e s c he me；Vi s ua l MODFLOW n ume r i c a l s i mu l a t i o n；o pt i mi z a t i o n o f d r a i n a g e s c h e me ( 责 任 编 辑 ： 乔 翠 平 )