GMS在东河南寨水库坝体渗流分析中的应用

王小旭

水工设计

GMS在东河南寨水库坝体渗流分析中的应用

王小旭

（唐山市水利规划设计研究院，河北唐山063000）

以东河南寨水库为例，应用GMS软件的SEEP2D模块对水库坝体进行了渗流稳定分析计算，通过计算得到了水库坝体渗漏量、渗流场等结果，并指出了GMS软件在坝体渗流分析应用中的优势与不足。

GMS；SEEP2D；东河南寨水库；渗流分析

1 GMS简介

GMS（Groundwater Modeling System）地下水模拟系统是一个地下水数值模拟软件的集成系统，内含SEEP2D、MODFLOW、FEMWATER、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、MODPATH、NUFT、UTCHEM等多个子模块，辅以统一的模型构建、参数赋值、地质统计、结果分析等前、后处理功能，GMS可以方便快捷地对地下水进行数值模拟计算，是目前国际上最受欢迎的专业软件。SEEP2D子模块可以用于模拟承压和无压流问题，也可以模拟饱和非饱和带的水流；对无压流问题，模型只局限于饱和带，并通过GMS的后处理功能可直接得出流场图、等势线图、测压管水头线和孔隙水压力等值线图等。

SEEP2D模型采用的控制方程（拉普拉斯方程）：

▽·（K·▽h）=0

又可写为：

式中h为总水头（位置水头加压力水头）；K为渗透系数。

2 坝体渗流分析

2.1 基本情况

东河南寨水库位于迁西县兴城镇东河南寨村，属滦河水系，为小（2）型水库，总库容56.1万m3，大坝为黏土心墙坝，坝顶长287m，最大坝高12.2m，坝顶高程31.9m，坝顶宽度为4m，上游坝坡坡比为1∶2.2，坝坡为干砌石护坡，下游坝坡坡比为1∶2，无护砌。

2.2 模型建立

2.2.1 计算断面

选取坝高最大断面作为典型设计断面。

2.2.2 计算参数

坝体渗透区概化为两种岩性，其各自的渗透系数以水库相关设计报告中试验结果确定，坝体黏土心墙渗透系数2.6×10-5cm/s，具微~弱透水性；坝体砂砾石为5.8×10-2cm/s，具中等透水性，渗透性较大。不考虑大坝基岩的渗透性。

2.2.3 边界条件

根据东河南寨水库相关设计报告和实际运行情况，选取边界条件为：①隔水边界条件：将东河南寨水库坝体坝顶和坝底定义为隔水边界条件；②给定水位边界条件：上、下游边界设定为定水位边界，其中坝体上游侧给定水位为30.69m，下游侧给定水位为20.0m；③渗出面边界：将坝体下游侧，上游给定水位、下游给定水位两者高程差之间部分设定为渗出

面边界。具体边界条件设定如图1。

图1 坝体概念模型

2.3 单元网格剖分

采用三角形单元进行剖分，其中坝体砂砾石部分按1m步长间距进行剖分，黏土心墙部分采用0.5m步长间距剖分，共得到991个节点，1833个单元，网格剖分结果如图2。

图2 坝体网格剖分

2.4 模拟结果及分析

模型参数，网格剖分设定完成之后，选择菜单SEEP2D→Run SEEP2D开始模拟，并自动生成流线分布图、总水头线分布图、流场图等一系列可视化图件。图3为坝体内流线和等势线分布，图4为坝体内二维矢量流场图。

通过对两图分析可知，由于坝体砂砾料渗透系数较大，而黏土心墙坝渗透系数较小，根据渗透折射定律，在两岩性接触面会产生弯曲，而本次模拟很好地证明了这一点，并可以进行定量表述。渗流在黏土心墙上游受阻，流速很小，穿越黏土心墙之后，出现明显的贴合心墙边缘的垂向运动，且速度变快。模型定量计算出东河南寨水库大坝的日渗漏量为19.66m3，渗漏量较小。

图3 坝体流线、等势线分布

图4 坝体二维矢量流场

3 结语

（1）用GMS的SEEP2D模块对东河南寨水库坝体渗流进行分析，可以得到水库渗流曲线、矢量流场图、总水头线图等一系列成果，为水库除险加固提供分析依据。

（2）GMS建模方法和强大的数据前处理操作（可以支持文本文件、CAD、ArcGIS、Mapinfo等相关文件格式的直接读入），为模型的建立提供了方便快捷的手段；网格剖分灵活精细，模拟计算精度较高，可以满足工程上的计算要求；后期出图用户自定制性强，且可以导出为其他文件格式进行二次处理出图。

（3）目前SEEP2D只适用于稳定渗流计算，无法模拟非稳定流问题，水库水位下降时渗流场动态变化过程。

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Application of GMS in seepage analysis of Donghenanzhai Reservoir Dam

WANG Xiao-xu
（Water Resource Planning and Design Institute of Tangshan，Tangshan 063000，China）

Taking the Donghenanzhai Reservoir Dam for example，by the application of SEEP2D module of GMS software for reservoir dam seepage stability analysis and calculation，get the results of reservoir dam leakage，seepage field，and so on，and points out the advantages and disadvantages of the application of GMS software in dam seepage analysis.

GMS；SEEP2D；Donghenanzhai Reservoir；seepage analysis

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1672-9900（2016）04-0058-03

2016-05-04

王小旭（1987-），男（满族），河北滦县人，助理工程师，主要从事水利工程规划设计工作，（Tel）13931508590。