大数据揭济南地下水“老底”：补多少喝多少都有数
济南人爱喝泉水，护城河旁的黑虎泉，老老少少的打水人从早到晚络绎不绝。但为了保泉，济南从2001年开始，就只能喝着地表水观泉。观泉和喝地下水之间，怎样找到一个平衡？地下水能不能形成一个可控的循环？济南市海绵城市能力建设项目中的地下水补给水力模型研究课题正在寻求答案。通过建模、大数据和科学实验，补源保泉将靶向更明确，在对泉水影响小的区域采用地下水，让市民在家就能喝上泉水。
在钻孔数据的基础上，结合断裂构造、水文剖面图、地质图形成了三维水文地质图，基于这个图和上百万的数据，进行建模，通过实验调参，最终形成地下水补给水力模型。
建补水模型，补与喝都有数
济西桥子李水源地正在进行地下水抽取试验。图为其中一个抽水泵。齐鲁晚报·齐鲁壹点记者戴伟摄
为了保泉济南市早已开始尝试，在市区的强渗漏带补源。但补源到底有多大效果？怎样通过补源，进而实现保泉与喝地下水两不误？这些都是亟待回答的问题。
济南市市政公用局供水处处长刘明翠说，这需要对济南泉水补给区的地下水世界充分解密，弄清楚补源、保泉和喝地下水之间的精确关系。这就是建立济南地下水的补给水力模型。
在2012年时，济南市市政公用事业局委托国内地质模型实力最强的中国城市规划设计研究院和山东省地矿工程勘察院联合启动了济南市地下水补给水力模型项目建设。到了2015年，这个项目纳入海绵城市试点建设能力建设项目中，现在，山东省地矿工程勘察院正在开展相关研究。
“以前地矿局是跑遍济南找富水区，为城市用水勘测合适的打井区。但是最近几年的工作方向已经完全变了，打井变成了保泉。”11日，省地矿工程勘察院济南市地下水补给水力模型项目组相关负责人说，保泉就要充分认识城市地下水，要认识地下水就需要结合地质数据给地下水建模。
该负责人说，通过建立地下水补给水力模型，能对各种关系进行量化，而且能提出地表水转换地下水工程优化运行，地下水保护、开发、利用建议方案。特别是能给出在补源工程条件下各地下水厂的最大可开采量，为同时实现保泉与地下水开采优化布局两个目标提供技术支撑。
“以前利用的是统计的方法，现在通过建立地下水补给水力模型来系统量化，更精确实用性更强。”该负责人说。
济南市市政公用局局长王继东坦言，济南的泉水一直存在各种争论，但是真正要让市民喝上泉水，应该进行谨慎的科学研究。“建立地下水补给水力模型最终能为名泉常年喷涌良好、市民饮用优质地下水、降低制水供水成本、城市供水安全运行四个目标提供技术支撑。力争让济南成为一个喝地下水的城市。”
近千钻孔数据，让水文地质可视化
研究人员展示了目前处在调参阶段的海绵城市地下水补给水力模型。模型把西起牛角店断裂东至文祖断裂的3287平方公里的泉域补给区汇聚成了一个三维实体图。这个区域覆盖了影响济南市区泉水喷涌的长孝岩溶水系统、趵突泉泉域（济南泉域）、白泉泉域范围。
历阳湖、兴济河补源水流向了市区泉群，效果很好。齐鲁晚报·齐鲁壹点记者戴伟摄
“首先利用补给区中近千个长期积累的钻孔数据，区分潜水含水层、越流层、承压水含水层，每个钻孔透水条件不同的层以点表示，透水层级相同的点相连成线。上千个点连成了网格，再形成面，最终形成三维立体图。”上述负责人说，为了让这个模型更精细，几乎用上了这片区域所有够深的钻孔数据。近千个钻孔资料是建模的基础，再结合断裂构造、水文剖面图、地质图等影响地下水走向的地质构造，形成了三维可视化水文地质概念模型。这个模型不仅有3287平方公里的水文地质信息，还综合了地质透水情况。
研究人员介绍，水文地质概念模型可视化之后，就需要建立地下水流的数学模型。用数学工具把济南泉水形成的地质条件进行模拟计算，并且量化水位、水质和水量随时间变化的关系。
玉符河调水资料片
补水模型靠谱吗？
百万数据支撑，抽水试验佐证
地下水流数学模型建起来了，靠不靠谱？这一步就要依靠大数据来解决了。项目组的研究人员给模型录入了济南从2012年至2014年的上百万个包括地下水位、水量、水质、补水量、开采量等数据，以此对模型反复识别验证。
研究人员介绍了识别验证的做法，比如通过输入观测井的实际水位测量值、初始水位、末水位；设定参数的经验值，最大、最小值，通过不断尝试的方法在设定的范围内调整参数，并得出一个合适的参数值；同时对结果的参数敏感性进行分析，对较敏感的参数进行人工调节。
有了这些地下水相关大数据，济南海绵城市地下水补给水力模型就基本成型了。不过，这些还只是对已有数据和观测的模拟，为了检验模型补源和采水等数据关系的科学性，更有针对性地细化参数，该项目已经开始在西郊进行抽水科学实验。
济南市市政公用局相关负责人介绍，在济南市水利局、名泉办、水文局的支持下，8月18日项目开启到了济西桥子李、冷庄等水源地，进行补源区地下水试验开采。目前，地下水开采量达到10万立方米／日的试验要求，开采的地下水全部进入市区供水管网。
研究人员将记录下开采水量与泉水水位的关系。最终将试验结果与模型模拟预测结果进行校对，进一步对模型参数进行修改调整，完成对参数的细化。
“模型调参结束后，就能进入管理模式。模拟各种降水条件下，水位的变化，还有水位变化后对泉水喷涌的影响。还能给出应该在哪个补源点补多少水，能让市区泉水提升多少高度。”地下水补给水力模型项目负责人说，管理模式将在明年建成，到时候，采用地下水和补源保泉的关系将能得到精确量化。
