科学研究

齐之钰:被动响应方法反演的含水层水力参数的代表性:基于与不同阶段抽水试验反演的动态水力参数的比较【WRR,2024】
2024-05-08 阅读:31

含水层抽水试验是估算水力特征的标准方法,通常使用抽水试验后期的水位降深数据进行,因为这些数据受井孔内和井孔附近效应的影响较小。另外,地下水对自然届周期性荷载(如气压和潮汐)的响应为估算含水层参数提供了低成本的被动方法。然而由于其是基于地下水水流方程的简化解析解,存在各种假设简化,包含地质系统的特征较少,因此对于上述方法获得的结果的代表性一直存在争论。

为了调查不同方法所代表的尺度范围,我校水资源与环境学院齐之钰博士研究生,在导师史浙明教授指导下,使用主动和被动方法对位于澳大利亚Beetaloo地区的两个观测井估算的含水层导水系数进行了比较。利用主动方法估算了抽水试验的三个时期(即早期、中期和晚期)的导水系数动态变化(图1),对比了基于地下水对气压和潮汐波动的响应的计算结果研究取得的创新性认识如下:

1)含水层抽水试验所得的结果中, 传统抽水试验方法估算的参数平均值和气压响应方法反演的含水层导水系数处于动态水力参数曲线的不同时期,且气压响应方法估算的导水系数最大。

2)根据传统抽水试验方法估算的含水层参数位于动态水力参数曲线的后期,证实了传统的抽水试验反演的含水层导水系数依赖抽水试验后期数据(图2)。

3)使用气压响应方法反演的含水层导水系数则位于动态水力参数曲线的早期和中期,表明其主要反映了观测井内部和附近的水文地质状态。因此,与传统的抽水试验方法相比,气压响应方法代表的水文地质特性区域较小。

4)抽水试验的尺度效应大致是抽水井与观测井之间的距离,潮汐响应方法的尺度也小于抽水试验方法。

该研究通过比较气压响应模型、潮汐响应模型、AQTESOLV 方法和使用牛顿法估算的含水层抽水试验三个阶段中动态水力参数,探究了尺度效应对估算含水层导水系数的影响。研究认识对于进一步推广相关方法的实际应用与落地具有重要意义。


图1 利用含水层抽水试验动态估算OW1 和 OW2 井的导水系数、水力扩散系数和储水系数


2 OW1 和 OW2井在抽水试验的三个阶段(即早期、中期和晚期)含水层参数(导水系数和储水系数)的动态变化。根据气压响应和 AQTESOLV 方法得出的含水层导水系数与(c) OW1 和(d) OW2 井抽水试验的三个阶段(即早期、中期和晚期)的估算值的比较

 

 

该研究得到了国家自然科学基金委项目(41972251)的支持。上述研究成果发表在水资源领域权威期刊《Water Resources Research》上:Qi, Z., Shi, Z. (通讯作者), Rasmussen, T., Guo, H., &Wang, G. (2024). Investigating the representative of aquifer transmissivity determined by passive response methods: A comparison with time‐dependent hydraulic parameters inferred from different stages of pumping tests. 60(2), e2022WR033952. [IF 2022=5.4]

全文链接:https://doi.org/10.1029/2022WR033952