西北地区含水层多重尺度非均质性识别研究

含水层的非均质性控制着地下水流动和污染物运移，是地下水流动和溶质运移模拟遇到的最主要的困难。随着西北地区经济的发展，地下水开发程度不断提高，地下水污染日趋严重。因此，研究含水层的非均质性，对控制西北地区地下水污染和实现地下水资源的合理开发利用具有重要的理论和实际意义。本项目在流域尺度上提出一种新的识别含水层非均质的方法，即利用地下水对洪水产生的压力响应来反演含水层的水力参数，以满足西北地区流域尺度的地下水资源管理与合理开发利用的需要；在场地尺度上，通过改进传统的抽水试验，利用水力层析技术刻画含水层的非均质性，以满足地下水污染治理与修复的需要。本项目以陕蒙交界地区的海流兔河流域为示范研究区，以野外调查与模型反演相结合为技术路线，以野外试验-参数反演-对比验证为研究思路，进行多重尺度的含水层非均质研究，为西北地区地下水资源管理与污染修复提供技术支撑。

本次研究开展了不同尺度含水层水力层数的反演。在场地尺度上，改进传统的抽水试验方法，利用气囊分层技术开展了两个孔9层的分层抽水试验，计算了分层的含水层的水力参数。在流域尺度上，引进了一种新的基于地下水对洪水响应的参数据反演技术方法，即利用卷积分和优化技术计算含水层的扩散系数。该方法可应于非完全切穿含水层的河流，并可处理任意的河水位变化，具有广泛的应用前景。为了便于推广该方法，提出了基于Excel的反演计算流程，利用Excel实现了卷积分计算和自动拟合。以陕西省榆林地区的补浪河为研究区，开展了地下水对洪水响应的含水层参数反演，并与抽水试验确定的含水层水力参数进行了对比验证。对比结果表明，本次引进的方法与抽水试验方法计算的含水层的水力参数差别为16%，可满足实际工作的需要。本次研究探索了不同尺度含水层的反演方法，为西北地区地下水资源的合理开发利用提供了技术支撑。