多因素耦合作用下抽水井附近地下水渗流模型及其含水层参数反演

Pumping test is one of the most important methods in estimating the aquifer parameters. Many classical well flow models (like Theis) have been commonly used to estimate the aquifer parameters. However, the actual pumping test may be affected by multiple controlling factors like variable-rate pumping, skin effect, wellbore storage, etc. Those factors make the actual field pumping tests somewhat different from the classical models. New models must be developed to meet the need. In this project, we will develop a series of new models which will consider the variable-rate pumping, skin effect, wellbore storage, etc. The Laplace transform associated with other analytical techniques will be used to solve such models. In addition, several experiments will be conducted in the laboratory to reveal the impact of those factors on the drawdowns during the pumping test. Finally, a series of pumping tests will be conducted in the field and new techniques will be proposed to estimate the aquifer parameters associated with the pumping test data. This study is expected to play an important role in the study of well hydraulics and groundwater resources evaluation, and is valuable to the hydraulic engineering, geology engineering and environmental engineering as well.

抽水试验是确定含水层水文地质参数的重要手段，许多经典的井流模型（如Theis模型）已被广泛应用于求解含水层水文地质参数。然而，野外实际抽水试验受诸多因素的影响，与传统的井流模型存在一定差异，比如变流量井流、井储效应、表皮效应等。本项目首先将系统研究建立多因素耦合作用下抽水井附近地下水渗流新模型，采用Laplace变换等方法对模型进行求解，探讨这些因素作用下水位降深规律，开展系列室内实验进一步揭示这些因素对抽水试验的影响机制。最后，在开展系列野外抽水试验的基础上，结合理论模型探讨含水层参数反演新方法。本项目研究成果无疑是对地下水井流理论的完善和发展，对地下水资源评价具有十分重要的理论意义和实际应用价值，并在水利工程、地质工程、环境工程等诸多领域具有广阔的应用前景。

抽水试验是确定含水层水文地质参数的重要手段，许多经典的井流模型（如Theis模型）已被广泛应用于求解含水层水文地质参数。然而，野外实际抽水试验受诸多因素的影响，与传统的井流模型存在一定差异。为了提升模型的参数反演精度，主要开展了以下几个方面的研究：（1）含水层水文地质参数空间分布规律研究。针对区域尺度含水层非均质性难以刻画的问题，分析了江汉平原地区渗透系数的空间分布规律。（2）多因素耦合作用下抽水井附近地下水渗流模型研究。针对井流试验中存在的表皮效应，变流量、井壁周围微生物的生长堵塞、非达西渗流以及越流作用等因素，开展了上述单一因素或多因素耦合作用下井壁附近地下水渗流模拟研究。（3）循环井修复技术的工艺参数优化研究。针对循环井技术缺乏前期优化方案以及该流场中多组分、多相态反应迁移模拟的精度问题，提出了基于渗流参数的前期工艺优化方案以及基于节点位置的有限差分求解方法。（4）考虑微生物堵塞的单井注水试验模型研究。针对石油污染区注水试验中的微生物堵塞问题，开展了考虑微生物生长堵塞的井流及反应迁移数值模拟研究。（5）多因素耦合作用下井壁附近溶质运移模型研究。针对单井注抽试验求参过程中存在的表皮效应、区域地下水流及低渗非达西越流等因素，开展了多因素耦合作用条件下抽、注水井附近溶质迁移模拟研究。（6）其他方面：研究了随时空变化的流速和弥散度对溶质迁移的影响，讨论了一维条件下变流速对溶质迁移的影响，建立了反应过程随空间变化条件下的溶质迁移模型。本项目的研究成果主要包括：（1）厘清了单一因素或多因素耦合作用对井流试验的影响机制，系统构建了井流及径向溶质运移的系列新模型；（2）模型成果成功提升了江汉平原抽水试验的求参精度，并推广至流域尺度的含水层解译研究。本项目研究成果丰富和发展了地下水动力学理论，对地下水资源评价具有十分重要的理论意义和实际应用价值，并在水利工程、地质工程、环境工程等诸多领域具有广阔的应用前景。