水力层析法刻画含水层非均质性的试验优化技术研究

含水介质的非均质性刻画是地下水流动和溶质运移模拟中关键的科学难点之一。水力层析法是一种高精度刻画含水层非均质性的抽水试验新技术，但抽水试验的设计会影响水力层析识别渗透系数的精度。本研究基于室内非均质承压含水层物理模型，实施抽水试验、河水位抬升试验、盐水示踪实验；通过采用不同组合的抽水试验数据，分析观测位置、抽水位置、抽水量、抽水时间、模型网格剖分尺度等设计要素对水力层析精度的影响；通过将河水位抬升试验和抽水试验数据联合用于水力层析，分析其他试验技术对于提高水力层析精度的作用以及对抽水试验优化设计的影响；最后提出实验条件下应用水力层析法刻画含水层非均质性的试验优化设计准则。研究结果可用于指导水力层析野外抽水试验设计，探索其他试验技术获取水力层析水位响应数据，以较小成本获取较优的水力层析结果，对于提高地下水流和溶质运移模拟预测精度具有重要的理论意义和应用价值。

水力层析法是一种高精度刻画含水层非均质性的抽水试验新技术，但抽水试验的设计会影响水力层析识别渗透系数的精度。本研究首先基于数值模拟非均质含水层模型和室内非均质承压含水层物理模型，实施了抽水试验，通过采用不同组合的抽水试验数据，分析观测井位置、抽水井位置、抽水量、抽水时间等设计要素对水力层析精度的影响。研究结果表明：（1）基于抽水试验的水力层析法能够高精度刻画复杂含水层的非均质结构；（2）在野外实际水力层析抽水试验中，抽水流量增大，会使得观测水位信噪比增加，水力层析刻画含水层非均质精度会提高；当信噪比较大时，抽水流量不会影响水力层析刻画含水层的精度；（3）随着抽水组数的增加，非均质含水层结构刻画越来越清楚，但是由于互易定律的存在，提高的速率会降低，建议野外实际最优抽水组数为3~6组；（4）选取稳定流时刻的观测水位用于估计渗透系数K效果最好，选取t0时刻的观测水位采用非稳定流模型用于估计参数S效果最好。