任双坡*等，资源学院. Water Resources Research (2021), Multiscale hydraulic conductivity characterization in a fractured granitic aquifer: the evaluation of scale effect

近日，水文学和水资源领域权威期刊《Water Resources Research》在线刊发了我校资源学院任双坡副教授关于山区基岩裂隙水渗透系数尺度效应方面的最新研究成果——Multiscale hydraulic conductivity characterization in a fractured granitic aquifer: the evaluation of scale effect。论文第一作者兼通讯作者为资源学院任双坡副教授，美国怀俄明大学Ye Zhang教授、Brad Carr博士、美国亚利桑那大学Tian-Chyi Jim Yeh教授等学者为论文的合作者。

由于山区流域地下数据缺乏，限制了人们对山区流域的水文特征，特别是对于控制地下水流动的渗透系数（K）的认识。经过长期大量的实验室和野外现场的研究，科学家们意识到用激发不同含水层体积的测试方法估算的K值可能会有几个数量级的差异，这就给在不同尺度下地下水流动数值模拟参数选择造成困难。为了研究基岩裂隙含水层中的尺度效应现象，团队依托美国怀俄明州东南部拉勒米山脉裂隙花岗岩含水层（Blair Wallis井场），通过多种单井和跨井水力试验，综合多种解析方法和数值模拟技术对裂隙花岗岩含水层的渗透系数（K）进行了多尺度表征。

研究结果表明，跨井孔水力试验确定的K的各向异性与现场地质数据（露头和井下电视数据）一致。跨井孔试验得到的K值大于单井试验得到的K，说明井间裂缝连通性较好。此外，解析方法和数值反演结果均表明，在更大的尺度下测得的K值相比井间范围内的K值减小，这是由于渗透性较差的裂缝在更大尺度上占主导地位，这点也被瞬态水力层析数值反演的结果所证明，并和大尺度的地质背景吻合。总的来说，K从单孔增加到井间尺度，然后在更大尺度下减小，表现出非单调的尺度效应，这与前人研究认为K值随尺度单调变化不同。本研究是对渗透系数尺度效应的有益补充，也对不同研究尺度下如何选择合理的K值进行数值模拟实验提供参考。

图1 不同测试和分析方法获得的K值分布

图2 K_eff及其组分随抽水时间的变化

论文信息：

Titile：Multiscale Hydraulic Conductivity Characterization in a Fractured Granitic Aquifer: The Evaluation of Scale Effect

Authors：Shuangpo Ren,Ye Zhang,Tian-Chyi Jim Yeh,Yuli Wang, Bradley J.Carr

Source: Water Resources Research

First published：04 September 2021

论文链接：https://doi.org/10.1029/2020WR028482