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摘要：使用Geotomographie公司IPG跨孔地动成像系统获取井间地动波速漫衍情形，，， ，，使用统计学要领将地动数据与钻孔渗透系数相关联，，， ，，通过调解地下水模子的水动力界线条件，，， ，，使该模子与多个钻孔视察到的水头相符，，， ，，使用粒子追踪来模拟示踪剂抵达时间，，， ，，模子盘算所得的示踪剂抵达时间与现场视察效果基本一致?
地下水
是指地面以下赋存于土壤和岩石逍遥中的水
往往具有
水质好、漫衍广、便于开采等特征，，， ，，
是生涯饮用水、工农业生产用水的主要水源
同时，，， ，，地下水具有一定的缓慢流动性
在岩土孔隙中做重大运动
地下水流的运移特征
也使得地下水成了污染物的搬运工
且具有隐藏性、恒久性和难恢复性等特点
图片泉源：南水北调与水利科技
地下水怎么动 ？？？？？？往哪动 ？？？？？？
就成了评估污染危害的主要问题。。。。。
识别地下含水层的空间水动力学特征，，， ，，如孔隙度和渗透系数及其相关结构等，，， ，，在污染物危害评估中起着主要的作用。。。。。
德国Geotomographie公司的Thomas Fechner等在论文《A hydro-geophysical tomographic approach to model groundwater flow and transport》中，，， ，，基于地动-水动力模子，，， ，，乐成地模拟了在德国北部的Belau试验场举行的野外示踪实验。。。。。
水文地球物理层析要领在地下水流和运移建模中的应用
在小标准上，，， ，，平均沉积物性子可能不适适用于形貌污染物迁徙的地下结构特征，，， ，，而是需要详细的含水层特征来描绘优先水流路径。。。。。别的，，， ，，河流含水层沉积物的水动力学特征可能在几十年内在小距离上爆发转变，，， ，，只有少数高度连通且低阻的区域可能主导整个区域地下水流动状态。。。。。
为填补疏距钻孔横向区分率差的问题，，， ，，可以接纳地球物理跨孔要领以较高的区分率来形貌地下特征。。。。。将钻孔样品资料作为直接丈量资料，，， ，，将具有优异的笔直区分率和“软”高区分率的地球物理资料，，， ，，如层析成像数据，，， ，，作为间接丈量资料，，， ，，两者相连系，，， ，，可以战胜在获取地下情形特征以形貌地下水流动与迁徙溶质运移历程中所遇到的一些主要问题。。。。。
在此案例中，，， ，，作者将井间地动层析成像数据与水动力钻孔数据相连系并建模，，， ，，模拟在德国北部Belau试验场举行的野外示踪实验。。。。。
示踪剂的抵达纪录由差别的多级钻孔提供。。。。。钻孔地动波速、渗透系数、地动波速与孔隙度的岩石物理学关系等三者之间的基础关系被建设起来，，， ，，并相连系建设了水动力地下水模子。。。。。
试验园地情形
Belau情形研究实验场建设于1990，，， ，，其研究项目主要为浅层冰川沉积物中的小标准流动和输运历程以及地球化学参数的波动。。。。。研究最先以来约完成了13个钻孔的钻探。。。。。
图1 钻孔位置和园地简图
钻孔被设置为多级测井（M）、全屏障测井（B）和测压计（D）。。。。。5个多级测井可通过永世取样装置在含水层差别深度举行取样。。。。。为了确定含水层的水动力学特征，，， ，，钻探历程中每米提取600个土壤样品，，， ，，并识别地质序列转变。。。。。取约300个样品测定粒度漫衍并盘算水动力传导系数。。。。。
图2 地质结构简图（凭证Scheytt 1994）
凭证Piotrowski (1994)，，， ，，该园地的沉积层是European Elster, Saale 和 Weichsel冰期的冰川沉积物。。。。。作为一个主要的地下不整合结构，，， ，，一个Elster冰期的冰川通道由北向南意会。。。。。Bornhoeved 湖区的湖泊—Belau湖是5个湖泊之一—与该通道对齐。。。。。第四系底下沉积层可凭证水动力学性子分为两个主要的含水层系统-I和II。。。。。
位于Belau东侧的Belau试验场为视察上层含水层系统I而建设，，， ，，该区域由三个总厚度约40米的融水层组成。。。。。该融水层由Saale-Sander, Wankendorfer-Sander和 Kaluebber-Sander沙质沉积层组成，，， ，，其中Kaluebber-Sander在该位置为不饱和层。。。。。
园地示踪剂实验
为形貌实验场小标准水流和输运历程，，， ，，Rumohr (1995)举行了一个自然示踪剂梯度实验。。。。。示踪剂实验自1994年5月2日（零日）最先，，， ，，至1995年10月共一连约200天。。。。。1小时内约1500g伊红注入至上游钻孔B9，，， ，，注入位置自海拔11m至24m。。。。。起始示踪剂浓度约1g/L，，， ，，下游所有多级井举行采样对示踪剂注射举行跟踪。。。。。
使用一维要领盘算流速Va和纵向弥散系数D1，，， ，，为说昭示踪剂穿透曲线与深度的相关性，，， ，，绘制与平流运输相关的示踪剂抵达时间曲线。。。。。
图3 与平流输运相关的示踪剂抵达时间（三角形为主峰，，， ，，圆形为次峰）
地动-水动力联合模子
首先，，， ，，接纳Geotomographie的IPG地动层析成像系统，，， ，，在钻孔B9和M7之间，，， ，，沿平行于地下水流的偏向举行了一次地动层析成像，，， ，，获得了钻孔之间的地动波速率结构漫衍。。。。。
IPG跨孔地动成像系统是一款应用普遍，，， ，，以高精度低故障率而业内口碑好的高精度的跨孔P波地动层析成像装备，，， ，，适用规模探测包括但不限于：
图4 孔间波速结构
将高区分率层析成像数据和水动力学钻孔数据相连系，，， ，，是将地下结构的非匀称性纳入局部水文地质园地模子的基础。。。。。
接着，，， ，，凭证比照剖析钻孔地动波速与渗透系数数据，，， ，，将上一步所获得的钻空间地动波速转换成渗透系数，，， ，，使用筛剖析要领所获得的渗透系数“硬”数据与地动资料“软”数据相连系，，， ，，并应用于层析成像，，， ，，其效果即为B9和M7之间的高区分率渗透系数结构。。。。。
图5 地动波速与Sanders-沉积层相互关系
建设了包括高区分率数据的水动力看法模子。。。。。地下水的流向向西，，， ，，往湖泊偏向。。。。。如前所述，，， ，，湖区周围的水动力学条件是重大的，，， ，，在对收支关注区域的水流的差别组分举行量化方面有许多不确定之处。。。。。
图6 地下水看法模子
通过地动层析成像举行研究的区域大致位于盘算的地下水流动网格的中心。。。。。为将水动力学数值分派给层析成像区域以外的边沿区域，，， ，，对地动波速品级举行了外推。。。。。虽然这些外部区域影响整个流态，，， ，，但关注的焦点仅限于由层析成像图像笼罩的区域。。。。。凭证地动波速品级漫衍，，， ，，使用SPP要领，，， ，，天生一个孔隙度漫衍效果和多个模式下的渗透系数场效果
图7 凭证SPP模式2获得的渗透系数漫衍
试验效果
在参考界线条件下，，， ，，划分接纳渗透系数场的十个差别模式，，， ，，所获得的钻孔M10、M9和M7的示踪剂颗粒抵达时间与深度的相关曲线。。。。 ？？？？？？梢钥闯觯，， ，，盘算所得的抵达时间与现场视察效果切合的很好。。。。。
图8 界线条件下（10种模式），，， ，，M10,M9和M7钻孔盘算所得的示踪剂粒子抵达时间。。。。。主峰为三角形，，， ，，次峰为圆形，，， ，，盘算所获得达时间为实线
15m以上的Wankendorfer砂层运输速率快，，， ，，在这里模子再现了随海拔高度的增添抵达时间越快的趋势。。。。。10到15m的Saale砂层颗粒抵达时间相对很慢，，， ，，特殊是视察钻孔M9周围。。。。。对该区域10-15m的现场测试效果的比照批注，，， ，，该区域地下水速率被高估了，，， ，，导致盘算所得的颗粒抵达时间要远远早于现场数据。。。。。该区域对应于有较高渗透系数转变性的细沙质物质，，， ，，其渗透系数潜在的小标准波动无法用地动层析成像来解决。。。。。因此稍低的平均渗透系数可以赔偿较快的模子抵达时间。。。。。
上述案例基于地动-水动力模子，，， ，，乐成地模拟了一次园地实验。。。。。使用高区分率地动层析成像获取井间地动波速漫衍情形，，， ，，使用统计学要领将地动数据与钻孔渗透系数相关联，，， ，，通过调解地下水模子的水动力界线条件，，， ，，使该模子与多个钻孔视察到的水头相符，，， ，，粒子追踪被用于模拟示踪剂抵达时间，，， ，，模子盘算所得的示踪剂抵达时间与现场视察效果基本一致。。。。。
此项目的研究效果，，， ，，为在小标准上使用地球物理数据来模拟和展望地下水流量和输运提供了一个研究思绪和偏向，，， ，，具有一定的借鉴意义。。。。。
翻译：王雷
参考文献：Thomas Fechner.
A hydro-geophysical tomographic approach to model groundwater flow and transport[A]. International Conference on Engineering Geophysics[C]. Al Ain, United Arab Emirates: 2017.
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