微水实验是一种快速获取水文地质参数的地下水野外试验方法，通过从井孔瞬间抽出一定水量，观测井孔中随时间恢复的水位。在试验井安装过程中，因钻井扰动而在井周围产生非均质的井肤层，忽略井肤层的影响将对试验结果造成显著误差。对于井流数值模拟，井肤层的处理方式分为两种：(1) 边界条件。能有效考虑井肤层的渗透性影响，但假设井肤层宽度无限小，并忽略了井肤层贮水性的影响。(2) 水流方程。能考虑井肤层的尺寸、渗透性、贮水性等重要影响，但必须采用细网格离散井肤层，粗网格离散大尺度含水层，导致大－小尺度混合，造成网格构建困难、数量庞大、计算耗时、高内存需求等高计算成本的问题，制约了模型的应用和实践。

针对以往研究不足，2022年7月，我院教授黄璟胜指导博士生王晨在国际知名期刊Journal of Hydrology发表题为A low-cost model for slug tests in a confined aquifer with skin-zone effect的论文。论文提出了一个处理井肤层的新方法，引进能有效反映井肤层贮水性影响的新肤层因子（skin factor），推导出新肤层因子、肤层宽度、贮水率、井半径的关系式，建立承压含水层非完整井微水试验的地下水流解析和数值模型（图1）。结果表明数值模型在粗网格离散的基础上成功反映井肤层的影响，相对于基于细网格离散的传统数值模型，本研究模型仅需1/10的网格数量，1/200的计算时间，即可精准模拟微水试验结果，大幅降低计算成本（图2）。模型预测的水力水头与野外试验数据能够很好地拟合，获得可靠的水文地质参数（图3）。综上，研究成果对于发展多尺度井流模型具有重要的理论和实践价值，是估计水力参数反演问题的新途径。

论文链接：Wang, C., Huang, C.-S., Tong, C., Xiong, M. & Lee., C.-H. (2022). A low-cost model for slug tests in a confined aquifer with skin-zone effect. Journal of Hydrology, 612, 128273. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.128273.

图1 (a) 双区非完整井承压含水层剖面示意图。(b) 传统有限元法的“含水层粗网格和井肤层细网格”。(c) 本研究有限元法的“含水层粗网格”

图2 传统“粗－细网格”模型与本研究“粗网格”模型的有限元法数值解计算效能与精度。NP：网格节点总数，EI：传统模型与本研究模型的计算时间之比，AI：计算精度的评价指标。当AI =1, 模型的预测结果精准

图3 传统模型和本模型预测的水力水头分别与野外试验数据拟合。 (a) – (b) 参数敏感度分析。(c) – (d) 两种模型反演出的最佳水文地质参数范围