表皮效應(yīng)對(duì)井筒內(nèi)地下水流速影響數(shù)值模擬研究

汪啟航，李 旭,*，郭 強(qiáng)，蒯大偉

(1.煤炭開(kāi)采水資源保護(hù)與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100011；2.安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001；3.安徽省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)，安徽 蕪湖 241000)

近年來(lái)，我國(guó)地下水資源與環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水、居民日常用水安全以及礦山安全開(kāi)采等都造成了嚴(yán)重的影響[1-4]，解決地下水資源與環(huán)境問(wèn)題的有效途徑是對(duì)地下水資源進(jìn)行科學(xué)管理和環(huán)境評(píng)價(jià)[5-7]。而準(zhǔn)確獲得地下水流速，對(duì)于區(qū)域水資源評(píng)價(jià)、污染物運(yùn)移預(yù)測(cè)以及礦山水害治理等都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[8-9]。目前，比較常見(jiàn)的測(cè)定地下水流速的方法有單孔示蹤試驗(yàn)法[10-11]、測(cè)溫法[12]以及Aqua Vision流速流向儀測(cè)定法[13]等，其中Aqua Vision 流速流向儀測(cè)定地下水流速是將設(shè)備放入井筒，采用視頻顯微影像方法，實(shí)時(shí)拍攝溶于水中的膠體顆粒物以測(cè)量地下水的流速，同時(shí)融合了高分辨率磁通量羅盤和高放大率膠質(zhì)顆粒追蹤影像系統(tǒng)，來(lái)測(cè)定地下水的流向。例如，郭緒磊等[13]利用Aqua Vision 流速流向儀對(duì)位于湖北興山香溪河流域的ZK08 水文地質(zhì)鉆孔不同深度的含水層進(jìn)行地下水流速流向的測(cè)量。

實(shí)際上，井筒內(nèi)的地下水流速與含水層實(shí)際地下水流速存在一定差異，誤差的產(chǎn)生是受到了井筒附近表皮效應(yīng)的影響，導(dǎo)致井筒附近的地下水流場(chǎng)發(fā)生變化，造成井筒內(nèi)的流速與含水層中的流速之間存在偏差[14]。在鉆井施工工藝過(guò)程中受到井壁和鉆井泥漿侵入、濾料填充以及生物化學(xué)堵塞等因素的影響，導(dǎo)致抽水井區(qū)域滲透系數(shù)、孔隙率等水力性質(zhì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象被稱為表皮效應(yīng)(skin effect)[15-18]。……