含水层结构的空间展布规律是控制地下水流运动的重要因素。自然条件下，由于地质构造及地层结构的复杂性，对于大尺度突变非均质性的研究往往依赖于经过简化的实际地区数值模拟。同时，天然条件下的地下水流系统已愈来愈多地被人工干扰的地下水流系统替代，地下水流运动对自然-人工耦合作用响应机制的揭示尚不完善。

针对以往研究不足，2021年7月，我院束龙仓教授（通讯作者，第一通讯单位）指导吴佩鹏博士，联合英国阿伯丁大学Jean-Christophe Comte博士在地球科学领域知名期刊Hydrogeology Journal（中科院二区）发表题为The effect of typical geological heterogeneities on the performance of managed aquifer recharge: physical experiments and numerical simulations的论文。论文基于我国西北干旱区台兰河地下水库实际水文地质条件，结合物理模型试验和数值模拟研究了沉积环境中常见的层状非均质、黏土透镜体、垂向阻水构造对地下水库区水流动模式的影响。结果表明：与均质情景相比, 含水层中的高渗透性地层缩短了地下水年龄, 减小了回灌水透镜体的厚度。粘土透镜体增加了地下水的滞留时间, 但其对水流运动模式几乎没有影响。整体上，垂向阻水构造的存在使得回灌条件下的地下水库区地下水年龄增加，在垂向阻水构造上游回灌可显著增大回灌水透镜体厚度。本研究为非均质含水层地下水人工回灌系统规划设计提供了参考。

论文链接：Wu P, Shu L, Comte J C. (2021). The effect of typical geological heterogeneities on the performance of managed aquifer recharge: physical experiments and numerical simulations. Hydrogeology Journal, 29:2107–2125. https://doi.org/ 10.1007/s 10040 -021- 02375-3

图1：台兰河山前倾斜平原南北向水文地质剖面图

图2：不同地质构造及地层结构条件下地下水库区地下水流路径  (a)均质条件；(b)、(c)层状非均质；(d) 黏土透镜体；(e)、(f)垂向阻水构造

图3：不同地质构造及地层结构条件下地下水库区地下水年龄分布  (a)均质条件；(b)、(c)层状非均质；(d) 黏土透镜体；(e)、(f)垂向阻水构造

图4：不同地质构造及地层结构条件下地下水流路径穿透深度变化率

供稿：束龙仓，编辑：何肖微，审核：雍斌、黄璟胜