作为供水源的含水层系统分布在地壳浅部深度数百米范围内，其渗漏量的定量评估对污染风险防控和水资源管理十分重要。地下水位对外界扰动（潮汐波动与气压变化）的响应机制为监测含水层水文地质特性及其变化提供了机会。然而，对于含水层厚度较大的区域，水位的潮汐响应渗漏模型（Wang et al., 2018; Zhang et al., 2021）不能够精确适用。
为此，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室的张艳副研究员、黄天明研究员、祁生文研究员与中国石油大学（华东）的符力耘教授、美国加州大学伯克利分校的Michael Manga教授等人合作，选定中国四川省与重庆市交界处的华蓥山断裂带区域（图1），尝试采用水位的气压响应渗透率模型进行长时间的渗流参数计算，并且分析地震对渗漏的影响。
图1 区域地质图及所研究的7口地下水水井位置（蓝色三角形）（修改自中国1:250万省地质图）。大部分井分布在华蓥山断裂带周围
他们的研究基于大气压力-水位耦合响应的动态监测技术，即当天气系统引发地表大气压波动时，压力扰动会通过介质传导改变深层流体压力，进而驱动地下水运移。通过精确解析井水位对大气压力波动的相位响应与振幅衰减特征，可有效反演地层渗透系数与含水层越流参数。他们通过建立气压响应信号的可靠性评估体系（图2），提出了一种新的计算方法及程序集成整合，实现了含水层水平导水系数与隔水层垂直水力扩散系数的同步测定和连续性计算（图3）。
研究结果显示：（1）反演获得的含水层导水系数与传统抽水试验结果具有良好一致性；（2）基于2008-2019年的连续观测数据，研究区六口监测井中有五口井的隔水层垂直水力扩散系数较含水层水平导水系数至少高出两个数量级；（3）尽管多次区域性和远场地震引发了部分低垂向渗透性井孔的水位异常波动，但未观测到显著的水力特性变化；（4）参数时序分析揭示了水文地质特性的两个变化模式——年际尺度上的渐进性演变和季节性周期波动。
同时，他们的研究基于含水层的地下水位气压响应理论模型，构建了一套含水层-隔水层系统水文地质参数连续性反演方法。通过筛选高相干性的气压响应数据，优化了参数计算精度（图3）。利用改进的集成化程序，成功获取了研究区连续的水平向与垂向水文地质参数时间序列（时间跨度为2008-2019）。反演结果表明：垂向渗漏作用的等效水力扩散系数D值介于10-4-10-2 m2/s量级，且华蓥山断裂带附近浅部地层（埋深约4-250米）的垂向渗透系数具有显著的时间稳定性特征（图3）。
图2 2017年1月至3月期间五口监测井（原7口监测数据中，万州溪口井因受长江周期性水位波动干扰导致数据失效，已予剔除）的气压响应函数（BRFs）及其与地下水位的相干系数分析结果。（a、b）基于60天滑动时窗计算的BRFs分布：采用功率谱密度分析和传递函数法计算-三频段划分标准：低频（<0.5 cpd，蓝色）、中频（0.5-8 cpd，黄色）、高频（>8 cpd，红色）- 频段边界由垂直虚线标注（蓝色虚线：0.5 cpd；红色虚线：8 cpd）；（c）对应时段的气压-水位相干系数分析：- 红色数据点表示超过高相干阈值（>0.8）的有效频段，这些数据被选用于后续渗流模型计算- 可靠性判定标准：蓝色水平实线（相干系数阈值0.8）与蓝色垂直虚线（截止频率0.8 cpd）共同界定有效数据范围，高于该频率的观测数据因信噪比不足被剔除
图3 六口监测井的渗流参数（其中万州溪口井因受长江周期性水位波动的显著影响，数据可靠性不足，故未列入展示结果）。橙色圆点表征的垂直水力扩散系数（Dcon，量纲：m²/s）与蓝色圆点标示的水平导水系数（Taqu，量纲：m²/s）均呈现出与水文季节相吻合的周期性波动特征
该研究首次基于水位的气压响应模型提出了低频段、高相干系数计算的集成整合程序，为较厚含水层（含水层厚度>隔水层厚度）区域的定量化连续性渗漏监测提供了科学依据。
研究成果发表于国际水文地质领域权威期刊WRR (张艳, Yang Q Y, Manga M, et al. Using water level responses to atmospheric pressure variations to measure and monitor vertical leakage through confining units, with application to the Jurassic Shaximiao crust, China[J]. Water Resources Research, 2025, 61: e2024WR037767. DOI: 10.1029/2024WR037767.)。研究得到国家自然科学基金（42141009和U2239205）的资助。
