Тест водоносного горизонта

Испытание водоносного горизонта (или испытание откачки ) проводится для оценки водоносного горизонта путем «стимулирования» водоносного горизонта посредством постоянной откачки и наблюдения «отклика» ( просадки ) водоносного горизонта в наблюдательных скважинах . Испытания водоносных горизонтов - это распространенный инструмент, который гидрогеологи используют для характеристики системы водоносных горизонтов, водоносных горизонтов и границ систем стока.

Тест пробкового представляет собой вариацию на типичном испытании водоносного горизонта , где производится мгновенное изменение (увеличение или уменьшение), а эффекты наблюдаются в той же скважине. Это часто используется в геотехнических или инженерных установках, чтобы получить быструю оценку (минуты, а не дни) свойств водоносного горизонта непосредственно вокруг скважины.

Тесты водоносного горизонта обычно интерпретируются с использованием аналитической модели потока в водоносном горизонте (наиболее фундаментальной из которых является решение Тейса), чтобы соответствовать данным, наблюдаемым в реальном мире, а затем предполагать, что параметры из идеализированной модели применимы к реальному водоносному горизонту. В более сложных случаях для анализа результатов испытания водоносного горизонта можно использовать числовую модель, но добавление сложности не гарантирует лучших результатов (см. Экономию ).

Тестирование водоносного горизонта отличается от тестирования скважины тем, что поведение скважины в первую очередь вызывает беспокойство во втором случае, в то время как характеристики водоносного горизонта оцениваются количественно в первом. Для тестирования водоносного горизонта также часто используются одна или несколько мониторинговых скважин или пьезометров («точечных» наблюдательных скважин). Контрольная скважина - это просто колодец, который не закачивается (но используется для контроля гидравлического напора в водоносном горизонте ). Обычно мониторинговые и насосные скважины экранированы в одних и тех же водоносных горизонтах.

Общие характеристики [ править ]

Чаще всего испытание водоносного горизонта проводится путем откачки воды из одной скважины с постоянной скоростью в течение как минимум одного дня при тщательном измерении уровня воды в контрольных скважинах. Когда вода перекачивается из насосной скважины, давление в водоносном горизонте, питающем эту скважину, снижается. Это снижение давления проявится как просадка (изменение гидравлического напора) в наблюдательной скважине. Просадка уменьшается с увеличением радиального расстояния от насосной скважины, а просадка увеличивается с продолжительностью периода времени, в течение которого продолжается закачка.

Характеристики водоносного горизонта, которые оцениваются большинством тестов водоносного горизонта, следующие:

• Гидравлическая проводимость Скорость потока воды через единицу площади поперечного сечения водоносного горизонта при единичном гидравлическом градиенте. В американских единицах скорость потока выражается в галлонах в день на квадратный фут площади поперечного сечения; в единицах СИ гидравлическая проводимость обычно указывается в м ³ в сутки на м ² . Единицы часто сокращаются до метров в день или эквивалента.
• Конкретное хранение или способность к хранению: мера количества воды, которую ограниченный водоносный горизонт откажется при определенном изменении напора;
• Коэффициент пропускания Скорость, с которой вода проходит через всю толщину и единицу ширины водоносного горизонта под единичным гидравлическим градиентом. Он равен гидравлической проводимости, умноженной на толщину водоносного горизонта;

Дополнительные характеристики водоносного горизонта, которые иногда оцениваются в зависимости от типа водоносного горизонта, включают:

• Удельный дебит или дренируемая пористость: мера количества воды, которую безграничный водоносный горизонт откажется при полном осушении;
• Коэффициент утечки: некоторые водоносные горизонты ограничены водоупорами, которые медленно отдают воду водоносному горизонту, обеспечивая дополнительную воду для уменьшения просадки;
• Наличие границ водоносных горизонтов (подпиточных или непроточных) и их удаленность от откачиваемой скважины и пьезометров.

Методы анализа [ править ]

Соответствующая модель или решение уравнения потока грунтовых вод должны быть выбраны, чтобы соответствовать наблюдаемым данным. Существует множество различных вариантов моделей, в зависимости от того, какие факторы считаются важными, в том числе:

• негерметичные водоемы,
• неограниченный поток (отложенный выход),
• частичное вскрытие насосных и мониторинговых скважин,
• конечный радиус ствола скважины - что может привести к накоплению в стволе скважины,
• двойная пористость (обычно в трещиноватых породах),
• анизотропные водоносные горизонты,
• неоднородные водоносные горизонты,
• конечные водоносные горизонты (эффекты физических границ видны в испытании), и
• комбинации вышеперечисленных ситуаций.

Практически все методы испытаний водоносных горизонтов основаны на решении Тайса; он построен на самых упрощающих предположениях. Другие методы ослабляют одно или несколько предположений, на которых построено решение Theis, и, следовательно, получают более гибкий (и более сложный) результат.

Временное решение Theis [ править ]

График поперечного сечения переходного процесса Theis решения для радиального расстояния в зависимости от депрессии с течением времени

Уравнение Тейса было создано Чарльзом Верноном Тейсом (работающим в Геологической службе США ) в 1935 г. ^[1] из литературы по теплообмену (с математической помощью К. И. Любина) для двумерного радиального потока к точечному источнику в бесконечном , однородный водоносный горизонт . Это просто

${\ displaystyle {\ begin {align} s & = {\ frac {Q} {4 \ pi T}} W (u) \\ [0.5em] u & = {\ frac {r ^ {2} S} {4Tt} } \ конец {выровнено}}}$

где s - депрессия (изменение гидравлического напора в точке с начала испытания), u - безразмерный временной параметр, Q - дебит (откачка) скважины (объем, деленный на время, или м³ / с) , Т и S является трансмиссивностью и storativity водоносного горизонта вокруг колодца (м² / с и безразмерным, соответственно), т является расстоянием от насосной скважины до точки , где наблюдались просадки (м), т этого времени , так как начала откачки (секунды), а W (u) - это «функция скважины» (называемаяэкспоненциальный интеграл E ₁ в негидрогеологической литературе). Функция скважины аппроксимируется бесконечным рядом

${\ displaystyle {\ begin {align} W (u) = - 0,577216- \ ln (u) + u - {\ frac {u ^ {2}} {2 \ times 2!}} + {\ frac {u ^ {3}} {3 \ times 3!}} - {\ frac {u ^ {4}} {4 \ times 4!}} + \ Cdots \ end {align}}}$

Обычно это уравнение используется , чтобы найти средние Т и S значения вблизи насосной хорошо , от просадки данных , собранных во время испытания водоносного горизонта. Это простая форма обратного моделирования, поскольку результат ( -ы ) измеряется в скважине, наблюдаются r , t и Q , а значения T и S, которые лучше всего воспроизводят измеренные данные, помещаются в уравнение до получения наилучшего найдено соответствие между наблюдаемыми данными и аналитическим решением.

Решение Theis основано на следующих предположениях:

• Течение в водоносном горизонте адекватно описывается законом Дарси (т.е. Re <10).
• однородный, изотропный, замкнутый водоносный горизонт ,
• скважина полностью проникающая (открыта на всю толщину ( b ) водоносного горизонта),
• колодец имеет нулевой радиус (приближается к вертикальной линии) - поэтому в колодце нельзя хранить воду,
• скважина имеет постоянный дебит откачки Q,
• потеря напора над экраном скважины незначительна,
• водоносный горизонт бесконечен в радиальном направлении,
• горизонтальные (не наклонные), плоские, непроницаемые (непроницаемые) верхняя и нижняя границы водоносного горизонта,
• поток грунтовых вод горизонтальный
• отсутствие других скважин или долгосрочных изменений региональных уровней воды (все изменения потенциометрической поверхности являются результатом одной только откачивающей скважины)

Несмотря на то, что все эти допущения выполняются редко, в зависимости от степени их нарушения (например, если границы водоносного горизонта выходят далеко за пределы той части водоносного горизонта, которая будет проверяться с помощью откачки), решение все же может быть полезным. .

Раствор Тима с устойчивым состоянием [ править ]

Установившийся радиальный поток в насосную скважину обычно называют решением Тима ^[2], он возникает в результате применения закона Дарси к цилиндрическим контрольным объемам оболочки (т. Е. Цилиндр с большим радиусом, который имеет цилиндр меньшего радиуса, вырезанный из это) про насосную скважину; это обычно записывается как:

${\ displaystyle h_ {0} -h = {\ frac {Q} {2 \ pi T}} \ ln \ left ({\ frac {R} {r}} \ right)}$

В этом выражении h ₀ - фоновый гидравлический напор , h ₀ - h - депрессия на радиальном расстоянии r от нагнетательной скважины, Q - дебит нагнетательной скважины (в начале координат), T - коэффициент пропускания , а R - радиус воздействия или расстояние, на котором голова все еще находится в положении h ₀ . Эти условия (установившийся приток в насосную скважину без близлежащих границ) на самом деле никогда не возникают.в природе, но его часто можно использовать как приближение к реальным условиям; раствор получают в предположении , существует граница головки круглых постоянная (например, озеро или река в полном контакте с водоносным горизонтом) , окружающее насосной скважина на расстояние R .

Источники ошибок [ править ]

Решающее значение как при испытании водоносного горизонта, так и при испытании скважин имеет точная регистрация данных. Необходимо не только тщательно записывать уровни воды и время измерения, но и периодически проверять и записывать скорость откачки. Незарегистрированное изменение скорости откачки всего на 2% может ввести в заблуждение при анализе данных. ^{[ необходима цитата ]}

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

В Геологической службе США есть несколько очень полезных бесплатных ссылок по интерпретации насосных испытаний:

• Феррис, JG; Ноулз, DB; Коричневый, RH; Столмен, RW (1962). Теория испытаний водоносных горизонтов (PDF) . Документ о водоснабжении 1536-EUS Геологическая служба.
• Столмен, Р. У. (1971). «Глава B1». Дизайн, наблюдение и анализ данных водоносных горизонтов (PDF) . Книга 3, Применение гидравлики. Геологическая служба США.
• Рид, Дж. Э. (1980). «Глава B3». Типовые кривые для избранных задач притока в скважины в замкнутых водоносных горизонтах (PDF) . Книга 3, Применение гидравлики. Геологическая служба США.
• Franke, 0.L .; Рейли, TE; Беннетт, GD (1987). «Глава B5». Определение граничных и начальных условий при анализе систем насыщения грунтовых вод - Введение (PDF) . Книга 3, Применение гидравлики. Геологическая служба США.

Некоторые коммерческие печатные ссылки на интерпретацию испытаний водоносных горизонтов:

• Батый, В. (1998). Гидравлика водоносных горизонтов: подробное руководство по анализу гидрогеологических данных . Wiley-Interscience. ISBN 0-471-18502-7.
  • Хороший обзор самых популярных методов тестирования водоносных горизонтов, полезный для практикующих гидрогеологов.
• Dawson, KJ; Исток, JD (1991). Тестирование водоносного горизонта: разработка и анализ откачивания и пробковых тестов . Lewis Publishers. ISBN 0-87371-501-2.
  • Тщательно, немного более математически, чем Батый
• Kruseman, GP; де Риддер, Н. А. (1990). Анализ и оценка данных испытаний насосов (PDF) (второе изд.). Вагенинген, Нидерланды: Международный институт мелиорации и улучшения земель. ISBN 90-70754-20-7.
  • Превосходная обработка большинства методов анализа водоносных горизонтов (но эту книгу трудно найти).
• Boonstra, J .; Кселик, РАЛ (2002). SATEM 2002: Программное обеспечение для оценки испытаний водоносных горизонтов . Вагенинген, Нидерланды: Международный институт мелиорации и улучшения земель. ISBN 90-70754-54-1.
  • В сети: [1]
• Синдаловский, Л.Н. (2011). ANSDIMAT - программа для оценки параметров водоносных горизонтов . Санкт-Петербург, Россия: Наука. ISBN 978-5-02-025477-0.
  • Интерактивное руководство пользователя ANSDIMAT: [2] .

Другие названия книг можно найти в разделе для дальнейшего чтения статьи по гидрогеологии, большинство из которых содержат некоторый материал по анализу испытаний водоносных горизонтов или теории, лежащей в основе этих методов испытаний.

Программное обеспечение для анализа [ править ]

• Программное обеспечение для приложений по водным ресурсам от Геологической службы США
• Schlumberger Water Services - ПО для анализа данных насосных испытаний и пробок
• ANSDIMAT - современное коммерческое программное обеспечение
• AQTESOLV - стандартное коммерческое программное обеспечение
• MLU для Windows LT - Бесплатное программное обеспечение для тестирования откачки и анализа пробок в одной или двух системах водоносных горизонтов.
• VINMOD Multi-Well - Анализ загрязнения подземных вод с использованием насосных испытаний и параметров загрязнения из откачиваемых подземных вод
• Hytool - набор инструментов с открытым исходным кодом для перекачки и построения интерпретации тестов на Matlab.
• SmartGEO - передовое коммерческое программное обеспечение для определения характеристик неоднородных водоносных горизонтов, гидравлической томографии и испытаний многократной откачки

См. Также [ править ]

• Допущение Дюпюи-Форххаймера
• Грунтовые воды
• Колодец с водой
• Группа LinkedIn по анализу насосных тестов