Aquiferův test - Aquifer test
An aquifer test (nebo a čerpací zkouška) se provádí za účelem vyhodnocení vodonosná vrstva „stimulací“ vodonosné vrstvy prostřednictvím konstanty čerpací a pozorování „reakce“ zvodnělé vrstvy (čerpání ) v pozorování studny. Testování aquiferů je běžným nástrojem hydrogeologové použít k charakterizaci systému zvodnělých vrstev, aquitardy a hranice systému toku.
A slimák test je variace na typický test zvodnělé vrstvy, kde dochází k okamžité změně (zvýšení nebo snížení) a účinky jsou pozorovány ve stejné jamce. To se často používá v geotechnických nebo technických podmínkách k získání rychlého odhadu (minuty místo dní) vlastností vodonosné vrstvy bezprostředně kolem vrtu.
Testy aquifer jsou obvykle interpretovány pomocí analytického modelu toku aquifer (nejzásadnější je Theisovo řešení), který odpovídá datům pozorovaným v reálném světě, za předpokladu, že parametry z idealizovaného modelu platí pro aquifer v reálném světě. Ve složitějších případech může být k analýze výsledků testu aquifer použit numerický model, ale přidání složitosti nezajistí lepší výsledky (viz šetrnost ).
Testování aquifer se liší od testování dobře v tom, že chování studny se týká především studny druhé, zatímco charakteristiky studny vodonosná vrstva jsou kvantifikovány v prvním. Aquifer testování také často využívá jeden nebo více monitorování studní, nebo piezometry („bodové“ pozorovací jamky). Monitorovací studna je jednoduše studna, která není čerpána (ale slouží k monitorování hydraulická hlava v vodonosná vrstva ). Monitorovací a čerpací vrty jsou obvykle sledovány přes stejné kolektory.
Obecná charakteristika
Nejčastěji aquifer test se provádí čerpáním vody z jedné studny rovnoměrnou rychlostí a po dobu nejméně jednoho dne, přičemž se pečlivě měří hladiny vody v monitorovacích jamkách. Když je voda čerpána z čerpací studny, tlak ve vodonosné vrstvě, která napájí tuto studnu, klesá. Tento pokles tlaku se projeví jako čerpání (změna v hydraulické hlavě) v pozorovací studni. Čerpání klesá s radiální vzdáleností od čerpací studny a čerpání se zvyšuje s dobou, kdy čerpání pokračuje.
Vlastnosti zvodnělé vrstvy, které jsou hodnoceny většinou zkoušek zvodnělé vrstvy, jsou:
- Hydraulická vodivost Rychlost proudění vody jednotkovou průřezovou vrstvou zvodnělé vrstvy při jednotkovém hydraulickém gradientu. V amerických jednotkách je rychlost průtoku v galonech za den na čtvereční stopu plochy průřezu; v jednotkách SI je hydraulická vodivost obvykle uvedena v m3 za den na m2. Jednotky se často zkracují na metry za den nebo ekvivalent.
- Specifické skladování nebo skladnost: míra množství vody, které se uzavřená vodonosná vrstva vzdá pro určitou změnu hlavy;
- Propustnost Rychlost, při které se voda přenáší přes celou tloušťku a jednotkovou šířku zvodnělé vrstvy pod jednotkovým hydraulickým gradientem. Rovná se hydraulické vodivosti krát tloušťky vodonosné vrstvy;
Mezi další charakteristiky zvodnělé vrstvy, které se někdy hodnotí, v závislosti na typu zvodnělé vrstvy, patří:
- Specifický výnos nebo odvodnitelná pórovitost: míra množství vody, které se neomezená zvodněná vrstva vzdá, když je zcela vyčerpaná;
- Koeficient úniku: některé vodonosné vrstvy jsou omezeny vodonosnými kolektory, které se pomalu vzdávají vodonosné vrstvy a poskytují další vodu ke snížení odtoku;
- Přítomnost hranic zvodnělé vrstvy (dobití nebo bezproudu) a jejich vzdálenost od čerpané studny a piezometrů.
Analytické metody
Vhodný model nebo řešení rovnice toku podzemní vody musí být zvolen tak, aby odpovídal pozorovaným údajům. Existuje mnoho různých možností modelů v závislosti na tom, jaké faktory jsou považovány za důležité, včetně:
- děravé aquitardy,
- neomezený tok (zpožděný výnos),
- částečný průnik čerpacích a monitorovacích vrtů,
- konečný poloměr vrtu - což může vést k uložení vrtu,
- dvojí pórovitost (typicky ve zlomené hornině),
- anizotropní vodonosné vrstvy,
- heterogenní vodonosné vrstvy,
- konečné zvodnělé vrstvy (účinky fyzikálních hranic jsou patrné v testu) a
- kombinace výše uvedených situací.
Téměř všechny metody zkušebního řešení aquifer jsou založeny na řešení Theis; je postaven na nejjednodušších předpokladech. Jiné metody uvolňují jeden nebo více předpokladů, na nichž je Theisovo řešení postaveno, a proto získávají pružnější (a složitější) výsledek.
Přechodné Theisovo řešení

Theisovu rovnici vytvořil Charles Vernon Theis (pracuje pro Americký geologický průzkum ) v roce 1935,[1] z přenos tepla literatura (s matematickou pomocí C.I. Lubina), pro dvourozměrný radiální tok k bodovému zdroji v nekonečném, homogenním vodonosná vrstva. Je to jednoduše
kde s je čerpání (změna hydraulické hlavy v bodě od začátku zkoušky), u je bezrozměrný časový parametr, Q je rychlost vypouštění (čerpání) studna (objem dělený časem nebo m³ / s), T a S jsou propustnost a skladnost vodonosné vrstvy kolem vrtu (m² / s, respektive bez jednotky), r je vzdálenost od čerpací studny k bodu, kde bylo pozorováno čerpání (m), t je čas od začátku čerpání (sekundy) a W (u) je "funkce Well" (tzv exponenciální integrál, E.1, v nehydrogeologické literatuře). Funkce studny je aproximována nekonečnou řadou
Tato rovnice se obvykle používá k nalezení průměru T a S hodnoty poblíž čerpání studna, z čerpání údaje shromážděné během zkoušky zvodnělé vrstvy. Toto je jednoduchá forma inverzního modelování, protože výsledek (s) se měří ve studni, r, t, a Q jsou dodrženy a hodnoty T a S které nejlépe reprodukují naměřená data, jsou vloženy do rovnice, dokud není nalezena nejlepší shoda mezi pozorovanými daty a analytickým řešením.
Theisovo řešení je založeno na následujících předpokladech:
- Tok v vodonosná vrstva je adekvátně popsán Darcyho zákon (tj. Re <10).
- homogenní, izotropní, uzavřený vodonosná vrstva,
- studna je plně pronikající (otevřené do celé tloušťky (b) zvodnělé vrstvy),
- studna má nulový poloměr (je uvedena jako svislá čára) - proto ve studni nemůže být skladována žádná voda,
- vrt má konstantní čerpací rychlost Q,
- ztráta hlavy nad obrazovkou studny je zanedbatelná,
- aquifer je v radiálním rozsahu nekonečný,
- vodorovné (ne šikmé), ploché, nepropustné (nepropustné) horní a spodní hranice vodonosné vrstvy,
- tok podzemní vody je vodorovný
- žádné další studny ani dlouhodobé změny regionálních vodních hladin (všechny změny potenciometrického povrchu jsou výsledkem samotného čerpání studny)
I když jsou tyto předpoklady splněny jen zřídka, v závislosti na míře jejich porušení (např. Pokud jsou hranice vodonosné vrstvy výrazně nad částí vodonosné vrstvy, která bude testována pomocí čerpací zkoušky), může být řešení stále užitečné.
Stabilní Thiemovo řešení
Rovnoměrný radiální tok do čerpací studny se běžně nazývá Thiemovo řešení,[2] vychází z aplikace Darcyho zákon na válcovitý regulační objemy pláště (tj. válec s větším poloměrem, který má z něj vystřižený válec s menším poloměrem) kolem čerpací studny; běžně se píše jako:
V tomto výrazu h0 je pozadí hydraulická hlava, h0-h je čerpání v radiální vzdálenosti r z čerpací studny, Q je rychlost vypouštění čerpací studny (na počátku), T je propustnost, a R je poloměr vlivu nebo vzdálenost, ve které je hlava stále h0. Tyto podmínky (průtok v ustáleném stavu do čerpací studny bez hranic v okolí) nikdy se skutečně nestane v přírodě, ale často jej lze použít jako přibližný odhad skutečných podmínek; řešení je odvozeno za předpokladu, že existuje kruhová konstantní hranice hlavy (např. a jezero nebo řeka v plném kontaktu s vodonosnou vrstvou) obklopující čerpací studnu na dálku R.
Zdroje chyb
Při zkoušce kolektoru i vrtu má zásadní význam přesné zaznamenávání údajů. Nejen, že musí být pečlivě zaznamenány hladiny vody a čas měření, ale musí být pravidelně kontrolovány a zaznamenávány čerpací rychlosti. Nezaznamenaná změna rychlosti čerpání již od 2% může být při analýze dat zavádějící.[Citace je zapotřebí ]
Reference
- ^ Theis, Charles V. (1935). "Vztah mezi snížením piezometrického povrchu a rychlostí a dobou vypouštění vrtu pomocí zásobníku podzemní vody." Transakce, Americká geofyzikální unie. 16 (2): 519–524. doi:10.1029 / TR016i002p00519. hdl:2027 / uc1.31210024994400.
- ^ Thiem, Günther (1906). „Hydrologische methoden“ (v němčině). Lipsko: J. M. Gebhardt: 56. Citovat deník vyžaduje
| deník =
(Pomoc)
Další čtení
The Americký geologický průzkum má několik velmi užitečných bezplatných odkazů na interpretaci čerpacích testů:
- Ferris, J.G .; Knowles, D. B.; Brown, R.H .; Stallman, R.W. (1962). Teorie testů aquifer (PDF). Papír pro zásobování vodou 1536-E. Americký geologický průzkum.
- Stallman, R.W. (1971). „Kapitola B1“. Aquifer-Test Design, pozorování a analýza dat (PDF). Kniha 3, Applications of Hydraulics. Americký geologický průzkum.
- Reed, J.E. (1980). „Kapitola B3“. Zadejte křivky pro vybrané problémy toku do jamek v uzavřených kolektorech (PDF). Kniha 3, Applications of Hydraulics. Americký geologický průzkum.
- Franke, 0.L .; Reilly, T. E.; Bennett, G.D. (1987). „Kapitola B5“. Definice mezních a počátečních podmínek v analýze systémů nasycených toků podzemní vody - úvod (PDF). Kniha 3, Applications of Hydraulics. Americký geologický průzkum.
Některé komerční tištěné odkazy na interpretaci testu aquifer:
- Batu, V. (1998). Aquifer Hydraulics: komplexní průvodce hydrogeologickou analýzou dat. Wiley-Interscience. ISBN 0-471-18502-7.
- Dobré shrnutí nejoblíbenějších zkušebních metod vodonosných vrstev, vhodné pro praxi hydrogeologů
- Dawson, K.J .; Istok, J. D. (1991). Aquifer Testing: návrh a analýza čerpacích a slimákových testů. Vydavatelé Lewis. ISBN 0-87371-501-2.
- Důkladné, trochu matematičtější než Batu
- Kruseman, G.P .; de Ridder, N.A. (1990). Analýza a vyhodnocení dat čerpací zkoušky (PDF) (Druhé vydání.). Wageningen, Nizozemsko: Mezinárodní institut pro melioraci a zlepšování půdy. ISBN 90-70754-20-7.
- Vynikající zacházení s většinou metod analýzy testů aquifer (ale je to těžko dostupná kniha).
- Boonstra, J .; Kselik, R.A.L. (2002). SATEM 2002: Software pro vyhodnocení testu aquifer. Wageningen, Nizozemsko: Mezinárodní institut pro melioraci a zlepšování půdy. ISBN 90-70754-54-1.
- On-line: [1]
- Sindalovskiy, L.N. (2011). ANSDIMAT - software pro odhad parametrů aquifer. Petrohrad, Rusko (v ruštině): Nauka. ISBN 978-5-02-025477-0.
- Online uživatelská příručka ANSDIMAT: [2].
Více knižních titulů najdete v Další čtení část článku o hydrogeologii, z nichž většina obsahuje nějaký materiál o analýze aquiferních testů nebo teorii těchto testovacích metod.
Software pro analýzu
- Software pro vodní zdroje z Americký geologický průzkum
- Schlumberger Water Services - Software pro analýzu údajů o čerpacích zkouškách a zkouškách slimáků
- ANSDIMAT - pokročilý komerční software
- AQTESOLV - standardní komerční software
- MLU pro Windows LT - Svobodný software pro čerpací zkoušky a zkoušky na slimáky v jednom nebo dvou systémech zvodnělé vrstvy
- VINMOD Multi-Well – Znečištění podzemních vod analýza pomocí čerpacích zkoušek a parametrů znečištění čerpaných podzemních vod
- Hytool - Sada nástrojů s otevřeným zdrojovým kódem pro čerpání a vytváření interpretace testů v Matlabu
- SmartGEO - pokročilý komerční software pro charakterizaci heterogenních vodonosných vrstev, hydraulickou tomografii a vícenásobné čerpací testy