Strømningsfordeling i mættet zone Definition af strømningsfordeling i mættet zone På grund af variationer i jordlagenes hydrauliske ledningsvene kan der være store forskelle i grundvandets vertikale strømningsfordeling i den mættede zone. Enheden for strømningsfordeling i mættet zone er %. Strømningsfordeling i mættet zone kan enten bestemmes direkte ved udførelse af målinger eller kan estimeres ud fra kendskab til jordlagenes hydrauliske ledningsevne. Der er flere måder at bestemme strømningsfordeling i mættet zone på: Indirekte metoder, bestemmelse ved beregninger pba. fx sigtekurver. Feltmetoder, bestemmelse ved: o flowlogs o heat-pulse målinger o pakker tests o prøvepumpninger eller slugtest i filter i flere niveauer i den mættede zone o Geoprobesondering, hvor proben føres til den ønskede dybde og der udføres pumpeforsøg. Måling af strømningsfordeling i mættet zone udføres i boringer. Ved flowlogs måles med en propel flowsonde og metoden kan anvendes i filtersatte boringer eller åbne kalkboringer. Ved heat-pulse målinger måles med heat-pulse sonde og metoden anvendes som oftest kun i filtersatte boringer. Begge metoder anvendes i forbindelse med oppumpning fra boringen. Ved pakker test sættes 2 oppustelige pakkere omkring det interval som ønskes testet. I mellem de 2 pakkere monteres en grundvandspumpe og tryktransducer. Metoden anvendes i både filtersatte boringer og i åbne kalkboringer. Bestemmelse af strømningsfordeling i mættet zone er i det følgende bestemt på 2 niveauer svarende til en kategori 2 (flowlogs og/eller heat-pulse-målinger) og kategori 3 metode (pakker test). Litteratur 1. Hydraulics of groundwater. Jacob Bear. 1979. 2. Analysis and evaluation of Pumping Test Data. Kruseman & De Ridder. 1983. 3. Geofysisk borehulsmåling. Logging. Bay, W. Laboratoriet for Geoteknik, Ingeniørhøjskolen i Horsens, 1990. 4. Vandforsyning. Karlby H. og Sørensen, I. Teknisk Forlag, 1998. Forudsætninger for bestemmelse af strømningsfordeling i mættet zone: Sediment i boringen Ved flowlogs kan opslemmet sediment i boringen og en meget ujævn borevæg påvirke propellens rotation og give et mere usikkert billede af grundvandets indstrømning i boringen. Høj pumpeydelse De bedste resultater for flowloggen opnås ved en høj konstant pumpeydelse uden at vandspejlet sænkes under forerør. Er dette ikke muligt, kan der eventuelt injiceres vand i boringen eller udføre flowloggen ved en henholdsvis lav og høj pumpeydelse. Udstyrets kapacitet; Test udstyret skal have den fornødne kapacitet til at levere et tilstrækkeligt flow. 1 af 5
Kategori 2 - Bestemmelse af strømningsfordeling i mættet zone Princip. Heat-Pulse: I en boring filtersat i den mættede zone kan strømningsfordelingen i mættet zone bestemmes ved, at der gennemføres heat-pulse-målinger. Heat Pulse sonden består af et varmelegeme og to termometre, der er monteret henholdsvis 5 cm over og under varmelegemet. Ved hver enkelt måling varmes vandet omkring varmelegemet hurtigt op, strømning i boringen vil flytte det opvarmede vand henholdsvis op eller ned. Tiden for varmepulsens transport fra varmelegemet til termometrene er udtryk for vandets strømningshastighed. Heat-pulse-målinger benyttes til måling af vandbevægelsen i en boring med små strømningshastigheder. Heat-pulse-målinger anvendes, mens sonden står stille ved en given dybde (diskrete målinger), hvilket adskiller sig fra flowlogging, hvor der måles kontinuert. Princip. Flowlogging: I det følgende (feltopstilling, principskitse m.m.) beskrives bestemmelse af strømningsfordeling i mættet zone bestemt ved flow-måling. Flowlogging kan udføres både i filtersatte som ikke filtersatte boringer. I ikke filtersatte boringer skal formationen kunne stå selv, hvilket er muligt i nogle kalkaflejringer men ikke i sandaflejringer. Hvis flowloggen udføres i ikke filtersatte boringer skal der også udføres en caliberlog til bestemmelse af borehullets diameter. Denne anvendes til at kalibrere flowloggens målinger. Der installeres en dykpumpe under vandspejlet i boringen. Flowloggen måler den relative vertikale strømning i boringen med en propelsonde. På flowloggen ses den vertikale strømning som en variation af RPM (Rounds Per Minute) fra top til bund af boringen. Feltopstilling: Flowsonde installeres i boring og pumpeindtag af dykpumpe placeres efter følgende retningslinjer. Principskitse: Pump i 5 minutter: Hvis sænkning ~1 m: Sæt pumpeindtag 0,5 m under vandspejl Hvis sænkning ~ 2 a 3 m: Sæt pumpeindtag 1 m under vandspejl Hvis sænkning > 3 m: Sæt pumpeydelsen ned eller ryk pumpen nedad Herefter føres flowsonde op ved siden af pumpen. 2 af 5
Udførelse: Flowsonden køres først ned med konstant hastighed gennem boringen uden pumpning, hvilket giver sondens nul-niveau. Dernæst indstilles pumpen til en konstant ydelse. Sænkning og ydelse noteres i feltjournalen. Flowsonden sænkes ned gennem boringen ved konstant hastighed og der foretages en løbende registrering af flow (RPM). Pumpeydelsen og rotationen er kendt i toppen af boringen og rotationerne i boringen kan kortlægges i ydelse samt procent. Det er yderst vigtigt, at der måles flow oppe i casingen (om muligt mindst 2 m), for at kalibrere flowloggen med pumpens flow. Der logges altid imod vandstrømningen nedad ved pumpning og opad. Ydelsen og boringens areal sammenholdes, således at loghastigheden kan tilpasses vandstrømningen i boringen. Det er vigtigt for et godt resultat, at der er en betydelig forskel mellem sondens og vandstrømmens hastighed. Data, databehandling og rapportering: Under logging måles antallet af rotationer per minut (RPM), der omregnes til m/min, m 3 /t samt til procent af maksimalt flow under pumpning. Data fra loggingen med flow korrigeres for eventuel intern strømning i boring med data fra loggingen uden flow. Flowlog med og uden pumpning optegnes sammen med boreprofil og eventuelle andre logs udført i boringen. Ved tolkningen af flowloggen sættes flow lig 0% i bunden af boringen og til 100% i casingen. En konstant kurve, viser, at der ikke er indstrømning i intervallet, en svag stigning viser jævn indstrømning fra hele intervallet, mens en pludselig stigning viser koncentreret indstrømning fra et højt permeabelt lag eller en sprække. Følgende parametre skal beregnes på baggrund af data: indstrømning i % af total indstrømning som funktion af dybden Følgende parametre kan beregnes på baggrund af data: boringens virkningsgrad magasinets hydrauliske ledningsevne Forslag til supplement af testen: Ved logging i boringer, hvor der ikke kan skabes en tilfredsstillende vandstrømning ved oppumpning af vand, kan man udføre flowlog ved nedpumpning (injicering) af vand fra fx. en brandhane (iht. Miljøbeskyttelsesloven 19 kræves en myndighedstilladelse til nedpumpning af vand). Ydelsen for det nedpumpede vand skal måles og loghastigheden vurderes. Det er ligeledes muligt at udføre flowmålinger i boringer med lave ydelser ved at udføre målingerne i 2 omgange. Først en flowmåling ved lav ydelse, hvor pumpen er placeret i casingen. Dernæst sænke pumpen til et lavere niveau og udføre en en flowmåling ved den højest mulige ydelse. De 2 sæt flowkurver afbilledes og strømninger i de dybere dele af boringen kan verificeres. Heat-pulse sonden er ligeledes velegnet til måling af strømning i lavtydende boringer. 3 af 5
Kategori 3 - Bestemmelse af strømningsfordeling i mættet zone Ved kategori 3 bestemmelse af strømningsfordelingen i mættet zone udføres denne vha. et system af pakkere og en grundvandspumpe. Princip: Pakkertest På en boring udføres et pumpeforsøg mellem 2 pakkere. Ved samtidigt at registrere flow og tryk i pakkerintervallet kan den hydrauliske ledningsevne bestemmes for det testede interval. Feltopstilling: I en boring sættes 2 oppustelige pakkere i det interval, som ønskes testet. I mellem de 2 pakkere monteres en grundvandspumpe og tryktransducer. Principskitse: (foreløbig) Der monteres også tryktransducere under den nederste pakker og over den øverste pakker for at teste, om pakkerne er tætte. På afgangen fra grundvandvandspumpen monteres en flowmåler til elektronisk logging af flow fra boringen. Loggerne til tryktransducere skal kunne måle hvert 5. sekund med en usikkerhed på ikke over 0,01 m. Udførelse: Pakker, transducere og pumpe installeres i boringen. Pakkerne pustes op, og systemet tjekkes, om det er tæt ved en indledende pumpning i 5 min med samtidig måling af vandspejlet over, mellem og under pakkerne. Hvis der ikke er respons i vandspejlet over den øverste pakker eller under den nederste pakker er systemet tæt, og forsøget kan startes, når vandspejlet mellem pakkerne er retableret. Pumpen opstartes med et konstant flow. Herefter føres med datalogger en løbende registrering af flow og tryk i boringen. Tryktransducere i pumpeboring indstilles til at logge data hvert 5 sek. Forsøget gentages for andre intervaller som ønskes testet. 4 af 5
Data, databehandling og rapportering: Under forsøget opsamles data af tid, flow og tryk i pumpeboringen. Der optegnes en situationsplan med angivelse af placering af pumpeboring på lokaliteten. Boreprofilet vedlægges rapporten med angivelse af filterplacering samt vandspejl. Der optegnes en graf med tryk og flow som funktion af tiden. Med sænknings- og stigningskurvens dekadehældninger beregnes den hydrauliske ledningsevne. Følgende parametre skal beregnes på baggrund af data: den hydrauliske ledningsevne for det testede interval Forslag til supplement af testen: Der etableres observationsboringer til måling af grundvandets respons i disse. Observationsboringerne kan også monteres med pakkere og tryktransducere mhp. at vurdere den rumlige variation i strømningsfordelingen i den mættede zone. 5 af 5