En jämförelse av hydrauliska enhålstester i grundvattenrör

Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper ISSN 1650-6553 Nr 338

En jämförelse av hydrauliska enhålstester i grundvattenrör

Sara Doverfelt

INSTITUTIONEN FÖR GEOVETENSKAPER

Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper ISSN 1650-6553 Nr 338

En jämförelse av hydrauliska enhålstester i grundvattenrör

Sara Doverfelt

ISSN 1650-6553

Copyright © Sara Doverfelt och Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet

Publicerad av Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet (www.geo.uu.se), Uppsala, 2015

Sammanfattning

En jämförelse av hydrauliska enhålstester i grundvattenrör Sara Doverfelt

Det finns idag behov av att ta fram information om hur vatten flödar i marken. För att undersöka detta brukar det installeras grundvattenrör. Grundvattenrör används oftast i syfte att bevaka grundvattenni- våer i marken men kan även användas för att utföra hydrauliska tester vars syfte är att skatta jordens hydrauliska egenskaper. Det är då framförallt den hydrauliska konduktiviteten som söks. Kunskap om markens hydrauliska konduktivitet är bland annat viktig för modellering av grundvattenflöden och be- räkning av föroreningsspridning.

Genom åren har det utvecklats ett antal hydrauliska tester för att ta fram hydrauliska egenskaper i jorden. Från de ursprungliga testerna med pumprör och observationsrör (interferenstester) har det till- kommit metoder för att genomföra tester i enskilda grundvattenrör. Idag kan bland annat pumptest och slugtest genomföras för att skatta hydrauliska egenskaper i enskilda grundvattenrör.

Examensarbetet har undersökt olika hydrauliska tester som genomförs i enskilt grundvattenrör.

Testerna har varit pumptest, injektionstest, slugtest med solid slug, slugtest med vatten och stignings- mätning. Testerna har genomförts i 11 olika grundvattenrör. Grundvattenrören har varit placerade i olika jordarter och akvifertyper. Alla tester har gjorts i alla rör för att kunna göra en jämförelse mellan testerna.

Resultat från testerna visar att det föreligger en variation i skattade hydrauliska egenskaper när en jämförelse gjordes mellan alla slugtester och alla pumptester. Pumptesterna gav generellt en mindre variation mellan test och modellösning och visar sig därför mer oberoende av testtyp och val av mo- dellösning. Slugtesterna visade skillnad i skattad hydraulisk konduktivitet beroende på modellösning.

Modellösningarna Hyder mfl. (1994)/KGS och Dougherty-Babu (1984) för slugtest gav en högre skattning hydraulisk konduktivitet än pumptesterna medan modellösningen Bouwer-Rice (1976) gav en lägre skattning av hydraulisk konduktivitet än pumptesterna.

Testerna skiljer sig åt när de genomförs i olika jordarter. I lågkonduktiva jordarter är det svårt att genomföra olika typer av pumptest då dessa är påverkade av brunnsmagasin och det krävs att pumpflödet är tillräckligt lågt för att grundvattenröret inte ska torrläggas eller svämma över. Därför är det rekommenderat att utföra slugtest i lågkonduktiva jordarter. I högkonduktiva jordarter är det rekommenderat att göra pumptester då slugtester genererar färre mätpunkter och kan därför leda till fel i modelleringen.

Nyckelord : Hydrauliska tester, enrörstester, slugtest, pumptest, grundvattenrör

Handledare: Rune Nordqvist

Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet, Villavägen 16, 752 36 Uppsala (www.geo.uu.se) ISSN 1650-6553, Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, Nr 338, 2015

Hela publikationen finns tillgänglig på www.diva-portal.org

Popular Science Summary

A Comparison of Single-Well Hydraulic Tests in Groundwater Pipes Sara Doverfelt

There is a need today to gain information on how water moves in the ground. Groundwater pipes are therefore installed to monitor the groundwater levels. These groundwater pipes can however be used to perform hydraulic tests to obtain information regarding hydraulic properties of the soil. Hydraulic tests are usually performed to investigate the water flow in the soil. This water flow is called hydraulic conductivity. Information on hydraulic conductivity is, for example, essential in modeling of pollutant transport.

Several types of hydraulic tests have been developed throughout history in the purpose to investi- gate hydraulic properties in the soil. The original tests involved pumping tests where one pipe was pumped while an adjacent pipe was used to monitor water level changes. From these original pumping tests there has been a development where the methods can be applied in a single groundwater pipe.

Typical single-well tests used today are pumping tests and slug tests.

This thesis has investigated and evaluated different hydraulic test performed in single groundwater pipes. Two types of pumping test have been performed: pumping test with constant flow, where the water is pumped out from the pipe, and injection test where water is pumped into the pipe with a con- stant flow. Three types of slug test have been performed: slug test using a solid slug, slug test using water and rising head test. Slug test is a test where the water level in the pipe is rapidly lowered or rai- sed. The time it takes for the water to return to the initial water level is measured and used to calculate the hydraulic conductivity of the soil. The tests have been performed in 11 different groundwater mo- nitoring pipes. The groundwater pipes were situated in different types of soil and aquifers. All the tests were performed in all the pipes to be able to compare them. Different model solutions were used to analyze the measured data from the hydraulic tests.

The results showed variation in estimated hydraulic conductivity when the average hydraulic con- ductivity of pumping tests and slug tests were compared. The different types of pumping tests had on average a small difference in hydraulic conductivity and the results were on average independent of model solution used. Depending on the model solution there was a difference in hydraulic conduct- ivity for the slug tests. The model solutions of Hyder et al (1994)/KGS and Dougherty-Babu (1984) for slug test estimated over-all a higher hydraulic conductivity than the pumping tests while the model solution of Bouwer-Rice (1976) estimated over-all a lower hydraulic conductivity than the pumping tests.

The results and performance of the tests behaved differently depending on the type of soil. It was difficult to perform pumping and injection tests in low conductivity soils due to well-bore storage in the groundwater pipe. It is therefore recommended to perform slug tests in low conductivity soils and pumping tests in high conductivity soil because slug tests generates fewer measurements than pumping tests and can cause errors in the modeling.

Keywords: Hydraulic tests, single-well test, slug test, pumping test, groundwater pipe

Supervisor: Rune Nordqvist

Departmentof EarthSciences,UppsalaUniversity,Villavägen16, SE-75236 Uppsala (www.geo.uu.se) ISSN 1650-6553, Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, No. 338, 2015

The whole document is available at www.diva-portal.org

Innehållsförteckning

1 Introduktion ... 1

2 Syfte och målsättning ... 2

3 Bakgrund ... 3

3.1 Grundläggande begrepp ... 3

3.1.1 Typer av akviferer ... 3

3.1.2 Hydrauliska parametrar ... 4

3.2 Hydrauliska enhålstester ... 5

3.2.1 Slugtest ... 5

3.2.2 Stigningsmätning ... 5

3.2.3 Pump- och injektionstest ... 6

3.3 Utvärdering av hydrauliska tester ... 6

3.4 Utvärdering av mätdata ... 8

3.4.2 Pump- och injektionstest ... 8

3.4.3 Slugtest ... 9

3.5 Tidigare studier... 10

4 Metod ... 12

4.1 Grundvattenrör ... 12

4.1.1 Valet av grundvattenrör ... 12

4.1.2 Använda grundvattenrör ... 12

4.2 Utförande av tester ... 13

4.2.1 Slugtest ... 13

4.2.2 Stigningsmätning ... 13

4.2.3 Pumptest ... 14

4.2.4 Injektionstest ... 14

4.3 Utrustning ... 14

4.4 Modellering med Aqtesolv ... 15

4.4.1 Verktyg i Aqtesolv ... 15

4.4.2 Val av modellösningar... 15

4.4.3 Analysen av mätdata ... 18

5 Resultat ... 20

5.1 Urval av modellerade grafer i Aqtesolv ... 20

5.2 Sammanställning av modellerade hydrauliska parametrar från tester ... 27

6 Diskussion ... 35

6.1 Skillnad i hydraulisk konduktivitet mellan de olika testerna ... 35

6.2 Skillnad mellan olika jordarter och typer av akvifer ... 35

6.3 Modellering av resultat ... 36

6.4 Praktiska aspekter hos pump- och slugtest ... 37

Innehållsförteckning (forts.)

6.4.1 Slugtest ... 37

6.4.2 Pumptest och injektionstest ... 37

6.5 Saker att tänka på innan testerna genomförs ... 37

6.5.1 Tidsåtgång ... 38

6.5.2 Vattenhantering ... 38

6.5.3 Ursprunglig vattennivå ... 38

6.5.4 Geoteknisk information ... 38

7 Slutsatser ... 39

8 Tackord ... 40

9 Referenser ... 41

Appendix I ... 43

Appendix II ... 46

1

1 Introduktion

Idag finns det ett behov av att beräkna hydrauliska egenskaper hos jord och berg. Det är då framförallt den hydrauliska konduktiviteten som söks. Hydraulisk konduktivitet ger information om hur grundvattnet flödar i marken (Carlsson & Gustafson, 1991). Kunskap om den hydrauliska konduktiviteten används inom bland annat modellering av föroreningsspridning och grundvattenpåverkan. Noggrannheten i bestämningen av hydraulisk konduktivitet påverkar noggrannheten i modelleringen av vattenflöden och föroreningsspridning.

Det finns flera olika sätt att skatta jordens eller bergets hydrauliska konduktivitet. För att bestämma hydraulisk konduktivitet i jord kan laborationstester av jordprov eller in situ tester genomföras. Laborationstester innebär att jordprov samlats in för att senare analyseras på laboratorium.

Nackdelen med dessa tester är att proven blir förhållandevis små och det krävs ett stort antal prov för att analysera hydrauliska egenskaper hos ett större område (Oosterbaan & Nijland, 1994). Dessutom finns det risk att jordens struktur ändras vid laborationstester.

Med in situ tester menas tester som sker i fält. Traditionellt sett har hydrauliska in situ tester inneburit olika typer av pumptester. En av de första som utvecklade en metod för att analysera avsänkningen med tiden för att skatta hydrauliska egenskaper var Theis (1935). Theis metod bygger på att ett rör pumpas medan avsänkningen observeras i ett närliggande rör. Mätdata matchas sedan mot en brunnsekvation framtagen av Theis. Från Theis (1935) metod har det utvecklats lösningar för att kunna beräkna hydrauliska egenskaper i de fall när avsänkningen enbart mäts i röret som pumpas, så kallade enhålstester. Utöver de traditionella pumptesterna finns det en annan typ av tester som kallas slugtest.

Slugtest är också ett in situ test men kan till skillnad från pumptest enbart genomföras i enskilda rör.

Testet innebär att en momentan ändring av vattennivån görs i röret. Sedan får vattennivån återhämtas till ursprunglig nivå. Återhämtningen används för att skatta hydrauliska egenskaper hos jorden (Kruseman & de Ridder, 1994).

Både pump- och slugtest används idag som utvärderingsmetoder för att skatta hydrauliska egenskaper. Det har dock diskuterats huruvida parameterskattningen skiljer sig mellan de olika testerna.

Slugtest påverkar enbart en liten del av jorden närmast röret (Kruseman & de Ridder, 1994) medan pumptest oftast pågår under en längre tid vilket medför att influensradien runt röret ökar.

Detta examensarbete behandlar tester som genomförs i enskilda rör. Enhåltester används idag

väldigt ofta för att skatta en jords hydrauliska egenskaper. Fördelen med att göra enhålstester är att de

tar kort tid och färre rör måste installeras än för pumptester med observationsrör. Det gör att kostnaderna

för testerna minskar (Boonstra & de Ridder, 1994).

2

2 Syfte och målsättning

Detta examensarbete fokuserar på hydrauliska tester som genomförs i jord. Det finns idag ett stort antal olika hydrauliska tester att tillgå. Dessa tester skiljer sig i både utförande och utvärdering, vilket potentiellt kan leda till varierande testresultat. Syftet med projektet är att undersöka, jämföra och utvärdera vanligt förekommande hydrauliska tester som görs i ett enskilt rör och se om det finns skillnader mellan testerna.

Målsättningen är att undersöka hur skattade parametrar varierar mellan olika typer av enhålstester i grundvattenrör. Testerna som analyseras är slugtest med solid slug, slugtest med vatten, stigningsmätning, pumptest och injektionstest. Det ska även undersökas hur testresultaten skiljer sig mellan olika jordarter samt typer av akviferer. Testerna skiljer sig i testutförande och kräver olika utrustning. Därför innefattar projektet även en utvärdering av praktiska aspekter hos respektive test.

Målsättningarna uppfylls genom att egna tester genomförs i grundvattenrör där resultatet

utvärderas genom modellering med programvaran Aqtesolv. De olika testerna görs i samtliga

grundvattenrör för att kunna jämföra testresultaten. Grundvattenrören är placerade i olika jordarter och

akvifertyper för att dels se skillnader i resultat men även för att kunna utvärdera hur praktiska testerna

är för respektive jordart alternativt akvifertyp.

3

3 Bakgrund

Följande avsnitt kommer mer ingående förklara grundläggande begrepp gällande hydrauliska tester samt hur hydrauliska tester genomförs och utvärderas. Olika hydrauliska tester och modellösningar som används vid analysen av mätdata kommer att redogöras. Dessutom kommer olika faktorer som kan påverka bland annat valet av modellösning i utvärderingen av mätdata beskrivas.

3.1 Grundläggande begrepp

När man pratar om olika hydrauliska tester och hydrologiska undersökningar finns det ett antal olika begrepp som är viktiga att känna till. Hydrauliska tester kan genomföras i olika typer av jordarter och berg. Hur vatten flödar i marken är till stor del beroende av hydrauliska egenskaper hos jorden eller berget. Hydrauliska tester kommer ursprungligen från att man ville undersöka olika typer av akviferer för att se hur vattenförande de är. I lagstiftningen definieras en akvifer i artikel 2 punkt 11 i Ramdirektivet för vatten 2000/60/EG som ett eller flera geologiska lager som har tillräckligt stor porositet och genomsläpplighet att grundvatten kan utvinnas. Dock används hydrauliska tester idag för att undersöka olika typer av jordarter, trots att alla nödvändigtvis inte kan definieras som en akvifer i den benämningen som lagstiftningen redogör. Då modellösningar som används för att utvärdera hydrauliska tester använder begreppet akvifer kommer det ordet att användas i detta arbete för att beskriva den geologiska formation som undersökts i testet.

3.1.1 Typer av akviferer

Vid utvärderingen av jordarterna i hydrauliska tester har akviferer delats upp beroende på geologin omringande själva akviferen. Det finns i huvudsak tre olika typer av akviferer: sluten, öppen och läckande (Carlsson & Gustafson, 1991).

Sluten akvifer

En sluten akvifer överlagras av ett lager som har låg genomsläpplighet och kan därigenom betraktas som tätt. Slutna akviferer kan ha en tryckyta som är ovanför övre gränsen för akviferen vilket medför att vattennivån i ett grundvattenrör ligger högre än övre gränsen för akviferen (Kruseman & de Ridder, 1994).

Öppen akvifer

En öppen akvifer har inget överliggande lager med lägre genomsläpplighet, vilket medför att

grundvattenytan kan höjas och sänkas helt obehindrat. Den övre gränsen av akviferen definieras då

4

genom grundvattenytan. Vid grundvattenytan i en öppen akvifer är trycket detsamma som atmosfärstrycket, alltså sker ingen nivåändring av vattenytan om ett grundvattenrör installeras i en öppen akvifer (Kruseman & de Ridder, 1994).

Läckande akvifer

En läckande akvifer överlagras eller underlagras av lager som släpper igenom en begränsad mängd vatten. Vatten kan ibland strömma genom detta lager, exempelvis då pumpning av akviferen sker.

Vattennivån i grundvattenrör kan vara över, under eller i nivå med akviferens övre gräns (Kruseman &

de Ridder, 1994).

3.1.2 Hydrauliska parametrar

Målet med att utföra hydrauliska tester är att skatta hydrauliska parametrar som sedan används i bland annat modellering av grundvattenflöden. Följande parametrar är de som vanligen eftersöks i hydrauliska tester:

Hydraulisk konduktivitet - K [m/s]

Hydraulisk konduktivitet är ett grundvattenflöde genom ett poröst medium och räknas ut genom den vattenvolym som passerar en viss area vinkelrät mot grundvattnets flödesriktning per tidsenhet.

(Kruseman & de Ridder, 1994). Den hydrauliska konduktiviteten tar hänsyn till både vätskans egenskaper så som viskositet och densitet samt materialets egenskaper som grundvattnet flödar genom (Fetter, 2001).

Transmissivitet - T [m²/s]

Transmissivitet är integration av hydraulisk konduktivitet över ett visst djupintervall i en akvifer (Carlsson & Gustafson, 1991).

Specifik magasinskoefficient - Ss [m^-1]

Specifik magasinskoefficient är volymen vatten som en volymenhet av akviferen frigör eller magasinerar under en enhetsändring i tryck (Carlsson & Gustafson, 1991).

Magasinskoefficient - S [-]

Magasinskoefficienten anger den volym vatten som en areaenhet av akviferen frigör eller magasinerar under en enhetsändring i tryck. Magasinskoefficienten är enhetslös (Carlsson & Gustafson, 1991).

Magasinskoefficienten varierar beroende på om det är en öppen eller sluten akvifer. En öppen akvifers

lagringsförmåga av vatten är beroende av dess vattenavgivningstal (se nedan). Mängden vatten som

avges vid pumpning styrs då av vattenavgivningstalet. I en sluten akvifer är magasinskoefficienten till

5

stor del beroende av jordens kompressabilitet. Magasinskoefficienten är dimensionslös och den brukar vara mellan 5x10

och 5x10

för slutna akviferer (Kruseman & de Ridder, 1994).

Vattenavgivningstal - Sy

Vattenavgivningstal är den volym vatten som kan dräneras fritt från ett vattenmättat jordprov under inverkan av gravitationen. I en öppen akvifer är det i huvudsak vattenavgivningstalet som anger hur mycket vatten som dräneras vid pumpning av akviferen. Vattenavgivningstalet brukar variera mellan 0.01 och 0.3 (Kruseman & de Ridder, 1994).

3.2 Hydrauliska enhålstester

Hydrauliska enhålstester är tester som genomförs i ett enskilt grundvattenrör utan observationsrör. I dessa tester sker övervakning av ändringar i vattennivå i samma rör som testerna genomförs i. Dessa tester är vanliga på grund av att de är mindre kostsamma än hydrauliska tester med observationsrör (Boonstra & de Ridder, 1994).

3.2.1 Slugtest

I ett slugtest åstadkoms en snabb ändring av vattennivån där återhämtningen till den ursprungliga nivån övervakas. Slugtest kan göras på två sätt. Ett sätt är att en solid slug sänks ner i röret och ett annat sätt är att ett snabbt tillskott eller uttag av vatten sker. Återhämtningen av vattennivån sker genom att vatten flödar in eller ut från röret (Butler, 1998).

Slugtester görs ofta för att ta fram hydrauliska parametrar eftersom att de kostar relativt lite jämfört med andra metoder och det inte krävs många personer för att genomföra ett test. Genomförandet av slugtest är enkelt på det sättet att det som krävs är att vattennivån i röret ändras och observationer av återhämtningen görs. Till skillnad från pumptest och injektionstest krävs ingen vattenhantering (Butler, 1998).

3.2.2 Stigningsmätning

Stigningsmätning är ett hydrauliskt test som görs efter att ett rör pumpats och pumpningen avslutats.

När pumpningen upphört börjar vattennivån i röret att stiga. Testet analyserar tiden det tar för

vattennivån att återgå till ursprungsnivån (Kruseman & de Ridder, 1994). Stigningsmätning kommer i

detta arbete vara jämförbart med slugtest där sänkning av vattennivå sker.

6 3.2.3 Pump- och injektionstest

Pumptest är ett hydrauliskt test där vatten pumpas ut från ett grundvattenrör samtidigt som ändringen i vattennivån observeras. Mätningen av vattennivån kan ske dels i det pumpade röret, men kan även göras i närliggande rör (Kruseman & de Ridder, 1994) och kallas då interferenstester alternativt provpumpning. Skillnaden mellan pump- och injektionstest är att vatten pumpas ut från grundvattenröret i pumptest medan vatten pumpas in i grundvattenröret vid injektionstest (Aqtesolv, 2015) Pump- och injektionstest kan även genomföras genom att ett konstant tryck eller konstant flöde i grundvattenrör erhålls. I hydrauliska test med konstant tryck pumpas vatten in i eller ut från grundvattenröret för att uppnå ett konstant tryck (konstant vattennivå) där mätningar av vattenflöde i grundvattenröret används för att beräkna bland annat hydraulisk konduktivitet (Chang & Chen, 2002). I detta examensarbete kommer enbart pump- och injektionstest med konstant flöde att genomföras.

3.3 Utvärdering av hydrauliska tester

För att utvärdera mätdata erhållna från akvifertester har det genom åren utvecklats ett flertal modeller.

Dessa modeller utgår från samma flödesekvation som är baserad på Darcys lag och radiellt flöde, alltså tvådimensionellt flöde:

𝜕

ℎ

𝜕𝑟

⁺ 1 𝑟

𝜕ℎ

𝜕𝑟 ⁼ 𝑆 𝑇

𝜕ℎ

𝜕𝑡

Ekvationen förutsätter att akviferen är homogen och isotropisk (Fetter, 2001). Det som skiljer modellerna åt är att vissa kan ta hänsyn till andra typer av faktorer så som om akviferen är läckande eller öppen.

En av de första att utveckla en modell för att utvärdera transmissivitet var Thiem (1906). Thiems metod förutsätter att flödet är stationärt, alltså att ingen förändring av flödet sker med tiden. Det stationära tillståndet sker när det finns ett tillflöde av vatten från bland annat närliggande läckande akviferer eller ytvattenförekomster. Tillståndet när flödet och grundvattennivån ändras med tiden kallas för transient tillstånd. Stationärt tillstånd anses i praktiken vara uppnått när ändringen i grundvattennivå är så liten att den kan ses som försumbar. År 1935 utvecklade Theis en metod för att beskriva hur flödet i en akvifer ändras med tiden när akviferen pumpas med konstant vattenflöde. Detta gjorde det möjligt att utöver akviferens hydrauliska konduktivitet även erhålla information om akviferens magasinskoefficient. Metoden bygger på att mätdata matchas mot en framtagen brunnsfunktion för att ta fram transmissivitet och magasinskoefficient (Kruseman & de Ridder, 1994).

För att kunna räkna med Theis ekvation och andra modellösningar krävs det att ett antal

antaganden uppfylls. Theis (1935) metod förutsätter att akviferen är oändligt stor till ytan samt att den

7

är homogen och isotropisk. Akviferens längd är densamma för hela arean och grundvattenröret har ett filter med samma längd som akviferens mäktighet. Flödet till grundvattenröret är radiellt och allt eftersom akviferen pumpas ökar influensradien (Kruseman & de Ridder, 1994). Theis metod användes till att börja med för slutna akviferer. Från Theis ekvation har det utvecklats ett flertal modeller för att pumptester även ska kunna appliceras för andra randvillkor. Jacob (1950) utvecklade Theis metod för att även kunna modellera öppna akviferer. Om avsänkningen i akviferen är liten uppfylls Theis krav på radiellt flöde och metoden kan även användas i öppna akviferer. Skulle fallet vara så att en markant avsänkning sker i akviferen föreslår Jacob (1944) en korrigering av mätdata utifrån den ursprungliga vattennivån i akviferen (Boonstra & de Ridder, 1994).

Theis metod förutsätter att filtret på grundvattenröret har samma längd som akviferens mäktighet, dock är det i många fall så att filtret bara delvis penetrerar akviferen. Då tillkommer vertikalt flöde mot röret som gör att det totala flödet mot grundvattenröret ökar jämfört med om flödet enbart är radiellt. Flödet är som högst närmast röret och avtar successivt ju längre avståndet är från röret. För att kunna ta hänsyn till detta utvecklade därför Hantush (1961 a, 1961 b) Theis (1935) modell för att även kunna modellera fall där akviferen är bara delvis penetrerad (Kruseman & de Ridder, 1994).

Det finns vissa skillnader mellan interferenstester med observationsrör och enhålstester. För att kunna utvärdera enhålstester måste man tänka på att själva röret innehåller vatten, så kallat brunnsmagasin. Vattenvolymen per volymenhet i röret är större än vad den är i den omringande akviferen, vilket bidrar till att avsänkningen är större i början av testet (Kruseman & de Ridder, 1994).

De flesta utvärderingsmetoderna antar att akviferen är homogen. Den hydrauliska konduktiviteten är då lika för alla delar av akviferen. Akviferer kan vara isotropiska eller anisotropiska.

Med isotropisk menas det att hydrauliska konduktiviteten är oberoende av riktning. I samband men att ett grundvattenrör installeras kan jorden påverkas och således påverka den hydrauliska konduktiviteten närmast röret. Därför kan akviferen vid dataanalys erhålla en hydraulisk konduktivitet som ej är representativ för övriga delar av akviferen. Skillnaden i den hydrauliska konduktiviteten närmast röret beskrivs vanligen med en så kallad skinfaktor (Butler, 1998). Skinfaktorn är mer påtaglig vid enhålstester då observationer enbart görs i den pumpade brunnen.

Likt pumptest finns det lösningar för slugtest som utvärderar transient och stationärt flöde

liksom att det finns lösningar för olika typer av akviferer. För slutna akviferer tillhör Cooper mfl. (1967)

och Hvorslev (1951) modellösningar de vanligaste. Cooper mfl. (1967) tog fram en lösning där mätdata

matchas mot typkurvor för att göra en parameterskattning. Med metoden kan hydraulisk konduktivitet

och magasinskoefficient skattas. I Hvorslevs (1951) metod plottas mätdata av vattennivå i logskala. Data

matchas mot en rak linje vars lutning används för att skatta hydraulisk konduktivitet. Till skillnad från

metoden utvecklad av Cooper mfl. (1967) antas magasinskoefficienten i Hvorslevs metod vara så pass

liten att den kan försummas (Butler, 1998). Från Hvorslev (1951) och Cooper mfl. (1967)

modellösningar har det tillkommit lösningar för att kunna modellera andra akvifertyper. Dougherty-

8

Babu (1984) samt Hyder mfl. (1994) modellösning KGS är exempel på lösningar som kan användas i de fall där röret inte penetrerar hela akviferen och för att modellera skin (Aqtesolv User’s Guide, 2007)

3.4 Utvärdering av mätdata

Innan valet av modellösning görs bör det göras någon form av analys av mätdata från det hydrauliska testet. Valet av modell samt hur modelleringen görs kan ge en stor variation i resultat. Det finns därför ett antal faktorer som kan vara viktiga att beakta i analysen av pump- och slugtest.

3.4.2 Pump- och injektionstest

Avsänkningen som sker i grundvattenröret är till stor del beroende av akvifertyp samt andra faktorer som brunnsmagasin, skinfaktor och om grundvattenröret penetrerar hela eller bara delar av akviferen.

För att skilja på olika flöden brukar man dela in flöden i olika flödesregimer. Till de vanligaste flödesregimerna tillhör radiellt, sfäriskt och linjärt flöde. Theis (1935) metod, som antar att en homogen isotropisk sluten akvifer pumpas med konstant flöde, är baserad på radiellt flöde. När en öppen akvifer med samma egenskaper pumpas sker det till att börja med en liknande avsänkning som för den slutna akviferen. Efter att akviferen pumpats ett tag stannar avsänkningen (flödet är konstant) för att sedan öka igen. Den senare avsänkningen är beroende av akviferens vattenavgivningstal. Avsänkningen i en läckande akvifer är till att börja med samma som för en sluten akvifer, men efter en viss tid sker en stabilisering av flödet och ingen mer avsänkning sker. Sfäriskt flöde har till skillnad från radiellt flöde även ett vertikalt flöde och är därför tredimensionellt (Renard mfl., 2009). Det sfäriska flödet förekommer bland annat i grundvattenrör där akviferen är delvis penetrerad. Linjärt flöde förekommer när tillflöde kommer från kanaler eller sprickor som är mer högkonduktiva än akviferen (Hammond &

Fields, 2014).

För att kunna utvärdera avsänkningen och flödesregimerna kan derivatan av mätdata analyseras.

Där räknas derivatan för avsänkningen som funktion av den naturliga logaritmen av tiden. Analys av derivatan gör att mindre ändringar i avsänkning kan observeras (Samani mfl., 2006). Derivatan kan bli brusig om det är stora skillnader mellan mätpunkterna (kan uppkomma om mätutrustningen har lägre noggrannhet). Följaktligen blir derivatan svårtolkad. Därför har det tagits fram olika metoder för att göra derivatan mindre brusig (Renard mfl. 2009). En vanlig metod att räkna ut derivatan är Bourdet mfl.

(1989). Metoden av Bourdet mfl. (1989) räknar ut derivatan för en viss punkt genom två värden med ett

visst logaritmiskt tidsintervall på vardera sidan av punkten. Tidsintervallet kan variera mellan 0-0.5

logcyklar. Låga intervallvärden kan leda till brus i data och höga värden kan generera felaktig tolkning

av derivata (Bourdet mfl., 1989) Lutningen hos derivatan ger information om flödesregimen. Derivatan

kan analyseras när mätdata plottas i log-logskala samt lin-logskala. För linjärt flöde har derivatan en

positiv lutning när derivatan plottas i log-logskala. Derivatan för radiellt flöde har i log-logskala en

9

lutning = 0 och för sfäriskt flöde har derivatan i log-log skala en negativ lutning. I början av pumpningen kan det hända att avsänkningen i röret samt dess log-derivata har samma lutning. Detta kan bero på rörets brunnsmagasin. Därför kan derivataanalys även användas för att detektera sådana effekter (Renard et al, 2009).

3.4.3 Slugtest

Före själva matchningen med modellösning görs finns det ett antal saker som man bör tänka på. Likt pumptest kan en utvärdering av mätdata göras innan analys. Val av initial vattennivåändring och normalisering av data är några saker som behöver utvärderas vid slugtest.

Val av teststart och initial nivåändring

I slugtest sker en snabb sänkning eller höjning av vattennivån. Den initiala vattennivåändringen betecknas i slugtestmodeller som H

. Det kan dock vara svårt ibland att se när den sker på grund av snabba ändringar i vattennivå. Detta problem är vanligast i högkonduktiva akviferer där återhämtningen sker snabbt och fluktuationer sker i början av testet. I lågkonduktiva akviferer sker återhämtningen långsammare, därför är det lättare att ta fram H

. En vanlig orsak till att högkonduktiva akviferer får fluktuationer vid teststart är för att slug inte har tillsats tillräckligt snabbt (Butler, 1998). Butler (1998) säger att man kan hantera problemet med fluktuationer på tre olika sätt. Antingen importerar man all data men analyserar bara data efter att vattennivå stabiliserats. Ett annat sätt är att sätta H

och starttid till en senare tidpunkt. Det sista sättet är att estimera vad H

egentligen skulle varit om det inte skett fluktuationer i början (Butler, 1998).

Normalisering av mätdata

Normalisering av data görs för att mätdata ska bli oberoende av den initiala nivåändringen (H

).

Normaliseringen innebär att kvoten mellan vattennivåändringen vid varje mätpunkt och initiala

vattennivåändringen räknas ut och plottas mot tiden. För vissa modeller matchas data mot en linjär

lösning. Modellösningarna Bouwer and Rice (1976) och Hvorslev (1951) är exempel på lösningar som

matchar mätdata med en linjär lösning. När en linjär lösning matchas mot normaliserad data är det viktigt

att normaliserad data plottas i logskala (Butler, 1998) Dock förekommer det fall där mätdata inte är helt

linjär. Ofta sker en uppåtgående böjning av data. Därför kan matchning i dessa fall ge olika resultat

beroende av vilken tidpunkt i grafen som lösningen matchats för. För att kunna göra en matchning med

en linjär lösningsmetod när mätdata inte är linjär rekommenderar Butler (1996) att modellmatchning

bör göras på utvalda intervall beroende på lösning. För lösningen Hvorslev (1951) är intervallet när

normaliserad nivådata är 0.15-0.25 och för lösningen Bouwer-Rice (1976) är intervallet 0.20-0.30.

10

Låg- till medelkonduktiva akviferer ger vid slugtest mätdata som kan matchas mot linjära lösningar.

Dock kan det förekomma att kurvan för mätdata är böjd. Därför kan det krävas att matchning görs mot specifika intervall för linjära lösningar (se föregående stycke). Slugtest som genomförs i högkonduktiva akviferer kan ge mätdata där vattennivån oscillerar. Återhämtningskurvan är då sinusformad. I det fall en oscillerande kurva uppstår krävs det specifika modellösningar för att kunna analysera mätdata (Butler, 1998).

Filterlängd och vattennivå i öppna akviferer

Öppna akviferer med delar av filtret ovan vattenytan kan när mätdata plottas i lognormaliserad skala generera två linjer som modellösningar kan matchas mot istället för en (som är normalfallet). Den första linjen i början av testet visar en större lutning än den senare linjen i slutet i testet. Anledningen till detta fenomen kan bero på att vattnet som lagrats i filterpackningen dräneras först vilket ger ett högre flöde än den omringande akviferen. Efter att filterpackningen dränerats minskar flödet och är då mer representativt för akviferen (Bouwer, 1989). Bouwer (1989) diskuterar därför att beräkningar bör göras för den senare linjen.

3.5 Tidigare studier

Den stora skillnaden mellan slug- och pumptest är hur stort område av akviferen som undersöks och utvärderas. Slugtest har en mindre influensradie än pumptest. Detta beror på att pumptest kan pågå under en mycket lång tid och omfattar större vattenvolym än slugtest. Tidigare studier har bland annat visat på att slugtest generellt ger en lägre hydraulisk konduktivitet än pumptest (se bland annat Schulze-Makuch och Cherkauer (1995), Bulter och Healey (1998) samt Rovey och Cherkauer (1995)). Schulze-Makuch och Cherkauer (1995) visade hur den hydrauliska konduktiviteten är påverkad av volymen vatten som pumpats ut från röret. Allt eftersom pumpningen pågår påverkas ett allt större område runt röret.

Schulze-Makuch och Cherkauer (1995) visade att den hydrauliska konduktiviteten ökade med volymen vatten som pumpats ut. Förklaringen till att hydrauliska konduktiviteten ökar med utpumpad vattenvolym kan bero på att akviferen inte är helt homogen när området som påverkas av pumpningen ökar.

Jones (1993) undersökte hur pump- och slugtester skiljer sig i lågkonduktiv morän. Där kom man fram till att det var minimal skillnad i hydraulisk konduktivitet mellan pump- och slugtesterna.

Detta kunde förklaras av att inverkan av skin minskade i denna lågkonduktiva jordart (Jones, 1993). I

en studie genomförd av Rovey och Cherkauer (1995) visade det sig hur stor del av akviferen som

testades gav en skillnad i erhållen hydraulisk konduktivitet för olika jordarter. I längre pågående

11

pumptester påverkas resultaten av högkonduktiva sprickor och kan således ge en högre hydraulisk konduktivitet för akviferen än slugtestet.

Butler och Healey (1998) diskuterar att skillnaden i hydraulisk konduktivitet mellan pump- och slugtest kan förklaras av att storleken på området som undersökts skiljer sig mellan testen alternativt att installationen av grundvattenröret påverkar testresultaten. Där kom man fram till att det är sannolikt osäkerheten i installationen av röret som bidrar till större skillnad i hydraulisk konduktivitet än storleken på området av akviferen som testas.

Tidigare studier visar att det kan förekomma skillnader mellan testerna. Dock kan anledningen

till det variera och därför finns det ett antal olika teser till att pump- och slugtest kan skilja sig avseende

hydraulisk konduktivitet.

12

4 Metod

Syftet med examensarbetet är att utvärdera olika hydrauliska tester i grundvattenrör. Det kommer att undersökas hur resultaten från de olika testerna varierar samt hur praktiska testerna är. Dessutom kommer testerna att göras i olika typer av akviferer och jordarter.

För att undersöka detta kommer hydrauliska tester genomföras i grundvattenrör. Använda grundvattenrör är installerade sedan tidigare. Resultaten från fältförsöken kommer att utvärderas med programvaran Aqtesolv.

4.1 Grundvattenrör

4.1.1 Valet av grundvattenrör

Grundvattenrör som installeras kan ha olika syften. Alla rör har inte till syfte att användas för hydrauliska tester. Vissa installeras i syfte att bevaka grundvattenytan i området. Eftersom det finns flera användningsområden för grundvattenrör har rören olika dimensioner. För att kunna använda alla tänkta hydrauliska fälttester krävs det en viss diameter på röret. Nödvändig utrustning kan ej sänkas ner i röret om diametern är för liten. Därför har valet av rör utgått från att rören har en inre minimiradie på 0.025 m. För att kunna göra beräkningar har det varit nödvändigt att data om filterlängd, rördiameter samt rörlängd existerat.

För att kunna uppskatta optimala pumpflöden, trycknivåer och vattenuttag har geoteknisk data analyserats i förväg. Geoteknisk data har även använts för att få information om akviferens mäktighet, som är en parameter som används i modelleringen av slutna akviferer.

Rören som har använts har installerats inom tidigare projekt, där vissa av dem fortfarande används för att bland annat mäta grundvattennivå medan andra rör inte använts på ett antal år. Målet har varit att ha en spridning i jordarter och typer av akviferer.

4.1.2 Använda grundvattenrör

Tabell 1 redogör för information om grundvattenrör som använts vid de hydrauliska testerna. Totalt har

tester genomförts i 11 olika grundvattenrör med varierande hydraulisk konduktivitet. Sex av rören har

varit installerade i sluten akvifer och fem av rören har varit installerade i öppen akvifer. Den inre

rörradien har varit mellan 0.025 m och 0.036 m. Alla rör har haft en filterlängd på en meter och delvis

penetrerat akviferen.

13

Tabell 1. Använda grundvattenrör för hydrauliska tester. Information om ”Jordart från Karta” kommer från SGUs kartvisare för jordarter. Jordart från karta ger dock bara information om ytsedimentet i området.

Rör nr Inre rörradie (m) Akvifertyp Jordart från Karta Jordart från Borrlogg

1 0.0254 Sluten akvifer Postglacial lera Grusig sand

2 0.0254 Sluten akvifer Glacial lera Sand

3 0.0254 Sluten akvifer Postglacial lera Grusig sand

4 0.0254 Sluten akvifer Glacial lera -

5 0.0254 Sluten akvifer Postglacial lera Sand

6 0.0254 Sluten akvifer Postglacial lera Sand

7 0.025 Öppen akvifer Sandig morän -

8 0.025 Öppen akvifer Sandig morän -

9 0.025 Öppen akvifer Sandig morän -

10 0.036 Öppen akvifer Isälvssediment Sandigt grus

11 0.036 Öppen akvifer Isälvssediment Sandigt grus

4.2 Utförande av tester

4.2.1 Slugtest

Slugtestet genomfördes med solid slug och med tillsättande av vatten. Test med solid slug skedde genom att slug tillsattes snabbt (detta kommer att benämnas som ”solid slug ner” i denna rapport), vilket ledde till en höjning av vattennivå. Sedan tilläts vattennivån stabiliseras till den ursprungliga nivån. Efter att ytan stabiliserats togs slug snabbt upp från röret (detta kommer att benämnas som ”solid slug upp” i rapporten), vilket orsakade en sänkning av vattennivå. När vattennivån stabiliserats till ursprunglig nivå ansågs slugtestet med solid slug avslutat.

Slugtest med tillsättande av vatten skedde genom att en känd volym vatten tillsattes i röret.

Detta ledde till en höjning av vattennivån som avtog med tiden. När nivån sänkts till ursprunglig nivå var testet klart. Testet gjordes två gånger där vattnet tillsattes momentant ena gången och under en längre tid den andra gången.

4.2.2 Stigningsmätning

Stigningsmätning genomfördes genom att en viss volym vatten pumpas ut ur röret med relativt högt

flöde för att åstadkomma en sänkning av vattennivån. Pumpningen pågick från några sekunder till någon

minut. Vattennivån tilläts återhämta sig efter pumpningen. Tiden det tog för vattennivån att återgå till

det normala registrerades. Testet är jämförbart med slugtest när solid slug tas upp från röret.

14 4.2.3 Pumptest

Pumptest genomfördes genom att vatten pumpades ut med ett konstant flöde. Avsänkningen i röret som skedde med tiden samt pumpflöde registrerades. Det utpumpade vattnet samlades upp för att sedan kunna användas vid injektionstest. Den maximala avsänkningen av vattennivån var 1 meter.

4.2.4 Injektionstest

Injektionstestet genomfördes med konstant flöde och skillnaden i vattennivån registrerades. Detta test är jämförbart med pumptest. Istället för en avsänkning av vattennivån skedde en ökning av vattennivån i injektionstestet. Den maximala höjningen av vattennivån var 1 meter.

4.3 Utrustning

För att kunna genomföra hydrauliska tester krävs teknisk utrustning. Valet av utrustning gjordes utifrån från rördimensioner och jordart. Det krävdes även att utrustningen var mobil då testerna skedde i fält.

Datalogger

För datalagring av flöde och tryck användes en logger från Campbell Scientific, modell CR5000. Data lagrades varje sekund. Loggern hade en display där mätdata kunde läsas av samtidigt som de lagrades.

Därför var det enkelt att läsa av när vattennivån återhämtat sig till ursprunglig nivå. Loggern kopplades till datorn via en serieport och data överfördes till datorn med hjälp av programmet LoggerNet.

Flödesmätare

Flödesmätare användes i alla tester där vatten pumpas (stigningsmätning, pumptest samt injektionstest).

Flödesmätaren var av modell IFC 010D från Krohne. Den användes för att lagra data om vattenflöden och var kopplad till loggern.

Pump

En Solinst peristaltic pump modell 410 användes för att pumpa vatten in och ut från röret.

Pumphastigheten gick att reglera och kunde maximalt uppnå flöden på 2 liter/minut.

Strömförsörjning

För att förse logger, flödesmätare samt pump med ström användes ett elverk. Elverket var av model

EU20i från Honda.

15

I genomförandet av slugtest med solid slug användes ett aluminiumrör. Röret var tätat upp- och nedtill.

Röret hade en längd på 170 cm och en diameter på 3.7 cm.

Tryckgivare

För att registrera skillnader i vattentryck i röret användes en tryckgivare. Skillnader i vattentryck gav information om hur vattennivån i röret ändrades i samband med de hydrauliska testerna. Tryckgivare användes under alla tester för att läsa av nivåskillnaderna. Tryckgivaren som användes vid testerna var av modell PTX1830 från General Electric. Modell PTX1830 har en noggrannhet på ±0.06 % (General Electric company, 2015).

4.4 Modellering med Aqtesolv

För att utvärdera testresultat erhållna från testerna användes programmet Aqtesolv. Aqtesolv är en vanligt förkommande programvara för att analysera hydrauliska tester. Programvaran har uvecklats av det amerikanska konsultföretaget HydroSOLVE Inc. (Aqtesolv User’s guide, 2007).

4.4.1 Verktyg i Aqtesolv

Med Aqtesolv kan vattennivåändringar med tiden plottas tillsammans med derivata för att kunna analysera och detektera olika flödesregimer. För att ta fram hydrauliska parametrar används kurvmatchning där mätdata matchas med olika modellösningar. Kurvmatchningen kan göras manuellt och automatiskt. I den manuella matchningen kan parametrarna regleras för att passa modellösningen till data. Den automatiska matchningen görs genom användning av minsta kvadratmetoden. Aqtesolv tillåter matchning mot olika delar av kurvan vilket kan vara användbart för att matcha en lösning mot en specifik flödesregim. Efter att automatisk matchning gjorts ger Aqtesolv verktyg för att utvärdera residualvärden (Aqtesolv User’s guide, 2007).

4.4.2 Val av modellösningar

Valet av modellösningar har gjorts utifrån vilket typ av test som gjorts, i detta fall slug- eller pumptest, och vilken typ av akvifer som grundvattenröret är placerat i samt vilka flödesregimer som detekterats.

Som beskrivits i tidigare avsnitt finns det ett antal modellösningar att tillgå för analys av både pump- och slugtest.

Då mätdata från enhålstester kan vara påverkade av brunnsmagasin samt skinfaktor utgick valet

från att dessa faktorer skulle vara inkluderade i modellösningen. Tabell 2 anger lösningarna som

användes vid modelleringen av testresultaten. Anledningen till att testerna modellerades med två olika

16

lösningar var för att kunna se skillnader i resultat och se vilka faktorer som kan vara kritiska i analysen.

I modelleringen av slugtester gjordes en modellering med en linjär lösning (Bouwer-Rice (1985)) och en lösning som inkluderade uppskattning av magasinskoefficient och skinfaktor.

Tabell 2 Valda lösningar för modellering.

Hydrauliskt test Öppen akvifer Sluten akvifer

Pumptest Moench (1997) Dougherty-Babu (1984)

Theis (1935) Moench (1985)

Slugtest Bouwer-Rice (1976) Bouwer-Rice (1976)

Hyder mfl. (1994)/KGS modell Dougherty-Babu (1984)

Beskrivning av modellösningarna

Modellösningarna som användes i modelleringen (se tabell 2) bygger på ett antal antaganden om

akviferen och om det installerade grundvattenröret. Tabell 3 redogör för antagandena som de olika

modellösningarna förutsätter. Om modellen förutsätter att det enbart är radiellt flöde eller om den kan

modellera läckage från vattenledande sprickor eller intilliggande läckande akviferer framgår av vilka

flödesregimer som modellösningen kan modellera.

17

Theis (1935)

Moench (1997)

Dougherty -Babu (1984)

Moench (1985)

Bouwer- Rice (1976)

Hyder mfl.

(1994)/

KGS modell

Homogenitet

Ja Ja Ja Ja Ja Ja

Anisotropi

Nej Nej Nej Nej Nej Nej

Delvis

penetrerande i akvifer

Ja Ja Ja Nej Ja Ja

Magasins-

koefficient

Ja Ja Ja Ja Nej Ja

Flödesregim

Radiell

Radiell Sfärisk Linjär

Radiell

Radiell Sfärisk Linjär

Radiell Radiell

Brunnsmagasin

Nej Ja Ja Ja - -

Skinfaktor

Nej Ja Ja Ja Nej Nej

18 4.4.3 Analysen av mätdata

Målet med att genomföra hydrauliska tester och modellering av dessa är att ta fram hydrauliska parametrar (se avsnitt 3.1.2). Olika modellösningar estimerar olika parametrar. Vanliga parametrar är transmissivitet, hydraulisk konduktivitet, magasinskoefficient, specifik magasinskoefficient samt skinfaktor.

Modellering av pumptest gjordes med lösningar angivna i avsnitt 4.4.2. Utvärderingen gjordes med kurvmatchning. För pump- och injektionstester användes derivataanalys för att utvärdera flödesregimerna. För derivataanalysen användes ”Bourdet” som utvecklades av Bourdet mfl. (1989).

Resultat från enhålstester kan vara påverkade av skinfaktorn, något som vissa modeller (se tabell 3) tar hänsyn till. Skinfaktorn och magasinskoefficienten är starkt korrelerade i modelleringen vilket gör att de inte kan skattas samtidigt. Vid modelleringen måste ett värde antas för skinfaktorn eller magasinskoefficienten. Modelleringen av hydrauliska parametrar har gjorts på två sätt. Det ena innebar att magasinskoefficienten låstes till ett antaget värde och skinfaktorn fick vara fri att modelleras. Det andra sättet innebar att skinfaktorn sattes till noll och att magasinskoefficienten tilläts vara fri att modelleras. Hur skattningen av magasinskoefficienten gjorts anges nedan. Notera att skinfaktor och magasinskoefficient inte kan skattas i alla modellösningar.

Magasinskoefficienten kan skattas ifall det genomförts interferenstester i testområdet (Aqtesolv User’s guide, 2007). Då detta inte har kunnat göras för grundvattenrören i detta arbete har magasinskoefficient uppskattats genom geologisk information. Tabell 1 redogör för tillgänglig geoteknisk information för använda grundvattenrör. Batu (1998) anger intervall för specifik magasinskoefficient för olika typer av jordar. Då magasinskoefficienten skulle vara fix vid modelleringen användes medelvärdet för intervallet. För rör 1, 3, 10 och 11 antogs den specifika magasinskoefficienten vara 7.56×10

(m

), för rör 2, 4, 5 och 6 antogs den specifika magasinskoefficienten vara 7.56×10

(m

) och för rör 7-9 antogs den specifika magasinskoefficienten vara 1.10×10

(m

). Värdet för den specifika magasinskoefficienten multiplicerades därefter med akviferens mäktighet för att erhålla magasinskoefficienten angiven i tabell 4. Kruseman och de Ridder (1994) anger data reproducerade från Johnson (1967) för vattenavgivningstal för olika jordarter.

Vattenavgivningstalet visat i tabell 4 har likt specifik magasinskoefficient uppskattats från geoteknisk

data i tabell 1.

19

Tabell 4. Skattning av magasinskoefficient och vattenavgivningstal för grundvattenrör. Magasinskoefficient har uppskattats genom geologisk information för grundvattenrör (se tabell 1) samt information från Batu (1998) om magasinskoefficient för olika jordarter. Uppskattning av vattenavgivningstal har gjorts genom geologisk information för grundvattenrör (se tabell 1) samt information från Kruseman och de Ridder (1994) om vattenavgivningstal för olika jordarter. Vattenavgivningstalen samt magasinskoefficient ligger inom ett intervall.

Därför har medelvärden räknats ut.

Rör nr Akvifertyp

Uppskattat vattenavgivningstal

(Sy)

Uppskattad magasinskoefficient

(Ss x mäktighet akvifer)

1 Sluten akvifer - 2.57E-04

2 Sluten akvifer - 8.32E-04

3 Sluten akvifer - 1.29E-04

4 Sluten akvifer - 3.40E-03

5 Sluten akvifer - 3.40E-03

6 Sluten akvifer - 4.54E-03

7 Öppen akvifer 0.16 4.89E-03

8 Öppen akvifer 0.16 3.44E-03

9 Öppen akvifer 0.16 3.66E-03

10 Öppen akvifer 0.24 1.09E-04

11 Öppen akvifer 0.24 2.05E-04

Beroende på modell och hydrauliskt test gjordes matchningen mot olika delar av kurvan. Se avsnitt 3.4

för mer ingående beskrivning av faktorer som påverkar dataanalysen.

20

5 Resultat

För att utvärdera testerna användes modelleringsprogrammet Aqtesolv. Resultatet av modelleringen visas nedan.

5.1 Urval av modellerade grafer i Aqtesolv

I detta avsnitt redovisas ett urval av graferna erhållna från modelleringen i Aqtesolv. I utvärderingen av hydrauliska testerna används dock alla resultat från modelleringen. Resterande resultat redovisas i appendix. Urvalet har gjorts för att exemplifiera resultat för olika akvifertyper och olika värden på skattad hydraulisk konduktivitet. Resultat från sex av rören har valts ut, tre rör från sluten akvifer (figur 1-12) samt tre rör från öppen akvifer (figur 13-23). Vardera tre rör från sluten respektive öppen akvifer har olika hydraulisk konduktivitet. För varje rör redovisas resultatet från ett av slugtesten samt ett av pumptesten. Alla modellerade mätdata från pump- och injektionstest har plottats tillsammans med derivata för att kunna göra en bättre matchning av modellösningarna. Alla pump- och injektionstest har plottats på log-logskala och alla slugtester har plottats på lin-logskala, detta för att modellerna ska kunna jämföras.

Figur 1-4 visar resultat från rör 2. Testerna från rör 2 gav medianen 2.18×10

m/s för den

hydrauliska konduktiviteten. Resultat från ”solid slug ner” (slugtest när solid slug sänks ner i rör och

ger en höjning av vattennivå) visas i figur 1-2. Mätdata från slugtestet visar på snabb återhämtning av

vattennivån. Den snabba återhämtningen gör att antalet mätpunkter minskar, vilket gör att

modellösningarna måste matchas mot färre punkter. Första mätpunkterna visar på dålig matchning mot

båda modellösningarna. Dougherty-Babu (1984) modellösning böjer av mot slutet av testet vilket

medför en bättre matchning än linjära lösningen Bouwer-Rice (1976) mot de sista mätpunkterna. Figur

3-4 visar resultatet av pumptestet som genomfördes i rör 2. Derivataanalysen av testet visar en snabb

ökning av derivata under de första 30 sekunderna av testet. Efter det sker en snabb minskning av

derivatan som sedan blir konstant. Den snabba ökningen av derivata i början beror på brunnsmagasinet

i röret. När derivatan stabiliserats är flödet radiellt. Derivataanalysen är brusig trots att den räknats ut

med Bourdet 0.4, vilket beror på avsänkningen varit så liten att mätnoggrannheten hos tryckgivaren

bidragit till brusigheten. Utifrån derivatan går det inte att se något läckage från omgivande akviferer

(visar då minskning av derivata). Därför bör lösningarna visa lika bra matchning.

21

Figur 5-8 visar resultat från rör 3. Testerna från rör 3 gav medianen 1.15×10

m/s för den hydrauliska konduktiviteten. Figur 5-6 visar resultatet av stigningsmätningen. Mätdata i testet böjer av mot slutet av testet. Modellösningen Dougherty-Babu (1984) följer hela dataserien och ger en bra passning. Bouwer- Rice (1976) ger en sämre matchning. Därför matchades lösningen mot när normaliserade vattennivån är mellan 0.2-0.3 enligt Butler (1996). Figur 7-8 visar resultat från injektionstest i rör 3. Flödet i rör 3 hinner aldrig stabiliseras och bli radiellt. Då avsänkningen och derivatan för avsänkningen har samma

med lösningen Dougherty-Babu (1984).

Figur 2 Resultat av solid slug ner för rör 2 modellerat med lösningen Bouwer-Rice (1976).

Figur 3 Resultat av pumptest för rör 2 med lösningen Dougherty-Babu (1984). Svarta punkter är mätdata och blå punkter är derivatan. Derivatan har räknats ut med Bourdet 0.4.

Figur 4 Resultat av pumptest för rör 2 med lösningen Moench case 1. Svarta punkter är mätdata och blå punkter är derivatan. Derivatan har räknats ut med Bourdet 0.4.

0. 8. 16. 24. 32. 40.

0.001 0.01 0.1 1.

Time (sec)

Normalized Head (m/m)

Obs. Wells 12A706RUl Aquifer Model

Confined Solution

Dougherty-Babu Parameters

T = 0.002179 m2/sec S = 0.000832 Kz/Kr = 1.

Sw = 1.378

0. 8. 16. 24. 32. 40.

0.001 0.01 0.1 1.

Time (sec)

Normalized Head (m/m)

Obs. Wells 12A706RUl Aquifer Model

Confined Solution

Bouwer-Rice Parameters

K = 0.0002266 m/sec y0 = 1.149 m

1. 10. 100. 1000. 1.0E+4

0.001 0.01 0.1 1.

Time (sec)

Displacement (m)

Obs. Wells New Well Aquifer Model Confined Solution

Dougherty-Babu Parameters

T = 0.0001992 m2/sec S = 0.000832 Kz/Kr = 1.

Sw = -2.105 r(w) = 0.0254 m r(c) = 0.042 m

1. 10. 100. 1000. 1.0E+4

0.001 0.01 0.1 1.

Time (sec)

Displacement (m)

Obs. Wells New Well Aquifer Model

Leaky Solution

Moench (Case 1) Parameters

T = 0.0001238 m2/sec S = 0.000832 r/B' = 0.008196 ß' = 0.0273 r/B" = 0.

ß" = 0.

Sw = -2.817 r(w) = 0.0254 m r(c) = 0.0476 m

22

lutning under i stort sett hela testet är avsänkningen beroende av rörets brunnsmagasin. Därför kan parameterskattningen från testet ses som mycket osäker.

Figur 9-12 visar resultat från rör 6. Testerna från rör 6 gav medianen 6.49×10

m/s för den hydrauliska konduktiviteten. Figur 9-10 visar resultatet av slugtest med vatten. Resultatet visar en linjär minskning av vattennivån. Figur 11-12 visar resultatet av pumptestet. Analys av derivatan visar att det i början sker

modellerat med lösningen Dougherty-Babu (1984).

Figur 6 Resultat av stigningsmätning för rör 3 modellerat med lösningen Bouwer-Rice (1976).

Figur 7 Resultat av injektionstest för rör 3 med lösningen Dougherty-Babu (1984). Svarta punkter är mätdata och blå punkter är derivatan. Derivatan har räknats ut med Bourdet 0.2.

Figur 8 Resultat av injektionstest för rör 3 med lösningen Moench Case 1. Svarta punkter är mätdata och blå punkter är derivatan. Derivatan har räknats ut med Bourdet 0.2.

1. 10. 100. 1000.

0.001 0.01 0.1 1.

Time (sec)

Displacement (m)

Obs. Wells 12A709RU Aquifer Model

Confined Solution

Dougherty-Babu Parameters

T = 3.229E-7 m2/sec S = 0.000129 Kz/Kr = 1.

Sw = -4.857 r(w) = 0.0254 m r(c) = 0.02708 m

1. 10. 100. 1000.

0.001 0.01 0.1 1.

Time (sec)

Displacement (m)

Obs. Wells 12A709RU Aquifer Model

Leaky Solution

Moench (Case 1) Parameters

T = 1.918E-8 m2/sec S = 0.000129 r/B' = 5.034 ß' = 10.

r/B" = 0.

ß" = 0.

Sw = -5.788 r(w) = 0.0254 m r(c) = 0.02657 m

0. 600. 1.2E+3 1.8E+3 2.4E+3 3.0E+3

0.001 0.01 0.1 1.

Time (sec)

Normalized Head (m/m)

Obs. Wells 12A709RU Aquifer Model

Confined Solution

Dougherty-Babu Parameters

T = 3.444E-6 m2/sec S = 0.000129 Kz/Kr = 1.

Sw = -2.526

0. 600. 1.2E+3 1.8E+3 2.4E+3 3.0E+3

0.001 0.01 0.1 1.

Time (sec)

Normalized Head (m/m)

Obs. Wells 12A709RU Aquifer Model

Confined Solution

Bouwer-Rice Parameters

K = 1.496E-6 m/sec y0 = 0.8099 m