9. determinarea experimentala a parametrilor caracteristici acviferelor

Determinarea experimentală a parametrilor caracteristici acviiferelor.

194

Capitolul 9

DETERMINAREA EXPERIMENTALA A

PARAMETRILOR CARACTERISTICI ACVIFERELOR

9.1 DETERMINAREA PARAMETRILOR CARACTERISTICI AI

ACVIFERELOR , PRIN POMPĂRI EXPERIMENTALE

9.1.1 Generalităţi asupra pompărilor experimentale.

Pompările experimentale urmăresc stabilirea unor relaţii între debitele pompate

şi denivelările înregistrate în forajul central şi în cele de observaţie, relaţii care permit

determinarea parametrilor hidrogeologici ai stratelor acvifere.

Prelucrarea datelor şi interpretarea rezultatelor pompărilor experimentale se face

în funcţie de regimul de mişcare, al apei subterane.

Regimul permanent (stabilizat) presupune ca la pomparea unui debit constant,

nivelul apei din foraj să rămână fix, stabilizat (debitul care realimentează orizontul

acvifer este egal cu debitul extras).

Regimul permanent de mişcare este, practic, greu de realizat.

În cazul regimului nepermanent, când pomparea se prelungeşte, menţinând un

debit constant se observă că nivelul apei din foraj scade din ce în ce mai lent. Practic, nu

este posibilă realizarea unui regim stabilizat, ci numai a unui regim cvasistabilizat de

curgere, care evoluează din ce în ce mai lent.

Se recomandă evitarea aplicării metodei regimului tranzitoriu în următoarele

situaţii:

- grosimea stratelor acvifere este foarte variabilă,

- grosimea stratului acvifer este foarte redusă,

- mediul poros este foarte puţin permeabil,

- una din limitele stratului acvifer este foarte apropiată,

- anizotropia este foarte mare,

- cazul carsturilor.

Prelucrarea datelor obţinute din pompările experimentale în regim tranzitoriu se

face, în general, după două metode: Theis şi Jacob.


195

Metoda lui Theis dă valoarea transmisivităţii absolute a acviferului dar impune

efectuarea, la începutul pompării a unor măsurători foarte frecvente. Ea poate fi folosită

şi pentru foraje de observaţie situate la distanţa R x 2R faţă de forajul central.

Metoda lui Jacob pune în evidenţă schimbările de transmisivitate şi

reprezentarea sa grafică (sub forma unei drepte) permite, în anumite limite, prognoza

comportării orizontului acvifer după perioada reală de pompare.

9.1.2. Pompările experimentale în regim permanent

Prelucrarea datelor din pompările experimentale, în regim permanent,

presupune construirea graficelor de variaţie în timp a debitului şi a nivelului

cvasistabilizat (fig.9.1 ) şi a curbelor de indicaţie (fig.9.2 ) .

Fig. 9.1. Graficele de variaţie în timp a debitului şi nivelului cvasistabilizat.

Curba de indicaţie reprezintă graficul variaţiei debitului stabilizat în funcţie de

nivelul stabilizat, într-un puţ pompat şi se mai numeşte şi curba caracteristică a

forajului.

10 30 40 50 60 70 20

1,0

4,0

3,0

2,0

Timp (ore)

Q

(l/s)

5,0

6,0

5,70

3,20

4,50

s(m)

((m)

10 30 40 50 60 70 20

1,0

4,0

3,0

2,0

(3,85) Treapta de pompare I

III 1,40

Timp (ore)

II 2,52


196

Fig. 9.2. Curba de indicaţie (a) şi graficul denivelare-debit specific (b), în cazul pânzei

freatice cu suprafaţă liberă

Fig. 9.3. Curba de indicaţie (a) şi graficul denivelare-debit specific(b) în cazul

acviferelor sub presiune

9.2 CALCULUL PARAMETRILOR HIDROGEOLOGICI PE BAZA

DATELOR DIN POMPĂRILE ÎN REGIM PERMANENT

Parametrii hidrogeologici care pot fi calculaţi cu datele măsurate în timpul

pompărilor experimentale, în regim de echilibru sunt coeficientul de filtraţie

(conductivitatea hidraulică) K (m/zi), transmisivitatea T (m2/zi) şi raza de influenţă, R

(m).

q=Q/s (l/sm )

s(m )

Q (l/s) 1 3 4 5 6 7 2

4,

0

3,

0

2,

0

1,

0 2

0

1

0

3

0

1 3 4 5 2

4,

0

3,

0

2,

0

1,

0

2

0

1

0

3

0

s(m )

a b

a

q=Q/s (l/sm )

s(m )

Q (l/s) 1 3 4 5 6 7 2

4,

0

3,

0

2,

0

1,

0 2

0

1

0

3

0

1 3 4 5 2

4,

0

3,

0

2,

0

1,

0

2

0

1

0

3

0

s(m )

b


197

9.2.1. Calculul conductivităţii hidraulice (coeficientul de filtraţie)

a). Calculul coeficientului de filtraţie (conductivitatea hidraulică)

pe baza măsurătorilor efectuate în puţuri perfecte din punct de vedere

al modului de deschidere al stratului acvifer.

Dacă l este lungimea filtrului în m şi M este grosimea stratului acvifer sub

presiune (m), l/M = 1. Conductivitatea hidraulică a acviferului sub presiune se poate

calcula cu una din relaţiile:

- în cazul unui puţ singular,

0

0

sM

r

RlgQ366,0

K

; ( 9.1)

- în cazul unui puţ central cu un piezometru aflat la distanţa r1,

10

0

1

ssM

r

rlgQ366,0

K

; (9.2)

- în cazul unui puţ central cu două piezometre:

21

1

2

ssM

r

rlgQ366,0

K

; (9.3)

Dacă l este lungimea filtrului şi H , grosimea stratului acvifer cu suprafaţă liberă,

l/H 1. Pentru un acvifer cu nivel liber, conductivitatea hidraulica se poate calcula cu

una din relaţiile:

- în cazul unui puţ singular ,

ssH2

r

RlgQ73,0

K00

0

; (9.4)

- în cazul unui puţ central cu un piezometru aflat la distanţa r1,

ssssH2

r

rlgQ73,0

K1010

0

1

; (9.5)

- în cazul puţului central cu două piezometre,

ssssH2

r

rlgQ73,0

K2121

1

2

. (9.6)

În aceste relaţii, obţinute pe baza demonstraţiilor din capitolul 8, mărimile au

următoarele semnificaţii:


198

K - coeficientul de filtraţie (conductivitatea hidraulică) în (m/zi);

R - raza de influenţă în m;

Q - debitul în m3/zi;

M - grosimea stratului acvifer sub presiune, în m;

H - înălţimea coloanei de apă a stratului cu nivel liber în m;

r0 - raza puţului central, în m;

r1 - distanţa de la puţul central la piezometrul 1 (m);

r2 - distanţa de la puţul central la piezometrul 2 (m);

s0 - denivelarea în puţul central (m);

s1 - denivelarea în piezometrul 1 (m);

s2 - denivelarea în piezometrul 2 (m);

b). Calculul coeficientului de filtraţie (conductivitate hidraulică) pe

baza măsurătorilor efectuate în puţuri imperfecte, din punct de vedere

al modului de deschidere al stratului acvifer.

În cazul puţurilor imperfecte relaţiile de calcul pentru conductivitatea hidraulică

trebuie modificate utilizând o mărime de “corecţie”, , în funcţie de raportul dintre

lungimea filtrului şi grosimea stratului, l/M, şi de raportul M/r (r este distanţa faţă de

axul puţului de pompare). Valorile de corecţie sunt date în tabelul 9.1.

În cazul acviferelor cu nivel liber, pentru obţinerea lui , valorile lui M şi l din tabelul

(9.1) se vor calcula astfel:

- dacă filtrul din puţul central este inundat, valoarea lui M se obţine micşorându-

se înălţimea coloanei de apă cu jumătate din denivelarea realizată în puţul central

(fig.9.4.a).

- dacă filtrul din puţul central nu este inundat, lunginmea lui l0 se micşorează cu

jumătate din lungimea părţii uscate a filtrului (fig.9.4.b).

Tabelul 9.1

l/M M/r

0,5 1 3 10 30 100 200 500 1000 2000

0,1 0,00391 0,122 2,04 10,4 24,3 42,8 53,8 69,5 79,6 90,9

0,3 0,00297 0,091 1,29 4,79 9,2 14,5 17,7 21,8 24,9 28,2

0,5 0,00165 0,049 0,656 2,26 4,21 6,5 7,86 9,64 11,0 12,4

0,7 0,00055 0,017 0,237 0,879 1,69 2,67 3,24 4,01 4,58 5,1

0,9 0,00005 0,002 0,025 0,128 0,3 0,53 0,66 0,85 0,98 1,1


199

Fig. 9.4. Puţuri imperfecte din punct de vedere al modului de deschidere, în cazul

acviferelor cu nivel liber.(a.) - filtru inundat, (b.) - filtru neinundat

Relaţiile de calcul pentru conductivitatea hidraulica sunt:

Pentru un start acvifer cu nivelul liber,

- cazul unui puţ singular

00

00

ssH2

217,0r

RlgQ73,0

K

, (9.7)

- cazul puţului central cu un piezometru

1010

100

1

ssssH2

217,0r

rlgQ73,0

K

, (9.8)

- cazul puţului central cu două piezometre

2121

211

2

ssssH2

217,0r

rlgQ73,0

K

. (9.9)

(l0 - la)/2

(l0 - la)/2

l0

la

s/2

s

l

M=H-s/2

H

Q

s/2

N

P

s

s/2

l M=H-s/2

H

Q

a b


200

Pentru un strat acvifer sub presiune,

- cazul unui puţ singular

0

00

sM

217,0r

RlgQ366,0

K

, (9.10)

- cazul puţului central cu un piezometru

10

100

1

ssM

217,0r

rlgQ366,0

K

, (9.11)

- cazul puţului central cu două piezometre

21

211

2

ssM

217,0r

rlgQ366,0

K

, (9.12)

Valorile lui 0 se calculează din tabelul (9.1 ), corespunzător valorii M/r0, respectiv (1

M/r1), (2 M/r2). M este grosimea stratului iar l, lungimea filtrului.

9.2.2 Calculul transmisivităţii

Transmisivitatea stratului acvifer, în m

2/zi se poate calcula cu relaţiile:

- pentru stratul acvifer cu nivel liber: HKT , (9.13)

- pentru stratul acvifer sub presiune: MKT (9.14)

K (m/zi) este calculat cu una din relaţiile amintite în (9.2.1).

9.2.3 Calculul razei de influenţă, R.

a) Pentru cazul unui puţ singular se poate folosi una din următoarele formule

empirice:

- Sichardt: Ks2,10R , (9.15)

- Kusarin: KHs2R , (9.16)

- Ilin:

HI3

sH2sR

0

. (9.17)

În aceste relaţii, K se exprimă în m/zi iar s şi H în m:


201

Valorile lui K se pot aproxima, în funcţie de natura stratului acvifer, conform

tabelului (9.3) iar valorile lui I0 din tabelul (9.2).

Tabelul 9.2

Roca acviferului I0

Roci foarte permeabile (pietriş, nisipuri

grosiere)

0,003 - 0,006

Nisipuri grăunţoase până la nisipuri

mărunte

0,006 - 0,020

Nisipuri fine până la nisipuri argiloase 0,020 - 0,050

Tabelul 9.3

Roca acviferului

Conductivitate

hidraulică

K (m/zi)

Raza

de influenţă

R (m)

nisipuri argiloase 0,5 - 1 65

nisipuri fine 1,5 - 5 65

nisipuri argiloase cu granule

mici

10,0 - 15 75

nisipuri cu granule mici 20,0 - 25,0 75

Granulometrie

uniformă


mijlocii

20,0 - 25,0 100

nisipuri cu granule mijlocii 35,0 - 50,0 100


mari

35,0 - 40,0 100

nisipuri cu granule mari 60,0 - 75,0 125

pietrişiuri 100,0 - 125,0 150

nisipuri eterogene şi mici 5 -20 80 - 150

pietrişuri sau galeţi cu

elemente fine

20 - 60 100 - 200

Granulometrie

neuniformă

pietrişuri sau galeţi fără

elemente fine, nisipuri grosiere

şi medii

60

200 - 300

roci puţin fisurate 20 - 60 150 - 250

roci fisurate 60 500

Valorile din tabel sunt recomandate de INMH, în Îndrumar privind metodologia de

centralizare şi prelucrare a datelor provenite din reţeaua hidrogeologică.

b) În cazul puţului central cu două piezometre:

- pentru stratul acvifer cu nivel liber:


202

2121

122211

ssH2ss

rlgsH2srlgsH2sRlg

, ( 9.18)

- pentru stratul acvifer sub presiune:

21

1221

ss

rlgsrlgsRlg

. (9.19)

Modul de calcul al coeficientului de filtraţie (conductivitatea hidraulică), în

cazul unui puţ singular este următorul:

- se alege o valoare aproximativă a lui K, din tabelul (9.3), în funcţie de natura rocii

acvifere,

- se calculează raza de influenţă R cu una din relaţiile (9.15), (9.16), (9.17),

- se calculează K cu una din formulele (9.1), (9.4), (9.10).

9.3 CALCULUL PARAMETRILOR HIDROGEOLOGICI PE BAZA

DATELOR DIN POMPĂRILE ÎN REGIM TRANZITORIU

9.3.1 Prelucrarea datelor pompărilor experimentale prin metoda

exactă a lui Theis.

În capitolul 8 s-a demonstrat formula stabilită de C. V. Theis pentru denivelarea

dintr-un puţ, în timpul unui regim tranzitoriu de pompare. Aceasta este:

uWT4

Qs

(9.20)

unde

!nn

u

!33

u

!22

uuuln5772,0uW

n32

(9.21)

cu argumentul u:

tT4

Sru

2

(9.22)

În aceste relaţii s-au notat:

s = denivelarea în puţul pompat (m);

Q = debitul cu care se pompează (m3/s);

K = coeficientul de filtraţie (conductivitatea hidraulică ) (m/s)

M = grosimea stratului acvifer (m);

T = K.M = transmisivitatea (m2/s);

r = distanţa faţă de forajul central (m);

S = coeficientul de înmagazinare;

t = timpul scurs de la începutul pompării (s);

W(u) = funcţia caracteristică a puţului (Tabelul 9.4);


203

Fig. 9.5. Denivelarea într-un strat acvifer sub presiune, pompat.

Tabelul 9.4 u 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

* 1 0,219 0,049 0,013 0,0038 0,0011 0,00036 0,00012 0,000038 0,000012

*10-1

1,82 1,22 0,91 0,70 0,56 0,45 0,37 0,31 0,26

*10-2

4,04 3,350 2,96 2,68 2,47 2,30 2,15 2,03 1,92

*10-3

6,33 5,64 5,23 4,95 4,73 4,54 4,39 4,26 4,14

*10-4

8,63 7,94 7,53 7,25 7,02 6,84 6,69 6,55 6,44

*10-5

10,94 10,24 9,84 9,55 9,33 9,14 8,99 8,86 8,74

*10-6

13,24 12,55 12,14 11,85 11,63 11,45 11,29 11,16 11,04

*10-7

15,54 14,85 14,44 14,15 13,93 13,75 13,60 13,46 13,34

*10-8

17,84 17,15 16,74 16,46 16,23 16,05 15,90 15,76 15,65

*10-9

20,15 19,45 19,05 18,76 18,54 18,35 18,20 18.07 17,95

*10-10

22,45 21,76 21,35 21,06 20,84 20,66 20,50 20,37 20,25

*10-11

24,75 24,06 23,65 23,36 23,14 22,96 22,81 22,67 22,55

*10-12

27,05 26,36 25,96 25,67 25,44 25,26 25,11 24,97 24,86

*10-13

29,36 28,66 28,26 27,97 27,75 27,56 27,41 27,28 27,16

*10-14

31,66 30,97 30,56 30,27 30,05 29,87 29,71 29,58 29,46

*10-15

33,96 33,27 32,86 32,58 32,35 32,17 32,02 31,88 31,76

(Wenzel, 1942. Methods of determining permeability of water bearing materials. U S

Geol. Survey Water Supply Paper 887, 1942.)

În tabelul 9.4 sunt date valorile funcţiei W(u) ,calculată cu relaţia (8.85 ), de

Wenzel (1942)

Cu ajutorul valorilor din tabelul (9.4) se construieşte curba de referinţă.

Această curbă este trasată pe hârtie dublulogaritmică. Axa ordonatelor conţine valorile

lui w(u) şi este gradată de la 0,1 la 100 iar axa absciselor conţine valorile argumentului

u între 10-6

şi 1.

s

r0

h1

r1 R

Nivel piezometric

M

h0

H0

s

s0


204

Pe baza datelor experimentale din forajul pompat se construieşte curba

reprezentativă a pompării (fig.9.7). Această curbă reprezintă variaţia denivelării s(m)

în funcţie de 1/t şi se construieşte pe hârtie dublu logaritmică.

Pentru determinarea valorilor u şi w(u) se suprapune curba reprezentativă a pompării

(fig.9.7) peste curba de referinţă (fig.9.6), ţinând cont ca axele respective ale celor două

diafragme să fie riguros paralele. Se va căuta coincidenţa cea mai bună şi cea mai lungă

posibilă a celor

două curbe. Se va alege un punct A de pe porţiunea de coincidenţă. Acestui punct îi

corespund valorile u şi w(u) pe curba de referinţă şi s şi 1/t pe curba reprezentativă.

Fig. 9.6. Curba teoretică (STANDARD) a funcţiei caracteristice (curba de referinţă

THEIS), pentru curgerea în regim tranzitoriu către un puţ care pompează

un strat acvifer nerealimentat.

Fig. 9.7. Curba reprezentativă a pompării (în forajul pompat)

102

101

100

10-1

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

100

W(u)

tT4

Sru

2

s (m)

1/t

102

101

100

10-1

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

100


205

Cu aceste valori se calculează principalii parametrii ai stratelor acvifere:

- transmisivitatea T

- coeficientul de filtraţie K

- coeficientul de înmagazinare S

)u(Ws4

QT

(m

2/s, m

2/zi) (9.23)

M

TK (m/s, m/zi) (9.24)

2r

tT4uS

(adimensional) (9.25)

9.3.2. Metoda aproximării logaritmice a lui Jacob.

Când timpul de pompare t creşte, termenii

!nn

u

!33

u

!22

uu

n32

din

expresia

!nn

u

!33

u

!22

uuuln5772,0uW

n32

, devin neglijabili. Astfel

tT4

Sru

2

uln5772,0uW (9.26)

Sr78,1

tT4lg3,2

T4

Q)

u78,1

1(ln

T4

Q)uln78,1ln(

T4

QuW

T4

Qs

2

Sr

tT25,2lg

T

Q183,0s

2

(9.27)

Metoda Jacob presupune întocmirea unei diagrame semilogaritmice în care se

trec valorile lui t pe abscisă (pe scară logaritmică), iar pe ordonată valorile denivelărilor

s din forajul central sau din piezometre (sau denivelările specifice s/Q).

tlg

Sr

T25,2lg

T

Q183,0s

2 (9.28)

btlgas (9.29)

T

Q183,0a

Sr

T25,2lg

T

Q183,0b

2


206

Curba s(lgt), obţinută pe hârtie semilogaritmică este o dreaptă cu panta:

tlg

stg

T

Q183,0a

(9.30)

pentru (lgt) = 1. (ex: t = 102 ÷ 10

3)

s = c (se scoate valoarea din grafic). Cu această valoare se pot calcula

parametrii hidrogeologici:

csT

Q183,0

Transmisivitatea c

Q183,0

s

Q183,0T

(9.31)

Conductivitatea: K=T/M (9.32)

Fig. 9.8. Curba reprezentativă a pompări, utilizând metoda Jacob (într-un foraj aflat la

distanţa r de puţ)

Pentru calculul coeficientului de înmagazinare S, se determină punctul de

intersecţie al dreptei reprezentative cu axa absciselor (s=0, t=t0).

În acest punct s = 0

0btlga 0

Sr

T25,2lg

T

Q183,0tlg

T

Q183,0

20

T25,2

Srlgtlg

2

0

T25,2

Srt

2

0

t0

0,5

0,2

s (m)

1

0,1

0

103 10

4 10

2 10 t(s)

C


207

Coeficientului de înmagazinare S va fi:

2

0

r

tT25,2S

(9.33)

Calculul razei de influenţă R (t).

La distanţa R de axul puţului de pompare denivelarea este s = 0

0Sr

tT25,2lg

T

Q183,0s

2

1SR

tT25,2

2

tS

T5,1

S

tT25,2)t(R

(9.34)

9.3.3. Determinarea parametilor hidrogeologici pe baza datelor din

curba de revenire

Fig. 9.9. Curba de revenire.

Se notează:

t = timpul scurs de la începutul pompării;

t’ = timpul scurs de la încetarea pompării;

Se construieşte graficul s(t/t’) pe hârtie semilogaritmică.

Formula de aproximare logaritmică, în cazul revenirii este:

't

tlg

T

Q183,0s

(9.35)

Curba obţinută va fi o dreaptă:

xlgas (9.36)

t/t’

lg'

t

t

1

104

30

20

s (cm)

40

10

103 10

2 10

1

C


208

't

tlg

stg

T

Q183,0a (9.37)

pentru 1t

tlg

'

, rezultă

C

T

Q183,0s (9.38)

Se măsoară C pe grafic şi rezultă : C

Q183,0T

;

M

TK (9.39)

Datele obţinute la revenire sunt mai certe din următoarele motive:

1.- nu apar perturbaţii datorate neregularităţilor de funcţionare a pompelor;

2.- măsurările de nivel în foraj pot fi mai precise (nivelul mai liniştit);

3.- nu are importanţă dacă puţul este imperfect.

9.4. DETERMINREA PARAMETRILOR HIDROGEOLOGICI AI

ACVIFERELOR, CU AJUTORUL PACHETULUI DE

PROGRAME ‘AQUIFER TEST’. APLICAŢII.

Aquifer Test este un pachet de programe care permite calcularea parametrilor

hidrogeologici ai acviferelor pe baza măsurătorilor de nivel şi debit, făcute în timpul

pompărilor experimentale. Aceste măsurători se fac în timp, atât în puţul de extracţie cât

şi în puţurile de observaţie. Rezultatele măsurătorilor se folosesc în funcţie de metoda

de analiză folosită.

Aquifer Test combină o interfaţă Windows pentru introducerea datelor cu metode

grafice de analiză a datelor şi cu o interfaţă de ieşire a rezultatelor.

Interfaţa de introducere a datelor este structurată intuitiv şi permite:

Selecting Units: alegerea sistemului de unităţi de masură convenabil (se poate utiliza

sistemul SI sau alte sisteme de unităţi)

Entering Data : introducerea datelor se poate face, fie prin scriere directă, într-o

fereastră interactivă, fie prin copierea unor fişiere de date scrise sub formă: Excel (.xls),

(.csv),

ASCII text (.txt).

Data Logger Import: permite folosirea şirurilor de măsurători de nivel obţinute în

punctele de măsură monitorizate (sub formă de data logger files) şi asigură eliminarea

datelor incorecte (pe baza unor criterii de analiză a datelor).


209

Data Analysis Method: permite alegerea uneia din metodele de determinare a

parametrilor hidrogeologici, în funcţie de tipul problemei (tipul acviferului, desfăşurarea

pompării, tipul de date obţinute, existenţa drenanţei, existenţa unor roci fracturate…).

Astfel se poate alege, pentru analiza datelor, una din metodele clasice sau mai recente:

Theis, pentru acvifere sub presiune.

Cooper-Jacob I : Time-Drawdown, pentru acvifere sub presiune, conservative

(un puţ de pompare şi un puţ de observaţie).

Cooper-Jacob II : Distance-Drawdown, pentru acvifere sub presiune,

conservative (un puţ de pompare şi mai multe puţuri de observaţie).

Cooper-Jacob III : Distance-Time-Drawdown, pentru acvifere sub presiune,

conservative (un puţ de pompare şi mai multe puţuri de observaţie).

Hantush - no storage in the Aquitard, pentru acvifere sub presiune,

neconservative, alimentate şi prin drenanţă.

Neuman, pentru acvifere cu suprafaţă liberă.

Cooper-Jacob : Step Test, aplică principiul superpoziţiei în cazul unor

pompări cu debite variabile, din acvifere sub presiune, folosind aproximarea logaritmică

Jacob.

Theis : Step Test, aplică principiul superpoziţiei în cazul unor pompări cu

debite variabile, din acvifere sub presiune.

Hvorslev, determină conductivitatea hidraulică pentru zona imediat apropiată

filtrului piezometrelor,în acvifere sub presiune, conservative. Se defineşte mărimea time

lag (timpul necesar pentru disiparea injecţiei sau extracţiei iniţiale).

Bouwer-Rice, determină conductivitatea hidraulică pentru cazul puţurilor

imperfecte(cu pătrundere parţială in acvifer)

Well Performance Test, calculează productivitatea puţului (capacitatea

specifică).

Theis and Jacob Recovery Test, determină parametrii hidrogeologici, folosind

curba de revenire, în acvifere sub presiune.

Analysis Time Limits, permite eliminarea datelor eronate.Jacob Correction

for Unconfined Conditions, face corecţii ale măsurătorilor pentru a permite utilizarea

metodei Jacob în cazul acviferelor cu suprafaţă liberă.


210

Moench: Partial Penetration (1993), o generalizare a metodei Neuman

Fracture Flow (Moench), determină parametrii hidrogeologici pentru acvifere

eterogene şi anizotrope, aflate în roci fisurate.

Graphical Analysis and Reporting: rezultatele analizei se obţin sub formă de

grafice pe care sunt trecute curbele folosite în calcule, datele din măsurători, valorile

caracteristicilor hidrogeologice calculate şi tabele cu valorile măsurate.

Help: se dau explicaţii legate de modul de utilizare al programului şi este

explicat,

pentru fiecare tip de metodă de analiză:

- în ce caz poate fi folosită metoda,

- care este teoria care stă la baza metodei,

- care sunt condiţiile ce trebuie îndeplinite în legătură cu programul de

măsurători,

- care sunt datele experimentale necesare programului de calcul.

GRUPAREA COMENZILOR

File:

New

Open

Save

Save as

Print

Printer Setup

Preferences

Exit

Edit:

Copy Data

Paste

Copy Graph

View

Zoom in

Zoom out

Change mod

Pumping Test:

Title Block ( titlul proiectului )

Units: - length: meter, cm, feet, inch

- Time: ore, zile, min, sec

- Dischange: l/s, gal/day, ml/, ml/h,ml/s

Data:

Create

Edit


211

Delete

Import, Options, List.

Nume foraj ………OW1

Nivelul static (m)

Tipul de puţ:

- puţ de pompare

- puţ de observare

Distanţa faţă de puţul de pompare (m)……….

Geometria puţului:

- cu pătrundere totală

- cu pătrundere parţială.

b(m)………..

L(m)……….

r(m)……….

R(m)………

Listă de date

Nume Tipul de date Tipul de puţuri Număr de puncte

Puţ de pompare Debit pompat în timp Puţ de pompare cu

debit constant

0

OW1 (puţ

observaţie)

Nivelul apei în timp puţ de observaţie 28

OW2 (puţ

observaţie)


OW3 (puţ

observaţie)


9.4.1. Metoda THEIS pentru acvifere sub presiune

DESCRIEREA METODEI

Soluţia dată de Theis (1935) pentru ecuaţia difuzivităţii într-un acvifer sub presiune

este:

u

u

u

due

T4

Qt,rs (9.40)

tT4

Sru

2

(9.41)

denivelarehhs 0 (9.42)

Se defineşte funcţia puţului uW :

....!33

u

!22

uuuln5772.0uW

32

(9.43)


212

Folosind această funcţie ecuaţia (9.40) devine:

uWT4

Qs

(9.44)

Se trasează în coordonate dublu logaritmice curba

u

1fuW , obţinându-se curba

Theis.

Se trasează în coordonate dublu logaritmice curba tfs , din măsurători făcute

într-un puţ de observaţie.

Se suprapun curbele astfel obţinute şi se caută porţiunea de curbă în care

suprapunerea se face cel mai bine.

Se alege un punct care să aparţină celor două curbe şi din valorile coordonatelor

acestui punct, pe cele două curbe, se determină transmisivitatea acviferului T,

coeficientul de înmagazinare S şi conductivitatea hidraulică M

TK ( M este grosimea

acviferului ).

CONDIŢII NECESARE FOLOSIRII METODEI THEIS

- acviferul este sub presiune şi are o extindere infinită

- acviferul este omogen, izotrop şi are o grosime uniformă în zona de influenţă a

pompării

- suprafaţa piezometrică a fost orizontală înainte de începerea pompării

- puţul este pompat cu debit constant

- filtrul puţului este pe toată adâncimea acviferului

- apa provenită din înmagazinarea în acvifer este pompată instantaneu provocând

variaţia sarcinii piezometrice

- diametrul puţului este mic (cantitatea de apă aflată în puţ la un moment dat este

neglijabilă).

DATE NECESARE PENTRU FOLOSIREA METODEI THEIS:

- denivelarea într-un puţ de observaţie în funcţie de timp

- distanţa dintre puţul de pompare şi puţul de observaţie

- debitul pompat.

APLICAŢIE

Un exemplu de calcul este prezentat în figura (9.11).

S-au utilizat valori corespunzătoare pompării unui debit zi/m65,817Q 3 , puţurile

de observaţie fiind la distanţele:

OW – 1 - 9,144m

OW – 2 - 60,960m

OW – 3 - 304,800m

Variaţia denivelărilor în timp este dată în figura 9.10.(valorile sunt date în tabelele 9.5,

9.6, 9.7)


213

Tabelul 9.5.


214

Tabelul 9.6.


215

Tabelul 9.7.


216

Fig. 9.10. Variaţia denivelării în trei puţuri de observaţie, în timp şi

variaţia debitului în puţul de pompare


217

Fig. 9.11. Determinarea parametrilor hidrogeologici prin metoda THEIS


218

9.4.2. Metoda COOPER JACOB pentru acvifere sub presiune

DESCRIEREA METODEI

Metoda reprezintă o simplificare a metodei Theis şi anume se aproximează funcţia

puţului uW prin primii doi termeni ai dezvoltării:

uln5772.0uW ,

210rS

tT25,2log

T4

Q3,2s . (9.45)

Această funcţie se desenează pe o hârtie semilogaritmică.

Timpul este în lungul axei x (logaritmică) iar denivelarea s în lungul axei y (liniare).

Pentru metoda (timp, denivelare), transmisivitatea şi coeficientul de înmagazinare se

calculează cu relaţiile:

s4

Q3,2T

, (9.46)

2

0

r

tT25,2S

, (9.47)

unde:

s - variaţia denivelării corespunzătoare unui ciclu logaritmic (ex. 65 1010 ),

t0 – valoarea timpului corespunzătoare intersecţiei curbei ts cu axa timpului.

Descrierea metodei este facută pe larg în paragraful 9.3.2.

CONDIŢII NECESARE FOLOSIRII METODEI COOPER –JACOB

- acviferul este sub presiune şi are o extindere infinită,

- acviferul este omogen, izotrop şi are o grosime uniformă în zona de influenţă a

pompării,

- suprafaţa piezometrică a fost orizontală înainte de începerea pompării,

- puţul este pompat cu debit constant,

- filtrul puţului este pe toată adâncimea acviferului,


variaţia sarcinii piezometrice,


neglijabilă),

- valorile lui 01.0u .

DATE NECESARE PENTRU FOLOSIREA METODEI COOPER –JACOB



- debitul pompat


219

APLICAŢIE

Un exemplu de calcul este prezentat în figura (9.12.).Datele utilizate sunt date în

tabele ( 9.5, 9.6, 9.7 ).

S-au utilizat valori corespunzătoare pompării unui debit zi/m65,817Q 3 , puţurile

de observaţie fiind la distanţele:

OW – 1 - 9,144m,

OW – 2 - 60,960m,

OW – 3 - 304,800m .

Fig. 9.12. Determinarea parametrilor hidrogeologici cu metoda COOPER -JACOB


220

9.4.3. Metoda HANTUSH pentru acvifere sub presiune, alimentate

prin drenanţă

DESCRIEREA METODEI

Cele mai multe acvifere sub presiune nu sunt total izolate de acviferele de deasupra

sau de dedesubt, fiind despărţite de acestea prin straturi semipermeabile care permit

alimentarea prin drenanţă.

Ecuaţia difuzivităţii pentru un acvifer sub presiune alimentat prin drenanţă, în

coordonate cilindrice este:

t

h

T

S

'e

'K

T

h

r

h

r

1

r

h

2

2

(9.48)

unde:

'K - conductivitatea hidraulică verticală în stratul semipermeabil

'e - grosimea stratului semipermeabil

Soluţia ecuaţiei (8.10.), dată de Hantush şi Jacob (1955) este:

dyyL

ryexp

y

1

T4

Qs

2

2

u

(9.49)

sau

L

r,uW

T4

Qs (9.50)

unde:

Tt4

Sru

2

(9.51)

L =factor de drenanţă al stratului semipermeabil, definit de Hantush ( paragraful 8.4..2 )

'

'

K

eTL

Se trasează pe hârtie dublu logaritmică funcţia

L

r,uW în funcţie de

u

1.

Denivelările măsurate se utilizează pentru trasarea curbei s(t) sau 2r/ts .

Se determină S şi T prin suprapunerea curbelor.

CONDIŢII NECESARE FOLOSIRII METODEI HANTUSH

- acviferul este alimentat prin drenanţă şi are o extindere infinită,

- acviferul şi straturile care îl limitează sunt omogene, izotrope şi au o grosime

constantă pe toată zona de influenţă a pompării,





variaţia sarcinii piezometrice,


221


neglijabilă ),

- curgerea în straturile semipermeabile ce limitează acviferul, este verticală,

- debitul drenat prin straturile semipermeabile este vertical şi proporţional cu

denivelarea,

- sarcina în straturile semipermeabile rămâne constantă,

- înmagazinarea în straturile semipermeabile este neglijabilă.

DATE NECESARE PENTRU FOLOSIREA METODEI HANTUSH

- denivelarea într-un puţ de observaţie în funcţie de timp,

- distanţa dintre puţul de pompare şi puţul de observaţie,

- debitul pompat.

APLICAŢIE

Un exemplu de calcul este prezentat în figura (9.13). Datele utilizate sunt date în

tabelul 9.8.

S-au utilizat valori corespunzătoare pompării unui debit zi/m873Q 3 , m90r ,

m20M .

Tabelul 9.8.


222

Fig.9.13.Determinarea parametrilor hidrogeologici ai acviferelor neconservative,

alimentate prin drenanţă, prin metoda HANTUSH.


223

9.4.4. Metoda NEUMAN pentru acvifere cu suprafaţă liberă

DESCRIEREA METODEI

Soluţia ecuaţiei de difuzivitate, pentru un acvifer cu suprafaţă liberă, dată de Neuman

(1975) este:

,u,uWT4

Qs BA , (9.52.)

unde:

,u,uW BA -este cunoscută ca funcţia puţului în acvifer cu suprafaţă liberă

tT4

Sru

2

A

( curba tip A pentru valori mici ale timpului) (9.53)

tT4

Syru

2

B

( curba tip B pentru valori mari ale timpului) (9.54)

Kh

Kr

h20

v2

(9.55)

h0 = grosimea acviferului cu suprafaţă liberă, înainte de pompare.

Sunt folosite două tipuri de curbe. Curba de tip A este folosită pentru începutul

pompării când apa pompată provine din apa înmagazinată în acvifer ca şi în cazul

acviferului sub presiune ( curbă asemănătoare cu curba Theis).

Curba tip B este folosită pentru perioada finală a pompării când efectele drenajului

gravitaţional scad.

Se pot determina:

h

TK

0h -conductivitatea hidraulică orizontală (9.56)

2

h20

vr

KhK

- conductivitatea hidraulică verticală (9.57)

S este coeficientul de înmagazinare elastică, iar Sy este (specific yields) coeficientul de

cedare prin drenaj al acviferului cu suprafaţă liberă..

CONDIŢII NECESARE FOLOSIRII METODEI NEUMAN

- acviferul este cu suprafaţă liberă şi are o extindere infinită,

- acviferul este omogen, izotrop şi are o grosime constantă pe toată zona de influenţă a

pompării,





224


neglijabilă )

- curgerea spre puţ este nestaţionară

- influenţa zonei nesaturate asupra denivelării în acvifer este neglijabilă

10storavity.elastic

yield.specific

DATE NECESARE PENTRU FOLOSIREA METODEI NEUMAN



- debitul pompat

APLICAŢIE

Un exemplu de calcul este prezentat în figura (9.14). Datele utilizate sunt date în

tabelul 9.9.

S-au utilizat valori corespunzătoare pompării unui debit zi/m2,69Q 3 .

Distanţa dintre puţul de observaţie şi cel de pompare este:

m490,114P

Tabelul 9.9.


225


226


227

Fig. 9.14.Determinarea parametrilor hidrogeologici ai acviferelor cu suprafaţă liberă

prin metoda NEUMAN (răspuns întârziat al suprafeţei libere)


228

9.4.5. Metoda COOPER – JACOB – STEP TEST

DESCRIEREA METODEI

Metoda este folosită pentru cazul pompărilor cu debit variabil. Este aplicat principiul

superpoziţiei pentru soluţia Cooper – Jacob în cazul curgerii nepermanente, într-un

acvifer sub presiune.Denivelarea în funcţie de timp, corespunzătoare unei perioade de

pompare:

nnt2

n

ttSr

T25,2log

T4

3,2

Q

s (9.58)

unde: n

i

Q

Q

1n

1i'i

int

tt

tt

(9.59)

ti – timpul de începere pentru perioada i de pompare (cu debit Qi)

t - ti – perioada de timp de la începerea pompării cu debit Qi

ti’ – timpul de încetare a pompării cu debit Qi

t – ti’ – perioada de timp după încetarea pompării cu debit Qi

Qi – debitul constant, pompat în perioada i

În cazul în care pomparea este continuă dar cu debit variabil:

n

i

Q

Qn

1iinnt tttt

(9.60)

În cazul în care debitul variază cu aceeaşi cantitate în fiecare pas de timp pompa este

oprită instantaneu:

n

1n

1i'i

innt t

t

ttt

(9.61)

CONDIŢII NECESARE FOLOSIRII METODEI

- acviferul este sub presiune şi are o extindere aparent infinită,

- acviferul este omogen, izotrop şi are o grosime constantă pe toată zona de influenţă a

pompării,


- puţul este pompat cu debit variabil (constant pe diferite perioade de timp),


- apa pompată provine din înmagazinarea în acvifer şi provoacă variaţia instantanee a

sarcinii piezometrice,


neglijabilă,

- curgerea spre puţ este nestaţionară,

- valoarea lui u modificată cu coeficientul nt este mică (mai mică decât 0,01).

DATE NECESARE PENTRU FOLOSIREA METODEI

- denivelarea într-un puţ de observaţie în funcţie de timp,


229

- distanţa dintre puţul de pompare şi puţul de observaţie,

- debitul pompat.

APLICAŢIE

Două exemple de calcul sunt prezentate în figurile 9.15 ( este pompat un acvifer

sub presiune) şi 9.16 (este pompat un acvifer cu suprafaţă liberă). Datele de

pompare, utilizate sunt date în tabelele (9.10, 9.11, 9.12).

Distanţa dintre puţul de observaţie şi cel de pompare este:

m000.1a15OW

În tabelul 9.11.sunt date valorile denivelării modificate,în acviferul sub presiune, pe

baza cărora se face analiza.

Tabelul 9.10


230

Tabelul 9.11

Fig. 9.15.Determinarea parametrilor hidrogeologici ai acviferelor sub presiune, în cazul

pompărilor cu debit variabil, prin metoda COOPER-JACOB


231

Tabelul 9.12


232

Fig. 9.16.Determinarea parametrilor hidrogeologici ai acviferelor cu suprafaţă liberă, în

cazul pompărilor cu debit variabil, prin metoda COOPER-JACOB


233

9.4.6. Metoda Theis pentru pompări cu debit variabil - (STEP TEST)

DESCRIEREA METODEI

Metoda Theis pentru cazul pompărilor experimentale cu debit variabil foloseşte

principiul superpoziţiei:

u

u

n u

due

T4

1

Q

t,rs (9.62.)

nt

2

ttnT4

Sru

(9.63.)

ti – timpul de începere pentru perioada i de pompare,

t - ti – perioada de timp de la începerea pompării cu debit Qi ,

ti’ – timpul de încetare a pompării cu debit Qi ,

t – ti’ – perioada de timp după încetarea pompării cu debit Qi ,

Qi – debitul constant, pompat în perioada i.

În cazul în care pomparea este continuă dar cu debit variabil, se face o modificare a

timpului din expresia obişnuită a lui u, după cum urmează: timpul t va fi înlocuit cu

n

i

Q

Qn

1iinnt tttt

(9.64.)

În cazul în care debitul variază cu aceeaşi cantitate în fiecare pas de timp:

n

1n

1i'i

innt t

t

ttt

(9.65.)

Cu valorile astfel obţinute, pentru denivelare şi timp (modificate), se lucrează cu curba

Theis.

CONDIŢII NECESARE FOLOSIRII METODEI

Sunt aceleaşi ca în cazul metodei Jacob. Nu se impun condiţii lui u.

DATE NECESARE PENTRU FOLOSIREA METODEI Sunt aceleaşi ca în cazul metodei Jacob.

9.4.7. Corecţia JACOB pentru acviferele cu suprafaţă liberă

Această corecţie presupune modificarea denivelării măsurate în puţul de

observaţie astfel:

D2

sss

2

cor (9.66.)

scor – denivelarea corectată

s - denivelarea măsurată

D – grosimea iniţială a acviferului saturat


234

Această corecţie permite folosirea metodelor Theis, Cooper, şi Jacob, Theis – Jacob

Recovery (valabilă pentru acvifere sub presiune) pentru analiza acviferelor cu suprafaţă

liberă.

9.4.8. Teste de performanţă a puţurilor. Determinarea capacităţii

specifice a puţurilor de pompare.

Scopul testului este evaluarea productivităţii puţului, exprimată ca şi capacitatea

specifică:

s

QCs (9.67.)

unde:

- Q este debitul de pompare

- s –denivelarea în puţ datorată atât coborârii suprafeţei libere a acviferului cât şi

pierderilor de sarcină în pereţii puţului şi în filtru.

Pierderile în puţ sunt create de curgerea turbulentă a apei prin pereţii puţului şi la

intrarea în pompă.

Capacitatea specifică este estimată prin trasarea graficului denivelare (după oy), în

funcţie de debit (după ox) şi măsurarea pantei dreptei rezultate.

Q

1tg (9.68.)

Folosirea metodei presupune:

- puţul este pompat cu debit constant, o perioadă de timp suficient de lungă pentru a

se stabili un regim permanent (o suprafaţă piezometrică constantă),

- denivelarea totală este o combinaţie între descreşterea sarcinii piezometrice prin

acvifer şi pierderea de sarcină în filtrul puţului.

DATE NECESARE PENTRU FOLOSIREA METODEI

- denivelări în puţul de pompare în funcţie de debitul pompat (pentru diferite

debite).

APLICAŢIE Pentru un puţ de pompare debitele pompate şi denivelările sunt cele date din tabelul

9.13. Rezultatul este dat în figura 9.17.

Tabelul 9.13


235

Fig. 9.17. Determinarea capacităţii specifice a puţurilor de pompare.

9.4.9. Concluzii şi observaţii cu privire la pompările experimentale.

Metodologia de determinare a coeficientului de permeabilitate constă în crearea

unei denivelări, prin pompare, în gaura forajului şi măsurarea debitului de apă pompat,

corespunzător menţinerii constante a denivelării.

Denivelarea apei în foraje se face cu diverse tipuri de echipamente, în funcţie de

nivelul apei subterane şi de capacitatea de cedare a acviferului.

Dacă nivelul apei subterane se situează la o adâncime de până la 4-5m. sub cota

terenului, pomparea se poate face cu o pompă amplasată la suprafaţă. Când nivelul apei

subterane se situează în adâncimi mai mari se foloseşte pompa cu aer lift. În afara

acestor două sisteme clasice de pompare se pot utiliza şi alte tipuri de pompe

submersibile capabile să pompeze apa de la adâncimi mai mari.

Măsurarea nivelului apei în foraj se face cu instrumente de construcţie diferită.

Pentru adâncimi mici ale nivelului apei se pot folosi plutitori lansaţi în gaura forajului

prin intermediul unui cablu flexibil. Pentru adâncimi mai mari, când nu mai poate fi

sesizat momentul pătrunderii plutitorului în apa de foraj, se folosesc instrumente de mai

mare precizie. Un model de instrument de acest fel este arătat în fig.9.18. Când

dispozitivul este suspendat în cablu, cele două corpuri 1 şi 2 sunt depărtate şi circuitul

electric întrerupt. În momentul în care corpul 2 intră în apă, prin plutire acesta rămâne


236

pe loc, în timp ce corpul 1 continuă să coboare realizându-se astfel închiderea circuitului

electric, prin atingerea contactelor 4. Acest moment este sesizat la suprafaţă printr-un

semnal sonor, aprinderea unui bec, mişcarea acului unui galvanometru etc. Adâncimea

la care se găseşte nivelul apei în foraj se citeşte direct pe cablul de lansare care este

prevăzut cu marcaje din metru în metru.

Fig. 9.18. Dispozitiv pentru masurarea nivelului apei in foraje;

1-corpul superior al plutitorului;

2-corpul inferior al plutitorului;

3-burduf de cauciuc subtire care etanseaza perfect racordurile dintre corpurile

1 si 2 si permite culisarea corpului 2 in corpul 1;

4-contacte electrice;

5-cablu bifilar; 6-baterii;

7-dispozitiv de înregistrare a semnalului la închiderea circuitului electric;

8-marcaje de adincime pe cablul de lansare.

Pentru a fi concludentă, pomparea dintr-un strat acvifer trebuie să se facă la

minimum trei trepte de denivelare. Pomparea sau turnarea corespunzătoare fiecărei

trepte de nivelare se menţine până la obţinerea unui debit constant. Pentru mediile

permeabile durata de intrare a curgerii în regim staţionar este de minim 8-10 ore. Cu cât

permeabilitatea terenului este mai mică cu atât durata de intrare a curgerii în regim

staţionar este mai mare.

În timpul pompărilor experimentale trebuie culese următoarele date: coloana

litologică a forajului, schema de echipare, adâncimea nivelului apei subterane, graficele

de variaţie a debitelor în timp pentru fiecare treaptă de denivelare şi graficul de variaţie

a debitelor în funcţie de denivelare .

Cu datele obţinute pe teren prin pompări experimentale, în foraje, în funcţie de

schema hidrogeologică a acviferului şi a forajelor în care s-au efectuat testările, se

determină conductivitatea hidraulică a straturilor, transmisivitatea şi coeficientul de

înmagazinare.

9. determinarea experimentala a parametrilor caracteristici acviferelor

Documents