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Entwicklung einer räumlich und zeitlich hochauflösenden Unterwasserdrucksonde zur Erfassung von Slug & Bail Tests in High-K Aquiferen

Klodwig Seibertz1, Max Köhne2, Ronny Lähne1, Wolfgang Gossel1
1 Fachgebiet Hydro- und Umweltgeologie, Martin-Luther-Universität Halle/Wittenberg (MLU) Institut für Geowissenschaften Fachbereich Hydro- und Umweltgeologie
2 Helmholtz Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Abteilung für Bodenphysik

P 15.5 in Forum Junge Hydrogeologen (H 36, NW III)

Der Slug & Bail Test, erstmals vollständig beschrieben von Hvorslev (1951), ist einer der
einfachsten Versuche zur Ermittlung der hydraulischen Leitfähigkeiten in oberflächennahen
Lockergesteinaquiferen. Er beruht auf der Auswertung des Abklingens künstlich erzeugter
Druckspiegelschwankungen über die Zeit. Um die benötigte Wasserstandsänderung hervorzurufen,
werden Druckluft oder Verdrängungskörper eingesetzt. Die Erfassung der Wasserstandsänderungen
erfolgt heutzutage überwiegend über Druckmesszellen.


Die durch seine einfache Durchführbarkeit bewirkte weite Verbreitung führte zu intensiver
Weiterentwicklung des Versuches, um ihn an unterschiedlichste Aquiferumgebungen anzupassen.
Hoch durchlässige Aquiferumgebungen (K >= 1e-3 m/s) erfordern dabei besondere Anforderungen
an Messtechnik und Auswertung. Spezielle Modelle wie von Springer und Gelhar (1991) und
McElwee u. a. (1992) erlauben es dem Spektrum möglicher Signalantworten aus High-K
Umgebungen gerecht zu werden.


Das schnelle Abklingen des Signals erzwingt dabei häufig eine Vergrößerung der Aufhöhung bzw.
Absenkung in der praktischen Versuchsdurchführung. Große Auslenkungen der Wassersäule führen
jedoch zu Problemen wie Reibungsverlusten an der Brunnenwandung, welche zur Verfälschung der
K-Wertabschätzung führen.


Eine Möglichkeit, diese Problematik zu umgehen ist die Verwendung von räumlich und zeitlich
hochauflösender Messtechnik. Aus diesem Grund wurde eine Drucksonde entworfen, welche eine
Datensammelrate von 96 Hz hat bei einer räumlichen Auflösung von 0,38 mm. Die Abmessungen
des Prototypen erlauben den Einsatz in Messstellen von >= 2“ Durchmesser. Die
Datenaufzeichnung erfolgt dabei mit handelsüblichen PC-Systemen, welche über eine RJ-45
Schnittstelle mit der Sonde über Ethernet (TCP/IP) kommunizieren. Der Druck wird differentiell
gegen die Atmosphäre gemessen. Auf diese Weise entfallen getrennte Luftdruckmessungen.
Der Prototyp wurde erfolgreich in einem hoch durchlässigen Aquifer nahe der Ortschaft Thürungen
(Sachsen-Anhalt) getestet. Die ermittelten hydraulischen Leitfähigkeiten lagen im Bereich von 1e-3
m/s und entsprechen damit der zu erwartenden geologischen Gegebenheit.


Die erhobenen Daten zeigen, dass der Prototyp die kommerziell erwerbbare Vergleichssonde in
Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit einzelner Messreihen sowie den ermittelten hydraulischen
Leitfähigkeiten übertrifft unter gleichzeitiger Verwendung kleinerer Aufhöhungen.



HVORSLEV, M. J.: Time Lag and Soil Permeability in Ground-Water Observations / Waterways
Experiment Station Corps of Engineers, U.S. Army. 1951


MCELWEE, C. D.; BUTLER, JAMES J. J.; BOHLING, G. C.: Nonlinear analysis of slug tests in highly
permeable aquifers using a Hvorslev-type approach. Kans. Geol. Survey, Open File Repository
(1992)


SPRINGER, R. K. ; GELHAR, L. W.: Characterization of large-scale aquifer heterogeneity in glacial
outwash by analysis of slug tests with oscillatory responses. U.S. Geol. Surv. Water Resources Inv.
Rep. (1991)

Letzte Änderung 31.10.2013