대수층 시험

대수층 시험(또는 펌핑 시험)은 일정한 펌핑을 통해 대수층을 "시뮬레이션"하고 관측 우물에서 대수층의 "반응"(추출)을 관찰하여 대수층을 평가한다. 대수층 시험은 수력 지질학자들이 대수층, 대수층 및 유량계 경계 시스템을 특성화하기 위해 사용하는 일반적인 도구다.

슬러그 테스트는 순간적인 변화(증가 또는 감소)가 이루어지는 전형적인 대수층 테스트에 대한 변화로, 같은 우물에서 그 영향이 관찰된다. 이것은 종종 우물 주변의 대수층 성질의 빠른 추정치(일수 대신 분)를 얻기 위해 지질 공학적 또는 공학적인 환경에서 사용된다.

대수층 시험은 일반적으로 대수층 흐름의 분석 모델(가장 근본적인 것은 테이스 솔루션)을 사용하여 실제 세계에서 관측된 데이터에 일치시킨 다음 이상화된 모델의 매개변수가 실제 대수층에 적용된다고 가정함으로써 해석된다. 보다 복잡한 경우 대수층 시험의 결과를 분석하기 위해 수치 모델을 사용할 수 있지만, 복잡성을 추가한다고 해서 더 나은 결과가 보장되지는 않는다(단조 참조).

대수층 시험은 우물의 행동이 주로 후자에서 우려되는 반면, 대수층의 특성은 전자에서 정량화된다는 점에서 우수 시험과 다르다. 대수층 시험은 또한 하나 이상의 모니터링 웰 또는 피에조계("점" 관측 웰)를 이용한다. 모니터링 웰은 펌핑되지 않는 우물일 뿐이다(그러나 대수층의 유압 헤드를 감시하는 데 사용된다). 일반적으로 감시와 펌핑 웰은 동일한 대수층에 걸쳐 선별된다.

일반적 특성

가장 일반적으로 대수층 시험은 모니터링 웰의 수위를 주의 깊게 측정하면서 한 우물에서 최소한 하루 동안 일정한 비율로 물을 펌핑하여 실시한다. 펌핑 우물에서 물을 퍼올리면 그 물을 잘 공급하는 대수층의 압력이 감소한다. 이러한 압력 감소는 관찰에 잘 나타나며(수압력 감소는 (수압 헤드의 변화) 펌핑 웰에서 방사상 거리에 따라 용출량이 감소하고 펌핑이 지속되는 시간에 따라 용출량이 증가한다.

대부분의 대수층 시험으로 평가되는 대수층 특성은 다음과 같다.

• 유압 전도도 단위 유압 구배에서 대수층의 단위 단면적을 통과하는 물의 흐름 속도. 미국 단위에서 유량은 단면적의 평방 피트 당 1일 갤런이며, SI 단위에서는 일반적으로 m² 당 일일 m 단위로³ 유압을 나타낸다. 단위는 종종 미터 또는 이와 동등한 값으로 단축된다.
• 특정한 저장 또는 저장성: 갇혀 있는 대수층이 특정한 머리 변화를 위해 포기하게 될 물의 양에 대한 척도
• 투과율 단위 유압 구배 아래 대수층의 전체 두께와 단위 너비를 통해 물이 전달되는 속도. 수압 전도도에 대수층의 두께를 곱한 값과 같다.

대수층의 유형에 따라 때때로 평가되는 추가적인 대수층 특성은 다음을 포함한다.

• 특정 수율 또는 배수 가능 다공성: 완전히 배수되었을 때 비정수 대수층이 포기하게 될 물의 양에 대한 측정치
• 누출 계수: 일부 대수층은 천천히 대수층에 물을 공급하여 용출량을 줄이기 위해 추가 물을 제공하는 대수원으로 경계를 이룬다.
• 대수층 경계(재충전 또는 무유동)의 유무와 펌핑된 우물 및 피에조계와의 거리.

분석 방법

관측된 데이터에 적합하도록 지하수 흐름 방정식에 대한 적절한 모델 또는 용액을 선택해야 한다. 어떤 요소가 중요하다고 생각되는가에 따라 다음과 같은 다양한 모델의 선택이 있다.

• 물이 새는 수족관,
• 고정되지 않은 흐름(수확률),
• 펌핑 및 모니터링 웰의 부분 침투,
• 유한 웰보어 반지름 - 웰보어 스토리지로 이어질 수 있음
• 이중 다공성(골절된 바위에 있음),
• 등방성 대수층,
• 이질적인 대수층,
• 유한 대수층(물리적 경계의 영향은 테스트에서 확인됨) 및
• 위 상황의 조합

거의 모든 대수층 시험용액 방법은 Theis 용액에 기초한다; 그것은 가장 단순한 가정에 기초한다. 다른 방법들은 Theis 솔루션이 구축되어 있는 하나 이상의 가정을 완화시키고, 따라서 그들은 더 유연하고 더 복잡한 결과를 얻는다.

과도현상 테이스

Theis 방정식은 찰스 버논 테이스(미국 지질조사국 소속)에 의해 1935년에 열전달 문헌(C의 수학적 도움을 받아)^[1]으로부터 만들어졌다.I. Lubin), 무한하고 동질적인 대수층에서 점원으로의 2차원 방사상 흐름. 그것은 간단하다.

${\displaystyle {\begin}s&={\frac {Q}{4\pi T}W(u)\\[0.5em]u&={\frac {r^{2}S}{4Tt}\end{aigned}}}}}}}}$

여기서 s는 용출(시험 시작 이후 한 지점에서 유압 헤드의 변화), u는 치수 없는 시간 매개변수, Q는 우물(시간 또는 m³/s로 나눈 부피)의 방류(펌핑) 속도, T와 S는 우물 주변의 대수층의 투과율 및 저장성(각각 m²/s, 단위 없음)이며 r은 거리이다. 강하가 관찰된 지점까지의 펌핑 우물(m), t는 펌핑이 시작된 이후의 시간(초), W(u)는 "웰 함수"(비수체학 문헌에서 지수 적분 E라고₁ 함)이다. 웰 함수는 무한 시리즈에 의해 근사치된다.

${\displaystyle {\begin{aigned}W(u)=-0.577216-\ln(u)+{\frac{u^{2}}{2\time2!}}}+{\frac{u^{3}{3\3\cHB 3!}}-{\frac{u^{4}{4}{4\4}}{4\message 4!}}}+\cdots \end{aigned}}$

전형적으로 이 방정식은 대수층 시험 동안 수집된 낙수 데이터로부터 펌핑 우물 근처의 평균 T와 S 값을 찾는 데 사용된다. 이는 결과(s)가 우물에서 측정되고, r, t, Q가 관측되며, 측정된 데이터를 가장 잘 재현하는 T와 S 값은 관측된 데이터와 분석 용액 사이에 가장 잘 들어맞을 때까지 방정식에 넣기 때문에 단순한 역모형이다.

Theis 솔루션은 다음과 같은 가정을 바탕으로 한다.

• 대수층의 흐름은 다아시의 법칙(즉, 르<10)에 의해 적절하게 설명된다.
• 균질, 등방성, 밀폐된 대수층,
• 유정은 완전히 관통한다(수분기의 전체 두께(b)에 개방됨).
• 우물은 반경이 0이다(수직선으로 대략 추정됨). 따라서 우물에는 물을 저장할 수 없다.
• 그 우물은 일정한 펌핑 속도를 가지고 있다.
• 웰 스크린의 머리 손실은 무시할 수 있지만
• 대수층은 방사상으로 무한하다.
• 대수층의 수평(경사하지 않음), 평평하고 불침투성(비침투성) 상단 및 하단 경계,
• 지하수 흐름은 수평이다.
• 다른 우물이나 지역 수위의 장기적 변화 없음(전위차계 표면의 모든 변화는 펌핑 웰만으로 인한 결과)

이러한 가정이 모두 충족되는 경우는 드물지만, 위반되는 정도(예: 펌핑 테스트로 시험할 대수층의 경계를 훨씬 초과하는 경우)에 따라 해결책이 여전히 유용할 수 있다.

안정 상태 티엠 솔루션

펌핑 웰에 대한 정상 상태의 방사형 흐름은 일반적으로 Thiem 솔루션이라고 불리며,^[2] 펌핑 웰에 대한 다아시의 법칙을 원통형 쉘 제어 볼륨(즉, 더 큰 반경의 실린더가 더 작은 실린더)에 적용하는 것에서 비롯된다. 일반적으로 다음과 같이 기록된다.

${\displaystyle h_{0}-h={\frac {Q}{2\pi T}\ln \left({\frac {R}{r}\오른쪽)}$

이 표현에서 h는₀ 백그라운드 유압 헤드, h-h는₀ 펌핑 웰에서 반경 r 거리에서의 풀다운, Q는 펌핑 웰(원점에서)의 배출 속도, T는 투과율, R은 영향 반경 또는 헤드가 여전히 h인₀ 거리. 이러한 조건(주변 경계가 없는 펌핑 우물로의 정상 상태 흐름)은 자연에서는 결코 실제로 발생하지 않지만, 실제 조건에 대한 근사치로 사용될 수 있다. 해결책은 d에서 펌핑 우물을 둘러싸고 원형 상수 머리 경계(예: 대수층과 완전히 접촉하는 호수 또는 강)가 있다고 가정함으로써 도출된다.등차 R.

오류 원인

대수층 및 웰 테스트 모두에서 중요한 것은 데이터의 정확한 기록이다. 수위와 측정 시간을 주의 깊게 기록해야 할 뿐만 아니라 주기적으로 펌핑 속도를 점검하고 기록해야 한다. 데이터를 분석할 때 2% 미만의 펌핑 속도에서 보고되지 않은 변화는 오도될 수 있다.^{[citation needed]}

참조

추가 읽기

US Geological Survey는 펌핑 테스트 해석에 관한 매우 유용한 참고자료를 가지고 있다.

• Ferris, J.G.; Knowles, D.B.; Brown, R.H.; Stallman, R.W. (1962). Theory of Aquifer Tests (PDF). Water Supply Paper 1536-E. U.S. Geological Survey.
• Stallman, R.W. (1971). "Chapter B1". Aquifer-Test Design, Observation, and Data Analysis (PDF). Book 3, Applications of Hydraulics. U.S. Geological Survey.
• Reed, J.E. (1980). "Chapter B3". Type Curves for Selected Problems of Flow to Wells in Confined Aquifers (PDF). Book 3, Applications of Hydraulics. U.S. Geological Survey.
• Franke, 0.L.; Reilly, T.E.; Bennett, G.D. (1987). "Chapter B5". Definition of Boundary and Initial Conditions in the Analysis of Saturated Ground-Water Flow Systems — An Introduction (PDF). Book 3, Applications of Hydraulics. U.S. Geological Survey.

대수층 시험 해석에 관한 일부 상업용 인쇄 참고문헌:

• Batu, V. (1998). Aquifer Hydraulics: a comprehensive guide to hydrogeologic data analysis. Wiley-Interscience. ISBN 0-471-18502-7.
  • 가장 인기 있는 대수층 시험 방법에 대한 좋은 요약으로, 수력 지질학자의 실습에 적합
• Dawson, K.J.; Istok, J.D. (1991). Aquifer Testing: design and analysis of pumping and slug tests. Lewis Publishers. ISBN 0-87371-501-2.
  • 철저하다, 바투보다 조금 더 수학적이다.
• Kruseman, G.P.; de Ridder, N.A. (1990). Analysis and Evaluation of Pumping Test Data (PDF) (Second ed.). Wageningen, The Netherlands: International Institute for Land Reclamation and Improvement. ISBN 90-70754-20-7.
  • 대부분의 대수층 시험 분석 방법의 뛰어난 처리(그러나 찾기 어려운 책이다).
• Boonstra, J.; Kselik, R.A.L. (2002). SATEM 2002: Software for aquifer test evaluation. Wageningen, The Netherlands: International Institute for Land Reclamation and Improvement. ISBN 90-70754-54-1.
  • 온라인 : [1]
• Sindalovskiy, L.N. (2011). ANSDIMAT - software for aquifer parameters estimation. St. Petersburg, Russia (in Russian): Nauka. ISBN 978-5-02-025477-0.
  • 온라인 ANSDIMAT 사용 설명서: [2]

더 많은 책 제목은 수력 지질학 기사의 추가 읽기 섹션에서 찾을 수 있으며, 대부분은 대수층 시험 분석 또는 이러한 시험 방법의 이면에 있는 이론에 관한 자료를 포함하고 있다.

분석 소프트웨어

• 미국 지질조사국의 수자원 응용 소프트웨어
• Schlumberger Water Services – 펌핑 테스트 및 슬러그 테스트 데이터 분석 소프트웨어
• ANSDIMAT – 고급 상용 소프트웨어
• AQTESOLV – 표준 상용 소프트웨어
• Windows LT용 MLU – 하나 또는 두 개의 대수층 시스템에서 펌핑 테스트 및 슬러그 테스트 분석을 위한 무료 소프트웨어
• VINMOD Multi-Well – 펌핑 테스트를 통한 지하수 오염 분석 및 펌프된 지하수의 오염 매개변수
• Hytool - Matlab에서 펌핑 및 빌드업 테스트 해석을 위한 오픈 소스 툴박스
• SmartGEO - 이질적인 대수층 특성화, 유압 단층 촬영 및 다중 펌프 테스트를 위한 고급 상용 소프트웨어

참고 항목

• 듀푸이트-포치하이머 가정
• 지하수
• 우물
• 펌프 테스트 분석 시 LinkedIn 그룹