Appendix A Prøvepumpning

Fastlæggelse af de hydrauliske egenskaber i et kalkmagasin sker ved at foretage indirekte målinger med prøvepumpninger af varierende tidshorisonter. De hydrauliske parametre anvendes blandt andet til at få en øget forståelse for grundvandsmagasinet, i afgrænsning af indvindingsoplande samt i opstilling af grundvandsmodeller. Varigheden af en prøvepumpning afgøres af undersøgelsens formål og problemstillinger så der sker en målrettet og optimal dataindsamling, som afspejler de hydrogeologiske forhold i magasinet.

Der er skrevet meget om planlægning af prøvepumpninger (blandt andet Kærgaard, 1988 og Kruseman & de Ridder, 2000), og emnet behandles derfor kun overfladisk her med en række forslag til overvejelser der bør indgå i planlægningen.

Tolkning af en prøvepumpning er kompliceret, og som det fremgår af litteraturen kræves der, ud over en god portion faglig viden om teoretiske modeller og formler, også en god portion erfaring med netop tolkning af prøvepumpninger fra kalkmagasiner. Dette er en ekstra udfordring da erfaringen trods alt kun kommer gennem arbejdet. Nielsen (2007) fokuserer på tolkning af prøvepumpninger i kalkmagasiner i en blanding af teori og eksempler, og har inddraget metoder anvendt i olieindustrien samt egne eksempler fra grundvandsområdet.

Forud for planlægning af prøvepumpningen inddrages tilgængelige resultater fra tidligere kortlægninger, så kendskabet til de geologiske forhold er bedst muligt (se også afsnit 3.3 og 4.2). Ved anvendelse af både nye og ældre boringer kan boringernes tekniske udbygning være meget forskellig. Kalkboringer af ældre dato er ofte åbne boringer med forerør ført blot et lille stykke ned i kalkmagasinet og indstrømning i flere zoner, mens boringer af nyere dato kan være udbygget med filtre for at kunne styre indstrømningen måske kun fra én indstrømningszone, eller forerøret ført ned til den dybde man som minimum ønsker indstrømningen fra.

Kalkmagasiner
Kalkmagasiner er komplekse og anisotrope, blandt andet på grund af sprækkesystemerne, der sammen med matrix udgør et dobbeltporøst reservoir. Sprækkernes orientering, størrelse og hyppighed styrer sammen med matrix kalkmagasinets samlede hydrauliske egenskaber. Sprækkerne vil have en høj hydraulisk ledningsevne og en lav magasinkoefficient (se afsnit 3.3), mens matrix vil have en lav hydraulisk ledningsevne og en høj magasinkoefficient. I nogle kalkmagasiner kan der desuden optræde lavpermeable lag, som f.eks. mergellag, der introducerer en anden hydraulisk situation med lækageeffekt.

Sprækkesystemernes udbredelse og mønster kendes oftest ikke ved planlægningen af prøvepumpningen idet de kan være svære at kortlægge (se afsnit 4.2.1), og ofte først erkendes ud fra f.eks. prøvepumpningsdata.

Prøvepumpninger
Ved udførelse af en prøvepumpning pumpes der størst mulige vandmængde, dog uden at tørlægge boringen, i én pumpeboring, og der moniteres i en række boringer i forskellig afstand og retning fra pumpeboringen. Pejleboringerne vil reagere forskelligt på pumpningen afhængig af omfanget og fordelingen af sprækker i magasinet og er derfor vigtige i tolkningen af data. Da den eksisterende tæthed af boringer pr. arealenhed måske ikke er tilstrækkelig for at kunne registrere alle magasinets reaktioner på prøvepumpningen, kan det være nødvendigt at etablere nye pejleboringer.

Gennemførelse af en prøvepumpning kræver en god planlægning, og for at få de bedste forudsætninger for tolkning af de indsamlede prøvepumpningsdata, kan det være en fordel at monitere både pumpeboring og pejleboringer samt evt. det atmosfæriske tryk en periode op til pumpestart. Det kan ligeledes overvejes at foretage en kort testpumpning for at se hvordan sænkningen vil udvikle sig (Nielsen, 2007).

Det må forudsættes at når alle gode regler for udførelse af prøvepumpninger er overholdt, vil data afspejle kalkmagasinets hydrauliske forhold, og ingen data bør derfor sorteres fra som dårlige data medmindre der er meget vægtige argumenter der taler for det. Det er ligeledes vigtigt at prøvepumpningen forløber indtil data viser homogene forhold både i pumpeboringen og i pejleboringerne.

Databearbejdning og modeller
Behandling af prøvepumpningsdata og tolkning af disse til geologiske modeller beskrives, som Kærgaard (1988) nævner, altid idealiseret i litteraturen hvilket de så godt som aldrig er. I den litteratur der findes med danske rødder er her allerede nævnt Kærgaard (1988) og Nielsen (2007) og de behandler emnet med lidt forskellige vinkler.

Gennem Kærgaard (1988) finder man at data fra prøvepumpning i et kalkmagasin, som i ethvert andet grundvandsmagasin, vil kunne give mange homogene ækvivalente løsninger til den inhomogene virkelighed. Man skal derfor holde for øje at en ren matematisk løsning ikke er den ideelle løsning og at tolkningen bør foregå som en iterativ proces mellem matematiske teorier og forståelsen af områdets og magasinets hydrogeologiske forhold.

Da sprækkesystemerne, som tidligere nævnt, sjældent kendes er Nielsen (2007) inde på at det kan være en nødvendighed at finde kendetegn ved data gennem matematiske plot, før en teoretisk tolkningsmodel vælges. Plottene vil gøre det muligt at udelukke nogle teoretiske modeller. En faldgrube kan her være at ikke alle faser af magasinets reaktion på pumpningen nødvendigvis er med, hvis magasinet f.eks. reagerer meget hurtigt på pumpningen, eller der ikke er opnået homogene forhold i pumpeforløbet.

Ideelt set vil prøvepumpningsdata fra et dobbeltporøst magasin falde i tre perioder hvor den første periode afspejler sprækkernes hydrauliske forhold. Den næste periode er en overgangsperiode der afspejler begyndende påvirkning fra matrix med indstrømning fra matrix til sprækker, mens den sidste periode afspejler kombineret strømning fra sprækker og matrix. Strømningen i denne sidste periode vil være homogen hvis prøvepumpningen har stået på tilstrækkelig længe. Både Kærgaard og Nielsen er med deres erfaringer imidlertid enige om den faldgrube at data ikke nødvendigvis falder ideelt i de tre perioder. Især Kærgaard er inde på vigtigheden af den geologiske forståelse for området, der kan bidrage til forståelsen af dynamikken i sænkningens form og udbredelse.

Sænkningens forplantningshastighed skal inddrages i tolkningen af pejledata da delforløb i pejleserierne kan relateres til pumpedata. Data fra pejleboringerne vil bl.a. afspejle hændelserne i pumpeboringen som kan være nøglen til den rette tolkning af pejledata (Kærgaard 1988).

Korrektion af pejledata og detaljerede kommentarer til forskelle i data skal ikke behandles indgående her da den refererede litteratur tager godt hånd om disse emner. Blot skal det nævnes at der for kalkmagasiner særligt kan gælde, at de forskellige hydrauliske forhold i magasinet betyder, at der er store forskelle på hvordan pejledata ser ud, og hvordan de udvikler sig med pumpetiden. På en række punkter er det værd at bemærke forskelle:

  • Sænknings- og stigningsdata er forskellige da de afspejler magasinets hhv. sprække- og matrix-forhold.
  • Antallet af forskellige perioder i pejledata afspejler de hydrogeologiske forhold.
  • Længden af perioderne – reaktionstiden – i pejledata afspejler forholdet mellem sprækker og matrix.

Uanset hvordan data fra en prøvepumpning ser ud, tilstræbes det i tolkningen at plotte data så de kan beskrives med homogene forhold i en teoretisk og dermed idealiseret geologisk model. Det vil sige at der f.eks. skal benyttes forskellige formler for at data kan plotte lineært (Nielsen 2007) afhængig af de aktuelle hydrogeologiske forhold.

De homogene forhold opnås som nævnt ved at pumpe i en periode, hvis længde er afhængig af magasinets sprække-matrix forhold og dermed siger noget om hvilken teoretisk model der skal vælges. I Figur 1 er vist forskellige modeller for sprækkesystemer:

  • Naturligt forekommende sprækker
  • Tredimensionale ortogonale sprækker
  • Enkelt horisontale sprækker

figur_a1

Figur 1. Eksempel på hvordan sprækker og matrix antages at optræde naturligt og kan opfattes idealiseret (efter Kruseman & de Ridder 2000).

Referencer
Kruseman, G.P. & de Ridder, N.A. 2000: Analysis and Evaluation of Pumping Test Data. ILRI publication 47.

Kærgaard, H. 1988: Systematisk bearbejdning af data fra langtidsprøvepumpninger. Kompendium til efteruddannelse nr. 210. Ingeniørhøjskolen, Horsens Teknikum.

Nielsen, K.A. 2007: Fractured aquifers – Formation Evaluation by Well Testing. Trafford Publishing.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *