11. PROGRAMY KOMPUTEROWE DO INTERPRETACJI PRÓBNYCH POMPOWAŃ

Transkrypt

1 11. PROGRAMY KOMPUTEROWE DO INTERPRETACJI PRÓBNYCH POMPOWAŃ Analiza wyników próbnego pompowania polega na opracowaniu szeregu wykresów doświadczalnych, które następnie za pomocą istniejących metod interpretacji można wykorzystać do identyfikacji schematów hydrodynamicznych, do których badane warstwy wodonośne można przyporządkować. Dokonana identyfikacja pozwala następnie na przeprowadzenie obliczeń parametrów filtracyjnych danej warstwy wodonośnej i jej otoczenia. W przedstawionych dotychczas rozdziałach zaprezentowano zasady postępowania z wynikami próbnych pompowań przy wykorzystaniu metodyki odręcznego sporządzania wykresów na siatce półlogarytmicznej lub podwójnie logarytmicznej. W przypadku wykresów doświadczalnych typu lg s = f(lg t) przedstawiono sposoby rozwiązań graficznych z użyciem nomogramów odpowiednich funkcji studni: Theisa, Hantusha i Boultona. Stosując odpowiednie programy numeryczne, można w dużym stopniu zautomatyzować czynności związane ze sporządzaniem różnego typu wykresów próbnych pompowań oraz usprawnić identyfikację tych wykresów z wykresami wzorcowymi. W niniejszym rozdziale zaprezentowano zestaw programów w bloku nazwanym Aquifer Test, opracowanym przez firmę Waterloo Hydrogeologic Inc z Kanady (Rohrich, 2002). Program jest 32-bitową aplikacją działającą w środowisku Windows (Windows 95/98/ NT/2000). Aplikacja posiada intuicyjny interfejs, w którym wbudowany jest konwerter jednostek oraz możliwe jest stworzenie własnego zestawu skrótów nawigacyjnych znacznie ułatwiających posługiwanie się programem. Analiza wyników próbnego pompowania dotyczyć może warstw wodonośnych o swobodnym i napiętym zwierciadle, z uwzględnieniem przesiąkania, a także masywów skał szczelinowych. Dodatkowo autorzy oprogramowania dostarczyli narzędzia pozwalające na stworzenie przejrzystego raportu końcowego z przeprowadzonych badań. W wersji profesjonalnej program można wykorzystać do planowania próbnych pompowań dzięki dołączonym metodom przewidywania zachowania się warstwy wodonośnej. Umożliwia to lepszy dobór lokalizacji otworów obserwacyjnych, czasu trwania i wydajności pompowania. Utworzona w programie baza danych umożliwia: szybki dostęp do informacji poprzez menu w formie drzewa, dostęp do dowolnego otworu (studni, piezometru) w kilku wykonywanych analizach, interpretacyjnych (dane wprowadzane są tylko raz), wielokrotną analizę wyników dla jednego zestawu danych,

2 256 Programy komputerowe do interpretacji próbnych pompowań zmianę metody interpretacyjnej w dowolnym momencie bez konieczności ponownego wprowadzania danych. Wprowadzanie danych Prace z programem rozpoczynamy od stworzenia projektu, który obejmować może dane o studni, otworach obserwacyjnych i próbnym pompowaniu. Kolejnym krokiem jest wybranie jednostek danych, które będziemy wprowadzać. Ważnym elementem ułatwiającym prace z programem jest możliwość dołączenia do bazy mapy przedstawiającej lokalizację terenu badań. Mapa ta może być dołączona w formie bitmapy lub pliku wektorowego, a po zaimportowaniu do bazy konieczne jest jej skalibrowanie. Do bazy danych wprowadzamy następujące dane dotyczące studni eksploatowanej podczas próbnego pompowania: współrzędne X i Y zgodne z wprowadzoną wcześniej mapą, rzędną terenu, rzędną punktu odniesienia (poziomu morza), długość filtru, średnicę studni, średnicę studni wraz z obsypką. W przypadku większej ilości otworów możemy niezbędne dane wpisać do pliku tekstowego, a następnie zaimportować je do bazy programu AquiferTest. Po ogólnych informacjach przechodzimy do wprowadzenia danych uzyskanych w trakcie próbnego pompowania. Konieczne będzie wprowadzenie miąższości strefy saturacji, dla niektórych analiz (Moench Fracture), odległości od podstawy filtru studziennego do zwierciadła statycznego, czasu trwania i wydajności próbnego pompowania. Wprowadzanie obserwacji stanów zwierciadła wody odbywać się może: ręcznie, poprzez import z pliku tekstowego, MSExcel czy ASCI, z dowolnego automatycznego rejestratora stanu zwierciadła wody. Wykonywanie obliczeń Dzięki przygotowanej bazie danych możemy szybko i sprawnie dokonać wizualizacji wyników i wybrać odpowiednią metodę interpretacji wyników próbnych pompowań dostosowaną do warunków, w których przeprowadzono badania. Do wyboru mamy m.in. następujące metody: Theisa (1935), Coopera-Jacoba w funkcji czas depresja (1946), Coopera-Jacoba w funkcji odległość depresja (1946), Hantusha-Jacoba (1955), Neumana (1975), Moencha (1993). Theisa w zakresie wzniosu zwierciadła wody po pompowaniu (1935).

3 Programy komputerowe do interpretacji próbnych pompowań 257 Przy wyborze odpowiedniej metody interpretacyjnej bardzo pomaga opis każdej z dostępnych metod w instrukcji obsługi programu. Po wybraniu metody otrzymujemy na wstępie wykres zależności położenia zwierciadła wody w czasie lub depresji zwierciadła wody i wydajności studni w czasie. Wizualizacja wyników Efektem analizy danych uzyskanych z próbnego pompowania są wykresy wraz z obliczonymi na ich podstawie parametrami warstwy wodonośnej. Program umożliwia zarówno automatyczne, jak i ręczne dopasowanie wykresu do obserwacji, a także usunięcie błędnych danych. Aktualizacja wykresu oraz obliczanych parametrów następuje natychmiastowo po zatwierdzeniu zmian. Twórcy programu umożliwili stworzenie prostych i przejrzystych raportów zawierających podstawowe informacje o przeprowadzonym badaniu (miejsce, czas trwania, kto je wykonał) oraz wynik zarówno prowadzonych obserwacji, jak i wykresy wraz z obliczonymi parametrami. W szablonie zaproponowanym prze Waterloo Hydrogeologic Inc jest również miejsce na logo firmy prowadzącej badania hydrogeologiczne. Największym atutem Aquifer Test jest szybkie wykonanie wykresów i obliczeń oraz szeroka gama dostępnych metod analitycznych. Pomimo łatwości obsługi i możliwości, jakie stwarza opisany blok numerycznych programów obliczeniowych, korzystanie z niego wymaga jednak szerszej wiedzy dotyczącej metodyki i analizy próbnych pompowań w różnych warunkach hydrogeologicznych. Wiedza ta została zaprezentowana Czytelnikom przez autorów poradnika na bazie doświadczeń własnych i zespołu hydrogeologów, wymienionych we wstępie do niniejszej publikacji. Przykłady obliczeń Wykorzystanie programu Aquifer Test przedstawia się na przykładzie pompowania hydrowęzłowego przeprowadzonego w dolinie rzeki Ołobok w Ostrowie Wielkopolskim, opisanego już w niniejszym poradniku w rozdziale 8 i przedstawionego tamże na rysunkach od 8.27 do Przedmiotem badań była pasmowa struktura hydrogeologiczna (rys. 8.28) w obrębie czwartorzędowego piętra wodonośnego, w którym dwie warstwy wodonośne rozdzielone są osadami słabo przepuszczalnymi w postaci mułków. Warstwa dolna (naporowa) w warunkach poboru z niej wody jest zasilana z warstwy górnej o zwierciadle swobodnym, które pod wpływem dłuższego pompowania również ulega zdepresjonowaniu. Dane o hydrowęźle badawczym, składającym się ze studni nr VIII oraz pozostających w jej otoczeniu innych otworów rozpoznawczych i obserwacyjnych (piezometrów), przedstawiono w tabeli Szkic sytuacyjny hydrowęzła zamieszczono w rozdziale 8 na rysunku Na rysunku 11.1 przedstawiono wykres s=f(lg t) z obserwacji przeprowadzonych w piezometrze B7 odległym od pompowanej studni o 50 m, sporządzony za pomocą programu Aquifer Test. Wykres ten jako odręczny przedstawiono już w rozdziale 8 na rysunku 8.28 z wyznaczeniem nachylenia c = 0,88 m oraz wielkości t 0 =0,14h.

4 258 Programy komputerowe do interpretacji próbnych pompowań Tabela Dane o hydrowęźle VIII w dolinie rzeki Ołobok HYDROWĘZEŁ VIII Wydajność pompowania [m 3 /h] 201 Czas pompowania [h] 386 Studnia VIII i piezometry VIII B7 B8 B6 VII B9 Odległości od studni [m] Miąższość warstwy wodonośnej [m] Wyniki obliczeń parametrów: przewodności T, współczynnika filtracji k oraz współczynnika odsączalności sprężystej µ s według programu Aquifer Test podano w treści rysunku Czytelnik może porównać te wyniki z obliczeniami uzyskanymi z wykresu przedstawionego na rysunku 8.28 (c oraz t 0 jw.), prowadząc obliczenia wg wzorów [5.5] i [5.6]. Metoda nazwana w literaturze polskiej metodą przybliżenia logarytmicznego Theisa-Jacoba (rozdz ) w literaturze amerykańskiej nosi nazwę Cooper-Jacob Time-Drawdown (Aquifer Test). Na podstawie raz wczytanych do programu danych obserwacje w otworze B7 posłużyły również do sporządzenia wykresu lg s = f(lg t), a następnie do identyfikacji uzyskanej krzywej doświadczalnej z jedną z krzywych wzorcowych wyliczonych przez program dla metody Neumana (patrz: rozdział ). Postać wykre- Rys Wykres doświadczalny s=f(lg t) dla otworu nr B7 z wynikami obliczeń według metody przybliżenia logarytmicznego wzoru Theisa (metoda Coopera-Jacoba, 1946) Obliczone parametry: T = 41,9 m 2 /h, k = 1,17 m/h, µ s = 0,00063

5 Programy komputerowe do interpretacji próbnych pompowań 259 Rys Wykres doświadczalny lg s=f(lg t) dla otworu obserwacyjnego B7 z wynikami obliczeń według metody Neumana (1975) na tle diagramu funkcji W(uA, ub, beta) Obliczone parametry T = 35,4 m 2 /h, k = 0,99 m/h, µ s = 0,00037 su i jego odniesienie do paletki krzywych, nałożonej na wykres doświadczalny, zilustrowano na rysunku Zaprezentowane wykresy, sporządzone i zinterpretowane za pomocą programu Aquifer Test, pochodzą z pracy magisterskiej J. Niezabitowskiego (2004), wykonanej Zakładzie Hydrogeologii i Ochrony Wód Uniwersytetu im. A. Mickiewicza w Poznaniu pod kierunkiem J. Przybyłka.