19 | 11 | 2019

Flowmeter-Messung

Flowmeter-Messungen zeigen die vertikale Verteilung von Grundwasserzuflusszonen in eine Bohrung auf. Dazu wird die Fließgeschwindigkeit der bohrlochinternen Vertikalströmung  und deren Veränderung über die Tiefe gemessen.

Das kontinuierlich messende Impeller-Flowmeter steht für Strömungsgeschwindigkeiten ab 1cm/min zur Verfügung. Das höher auflösende, jedoch punktuell messende Heatpulse-Flowmeter eignet sich bei Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb 1cm/min.

 Impeller-Flowmeter-Messung

flow mit zuflussanteilen-ii ohne tabtab ii mit zuflussanteilenUm Grundwasserzutritte in die Bohrung zu orten, durchfährt das Impeller-Flowmeter (Flügelradzähler) mit konstanter Geschwindigkeit entgegen dem durch eine Pumpe erzeugten Förderstrom den wassererfüllten Teil einer Bohrung. Das anströmende Grundwasser setzt das Flügelrad in Bewegung, dessen Umdrehungszahl koninuierlich registriert wird. Das heißt, die Energie des Durchflusses wird in die Drehzahl des Flügelrades umgewandelt.

Die Impeller-Flowmeter-Messung wird in zwei Schritten durchgeführt: Zuerst wird mit einer Ruhemessung eine "Nullkurve" erstellt, um den "Fahreffekt" der Messung zu ermitteln. Im zweiten Schritt wird die Flowmeter-Messung bei eingeschalteter Pumpe wiederholt. Mit der Grundwasserentnahme  wird der Grundwasserzutritt in die Bohrung angeregt. Während der Flowmeter-Messung werden die Pumpförderrate und der Wasserspiegel im Brunnen aufgezeichnet:

Die Flowmetermessung registriert die vertikale Verteilung der Fließgeschwindigkeit des Grundwassers im Bohrloch / Grundwassermessstelle. Die Fließgeschwindigkeit im Bohrloch nimmt dabei von unten nach oben in Form einer Summenkurve zu. Im Grundwasserzutrittbereich flacht der Kurvenverlauf der Fließgeschwindigkeit merklich ab.

Aus  dem Kurvenverlauf der Flowmetermessung lassen sich die prozentualen Zuflussanteile der Grundwasserzutritte bezogen auf die Gesamtfördermenge ableiten.

Die Messdaten geben Aufschluss über Lage und Intensität von Grundwasserzutritten in das Bohrloch sowie Abflussstellen aus dem Bohrloch und erlauben bei gespannten Aquiferen eine vertikale Auflösung der Gebirgsdurchlässigkeit über die Tiefe, sofern Daten zur Transmissivität mittels eines Pumpversuches in der Bohrung erhoben wurden. 

Da Änderungen des Bohrlochdurchmessers die Messdaten von Impeller-Flowmeter-Messungen beeinflussen, ist für die Interpretation der Impeller-Flowmeter-Messdaten bei Messungen im offenen Bohrloch im Vorfeld eine Kaliber-Log-Messung notwendig.

Impeller-Flowmeter-Messungen, bei denen eine Packermanschette ein konstantes Kaliber in einer ausgebauten Messsstelle sicherstellt, eignen sich für die Bestimmung der Filterdurchfließbarkeit von Filterteilstrecken.

Eine Spezialanwendung der Impeller-Flowmeter-Messung ist die Überprüfung des hydraulischen Zustandes von Filterbereichen. Mit der Anordnung von je einer Packermanschette ober- und unterhalb des Impeller-Flowmeters kann mit einer Impeller-Flowmeter-Messung die Filterdurchlässigkeit von Filterteilstrecken beurteilt werden.

Heatpulse-Flowmeter-Messung

heat-pulse-flow-meterWegen seiner hohen Auflösung eignet sich die Heat-Pulse-Flowmetermessung gut als bohrlochinterne Ruhestrommessung. So werden Heatpulse-Flowmeter-Messungen bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten (< 1cm/min), wie sie bei vertikalen Ausgleichsströmungen in Bohrungen mit zwei oder mehreren aufgeschlossenen Grundwasserleitern mit unterschiedlichen Potentialen vorkommen, angewandt.

Das Heat-Pulse-Flowmeter besteht aus einem Meatallrohr, in dem ein Heizelement in Form eines dünnen Drahtes in den Rohr­querschnitt verlegt ist. Oberhalb und unterhalb dese Heizelementes befindet sich jeweils ein Temperatursensor.

Mit der Zündung des Heizelementes für 0,2 s wird eine dünne Wasserschicht im Messrohr erwärmt, die mit der natürlichen Strömung innerhalb der Bohrung entsprechend der Strömungsrichtung verdriftet wird und auf einen der Temperatursensoren trifft. Gleichzeitig mit der Zündung des Heizelementes wird auch die Temperaturmessung gestartet und Ankunft- und Durchgangszeit der Temperaturanomalie registriet. Aus der Signallaufzeit der gemessenen Temperaturanomalie werden Richtung und Intensität der lokalen vertikalen bohrlochinteren Strömung abgeleitet.

Die Messungen erfolgen diskret an an den gewünschten Messpositionen als Punktmessung. Felderfahrungen zeigen, dass mehrere Messungen pro Messpositi­on wichtige Hinweis auf die Dynamik der gemessenen Vertikalströmung liefern.

Da das Heatpulse-Flowmeter annähernd wie ein Packer-Flowmeter wirkt, haben Veränderungen im Bohrlochdurchmesser im Vergleich zu Impeller-Flowmeter-Messungen einen geringeren Einfluss auf die Messergebnisse. Gleichwohl wird durch den Einsatz von Lippenpackern, welche die gesamte Strömung durch den Messquerschnitt zwingen, die Auflösung des Verfahrens noch einmal deutlich erhöht.