12 | 12 | 2019

Pumpversuch

 

Auswertung

Das Prinzip der Pumpversuchsauswertung basiert auf der Umkehrung einfacher analytischer, radialsymmetrischer Grundwasserströmungsmodelle, die in Form einer Brunnenfunktion direkt die Grundwasserspiegelabsenkung in Raum und Zeit berechnen.

Bei der Auswertung wird der Datensatz eines Pumpversuches als gemessenes Ergebnis eines theoretischen Grundwasserströmungsmodells verstanden, dessen Eingangsparameter zu ermitteln sind – der sensitivste Parameter dafür ist der hydraulische Aquiferkennwert Transmissivität neben den weniger sensitiven Aquifer-Parametern Speicherkoeffizient, Leakage-Faktor, Anisotropie-Faktor u.a..

Eine erste Abschätzung der Transmissivität und des Speicherkoeffizient erlaubt das Theis´sche Strömungsmodel. Hier reicht eine in den Datensatz konstruierte Ausgleichsgerade für die Parameter Transmissivität und Speicherkoeffizient.

Für detailliertere Betrachtungen wird rechnerisch mittels Inversionsverfahren aus dem Datensatz des Pumpversuches die Transmissivität unter Zugrundelegung eines komplexeren hydraulischen Strömungsmodells ermittelt. Für diesen Ansatz ist es im ersten Schritt notwendig, das bestgeeignete hydraulische Strömungsmodell auszuwählen. Die Eingangsparameter dieser Modellfunktion werden dem tatsächlich gemessenen Pumpversuchsdatensatz rechnerisch mittels Parameteroptimierungsalgorithmen soweit angepasst, bis der bestmögliche Deckungsgrad zwischen dem Ergebnis des theoretischen Grundwasserströmungsmodells und den gemessenen Pumpversuchsdaten erreicht wird.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass für die Bestimmung der weniger sensitiven Aquifer-Kenndaten (Speicherkoeffizient, Leakage-Faktor, Anisotropie-Faktor) die Druckverläufe von mehreren Beobachtungsmessstellen mit einzubeziehen sind.

 

 

THEIS Homogener gespannter Aquifer
JACOB Freier Aquifer mit Absenkungskorrektur
HANTUSH Berücksichtigung unvollkommener Brunnen und Meßstellen
STALLMAN Anreicherungs- und Staugrenzen
HANTUSH Homogener Aquifer mit Leakage
NEUMANN halbfreier Aquifer
BOURDET Kluftaquifer, Matrix- und Kluftporositäten
PAPADOPULOS Berücksichtigung der Brunnenspeicherung
GRINGARTEN et al. Berücksichtigung der Brunnenspeicherung und
Berechnung des Skinfaktors

Die Pumpversuchsdaten werden sowohl herkömmlich mittels Geradlinien- wie auch mit dem aussagekräftigeren Typkurvenverfahren nach BOURDET und GRINGARTEN ausgewertet. Letzteres eignet sich dazu, mittels mathematischer Ableitung der Meßdaten, die Brunneneinflüsse von den Aquiferdaten zu trennen und damit an Hand einer unfangreichen Modellbibliothek Aussagen über Aquifertyp und Aquifergeometrie zu treffen.


Aussagekraft

Die Ergebnisse von Pumpversuchen haben hinsichtlich ihrer Aussagereichweite einen größeren Radius als Bohrlochtests wie Slug-Tests, Pulse-Test oder WD-Test.

Letztendlich wird ihre räumliche Aussagekraft bestimmt von der:

  • Aquifermächtigkeit,
  • Förderrate,
  • erzielbaren Absenkung im Bohrloch,
  • Versuchsdauer

Die Ergebnisse des Pumpversuches sind stets als Mittel über die Duchlässigkeiten des untersuchten Grundwasserleiters zu interpretieren.

Pumpversuche sind bei Gebirgsdurchlässigkeiten zwischen 10-2 und 10-8 m/s gut geeignet. Bei zu kleiner Durchlässigkeit ist oftmals die Grundwasserergiebigkeit zu gering, das heißt es fließt zu wenig Wasser nach, das Bohrloch wird leergepumpt, ohne dass eine auswertbare Datenlage vorliegt. Bei zu hoher Durchlässigkeit kann hingegen nicht genügend Wasser abgepumpt werden, um eine auswertbare Absenkung zu erreichen.

Häufig kann die Erkenntnistiefe durch weitere horizontbezogene Tests (z.B. WD-TestPulse-Test, Packer-Pumpversuch) und/oder Vertikalströmungsmessungen (Flow-Meter-Messung, Fluid-Logging) gesteigert werden. Dies gilt besonders in Kluftgrundwasserleitern.