Analysis of pumping test data for the identification of the spatial distribution of hydrological parameters

Abstract

Hidrolik parametrelerin tahminini gerektiren arazi sınıflandırması çalışmalarında pompaj testleri standart olarak kullanılır. Pompaj testlerinden çıkan su seviyesi düşme verileri, yaygın olarak akiferin homojen olması üzerine yapılan tahminlerine dayanan grafik yöntemleri ile analiz edilmektedir. Ancak, doğal yer altı oluşumları, uzamsal değişkenliğin karmaşık örüntüleri ile heterojen bir yapıya sahiptir. Bu çalışmada, heterojen sızdırmalı akifer sistemlerin uzamsal değişkenliğinin akış parametreleri hakkında bilgi edinmek için su seviyesi düşmesinin zaman türevini kullanan yeni bir açıklama yöntemi sunuyoruz. Bu yöntemde, hidrolik parametreleri hesaplamak için, gözlemlenen su seviyesi düşmesi ile zaman türevi tek noktada kullanılmaktadır. İşlemin, zamana bağlı-su düşmesi verilerinin değişik bölümlerinde uygulandığında, pompaj kuyusundan radyal uzaklıkta olan akış parametrelerinde değişkenlik olduğu görülmüştür. Bu yöntem aynı zamanda, akifer sistemin arz ettiği tanımlamada bir araç olarak kullanılabilir. Örneklendirme için yöntem, Kaliforniya'da bulunan bir alüvyal sızdırmalı akiferinden elde edilen pompaj testi verilerine uygulanmıştır. Kullanılan veriler, testin süresi üzerindeki barometrik basınçtaki değişimlerin hesabı tutularak düzeltilmiştir. Zaman-su düşme türevinin tahmini için, değişik veri düzeltme ve farklılaştırma teknikleri geliştirilmiştir. Gözlemlenen verilerdeki yüksek oranda değişkenlik nedeni ile su seviyesi düşüm verilerine yüksek dereceli polinom ve Spline fonksiyonları oturtulmuştur, elde edilen fonksiyonlar üzerinden zamana gore türevleri elde edilmiştir. Analizlerin sonuçları, önerilen metodun, pompaj testi verilerini değerlendirmede etkin bir araç olduğunu ve genelde kullanılan pompaj test analiz tekniklerinde çoğunlukla göz ardı edilen akiferin heterojenliği hakkında önemli bilgiler sağlayabileceğini göstermektedir.

The analysis of drawdown data from pumping tests is often performed using graphical techniques that are based on the assumption of aquifer homogeneity. However, natural subsurface formations are heterogeneous with complex patterns of spatial variability. In this paper, we describe a novel interpretation method that uses the time derivative of the drawdown to infer information about the spatial variability of the flow parameters in heterogeneous leaky aquifer systems. The method uses the observed drawdown and its time-derivative at a single point to estimate the hydraulic parameters. By applying the procedure to different portions of the time-drawdown data, variations in the flow parameters with radial distance from the pumping well are detected. The method can also be used as a tool to identify the type of aquifer system present. For demonstration the method is applied to pumping test data from an alluvial leaky aquifer in California. Various data smoothing and differentiation techniques were evaluated for the estimation of the time-drawdown derivative. Because of the noise typically observed in field data, optimal estimates of the drawdown derivative were obtained by first fitting the drawdown data to high order polynomials and splines and then differentiating the fitted functions with respect to time. Results of the analyses show that the proposed methodology is a viable tool for the interpretation of pumping test data and that it may yield important information about the heterogeneity of the aquifer, which is generally ignored in conventional pumping test analysis techniques.