Document
Simulation of pumping test records under aerial recharge using MODFLOW numerical model.
Other titles
محاكاة سجلات اختبار الضخ تحت الشحن الجوي باستخدام نموذج MODFLOW العددي
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2021
Language
English
English abstract
Pumping test is commonly used in estimating aquifer properties such as hydraulic conductivity
(KH), anisotropy (KH/KV), specific yield (Sy), and specific storage (Ss). Analytical solutions with
curve fitting software, such as AQTSOLVE, are used for matching the observed drawdown
curves in one or several observation wells including the records in the pumping well. These
analytical solutions often simplified the natural site conditions by making various assumptions
on initial and boundary conditions. The objective of this study is to estimate the effect of these
simplified assumptions on estimated aquifer properties.
The study used the pumping test records collected in Muscat International Airport premises.
They include drawdown recorded in the pumping well (PW-8) and in two monitoring wells
(MW-19 and MW-20) located 10 m and 40 m away from the pumping well. The pumping test
was conducted for 24 hours with a constant pumping rate of 10.04 L/s. The drawdown curves
also included records from the recovery test, which was started immediately after the pumping
test was stopped and lasted for 12 more hours.
Neuman (1975) and Moench (1997) solutions were used with AQTSOLVE software to obtain a
unique set of aquifer properties. These analytical solutions were however unable to include the
effect of the aerial recharge and the initial hydraulic gradient. Therefore, MODFLOW numerical
model was used to constrain the parameters considering all possible initial and boundary
conditions. The three-dimensional groundwater flow model was calibrated and verified by using
observed drawdown records in steady and transient states. Both, auto-calibration and trial and
error techniques were used for constraining the parameters. Uncertainty analysis was conducted
to understand the effects of pumping rate and the constant head boundary on hydraulic
conductivity estimations and hydraulic head variations. Furthermore, a sensitivity analysis was
conducted to understand the significance of aquifer properties in regulating groundwater flow in
the study area. The estimated parameters when averaged in three wells for the horizontal
hydraulic conductivity, vertical anisotropy and recharge rate are 7.8 m / day, 225.7 and 0.005 m /
day, respectively. Moreover, it was found that the uncertainty of the estimated aquifer properties
can be higher due to probable errors in assigning the hydraulic head for constant head boundary.
Such uncertainty due to erroneous measurement of pumping rate remained minimum due to the
reliable procedure practiced during the pumping test. In addition, sensitivity analysis results
show that the hydraulic conductivity is the most significant parameter in the simulation of
groundwater flow. Also, it was found that the sensitivity of the aerial recharge is small in this
site due to low vertical hydraulic conductivity. For the practical purpose of lowering the water
level in the airport area, a relationship was estimated between the pumping rate and the
drawdown in the pumping well. Accordingly, it was estimated that a 1 m drawdown level can be
achieved by changing the pumping rate to 14.3 L/sec.
In conclusion, analytical solutions were found to be less reliable in evaluating aquifer parameters
when used complex site conditions such as aerial recharge and strong hydraulic gradient. In such
conditions numerical modeling is recommended to be used in simulation of groundwater flow
and in estimating aquifer properties.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
تم استخدام حلول ( Neuman (1975 و( Moench (1997 مع برنامج AQTSOLVE للحصول على مجموعة فريدة من خصائص الخزان الجوفي. ومع ذلك ، لم تتمكن هذه الحلول التحليلية من تضمين تأثير التغذية الهوائية والتدرج الهيدروليكي الأولي. لذلك ، تم استخدام نموذج MODFLOW العددي لتقييد المعلمات مع مراعاة جميع الظروف الأولية والحدودية الممكنة. تمت معايرة نموذج تدفق المياه الجوفية ثلاثي الأبعاد والتحقق منه باستخدام سجلات السحب المرصودة في حالات ثابتة وعابرة. تم استخدام كل من تقنيات المعايرة التلقائية والمسار لتقييد المعلمات. تم إجراء تحليل عدم اليقين لفهم تأثيرات معدل الضخ وحدود الرأس الثابتة على تقديرات التوصيل الهيدروليكي وتغيرات الرأس الهيدروليكي. علاوة على ذلك ، تم إجراء تحليل الحساسية لفهم أهمية خواص الخزان الجوفي في تنظيم تدفق المياه الجوفية في منطقة الدراسة. كانت المعلمات المقدرة عند حساب المتوسط في ثلاث آبار للتوصيل الهيدروليكي الأفقي والتباين الرأسي ومعدل إعادة الشحن 7.8 م / يوم و 225.7 و 0.005 م / يوم على التوالي. علاوة على ذلك ، فقد وجد أن عدم اليقين في خصائص الخزان الجوفي المقدرة يمكن أن يكون أعلى بسبب الأخطاء المحتملة في تعيين الرأس الهيدروليكي لحد الرأس الثابت. ظل عدم اليقين هذا بسبب القياس الخاطئ لمعدل الضخ عند الحد الأدنى بسبب الإجراء الموثوق الذي تم ممارسته أثناء اختبار الضخ. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر نتائج تحليل الحساسية أن التوصيل الهيدروليكي هو أهم عامل في محاكاة تدفق المياه الجوفية. أيضا ، وجد أن حساسية التغذية الهوائية صغيرة في هذا الموقع بسبب انخفاض التوصيل الهيدروليكي الرأسي.
استخدمت الدراسة سجلات اختبار الضخ التي تم جمعها في مباني مطار مسقط الدولي. وهي تشمل السحب المسجل في بئر الضخ (PW-8) وفي بئري مراقبة (MW-19 و MW-20) على بعد 10 أمتار و 40 مترًا من بئر الضخ. تم إجراء اختبار الضخ لمدة 24 ساعة بمعدل ضخ ثابت قدره 10.04 لتر / ثانية. تضمنت منحنيات السحب أيضًا سجلات من اختبار الاسترداد ، والذي بدأ فورًا بعد توقف اختبار الضخ واستمر لمدة 12 ساعة أخرى.
في الختام ، وجد أن الحلول التحليلية أقل موثوقية في تقييم معاملات الخزان الجوفي عند استخدام ظروف الموقع المعقدة مثل التغذية الهوائية والتدرج الهيدروليكي القوي. في مثل هذه الظروف يوصى باستخدام النمذجة العددية في محاكاة تدفق المياه الجوفية وتقدير خصائص الخزان الجوفي.
تستخدم الحلول التحليلية مع برنامج تركيب المنحنى ، مثل AQTSOLVE ، لمطابقة منحنيات التراجع الملحوظة في واحد أو عدة آبار للرصد بما في ذلك السجلات في بئر الضخ. غالبًا ما تبسط هذه الحلول التحليلية ظروف الموقع الطبيعي من خلال وضع افتراضات مختلفة حول الظروف الأولية والحدودية. الهدف من هذه الدراسة هو تقدير تأثير هذه الافتراضات المبسطة على تقدير خصائص الخزان الجوفي.
استخدمت الدراسة سجلات اختبار الضخ التي تم جمعها في مباني مطار مسقط الدولي. وهي تشمل السحب المسجل في بئر الضخ (PW-8) وفي بئري مراقبة (MW-19 و MW-20) على بعد 10 أمتار و 40 مترًا من بئر الضخ. تم إجراء اختبار الضخ لمدة 24 ساعة بمعدل ضخ ثابت قدره 10.04 لتر / ثانية. تضمنت منحنيات السحب أيضًا سجلات من اختبار الاسترداد ، والذي بدأ فورًا بعد توقف اختبار الضخ واستمر لمدة 12 ساعة أخرى.
في الختام ، وجد أن الحلول التحليلية أقل موثوقية في تقييم معاملات الخزان الجوفي عند استخدام ظروف الموقع المعقدة مثل التغذية الهوائية والتدرج الهيدروليكي القوي. في مثل هذه الظروف يوصى باستخدام النمذجة العددية في محاكاة تدفق المياه الجوفية وتقدير خصائص الخزان الجوفي.
تستخدم الحلول التحليلية مع برنامج تركيب المنحنى ، مثل AQTSOLVE ، لمطابقة منحنيات التراجع الملحوظة في واحد أو عدة آبار للرصد بما في ذلك السجلات في بئر الضخ. غالبًا ما تبسط هذه الحلول التحليلية ظروف الموقع الطبيعي من خلال وضع افتراضات مختلفة حول الظروف الأولية والحدودية. الهدف من هذه الدراسة هو تقدير تأثير هذه الافتراضات المبسطة على تقدير خصائص الخزان الجوفي.
Category
Theses and Dissertations