University of Oulu

Maaperän hydraulisen johtavuuden kustannustehokas määrittäminen pohjavesiputkista Lapin alueella

Saved in:
Author: Sanaksenaho, Riku1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.7 MB)
Pages: 63
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201906042321
Language: Finnish
Published: Oulu : R. Sanaksenaho, 2019
Publish Date: 2019-06-06
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Rossi, Pekka
Reviewer: Rossi, Pekka
Kupila, Juho
Description:

Tiivistelmä

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia slug-testin käyttämistä pohjavesimuodostuman hydraulisen johtavuuden määrittämiseen koepumppauksen korvikkeena. Slug-testissä muutetaan pohjavesiputken pinnankorkeutta poistamalla tai lisäämällä vettä. Hydraulinen johtavuus voidaan määrittää vedenpinnan palautumisnopeudesta. Pohjavesimuodostuman hydraulisen johtavuuden avulla voidaan määrittää muodostuman transmissiviteetti, joka on olennainen tieto määrittäessä muodostuman potentiaalia vedenottoon. Työn tavoitteena oli perehtyä slug-testin suorittamiseen liittyviin epävarmuustekijöihin ja tutkia, onko mahdollista määrittää Lapin geologisissa olosuhteissa erityyppisille pohjavesiakvifereille selkeitä enimmäispaksuuksia, joissa slug-testiä on mahdollista käyttää hydraulisen johtavuuden määrittämiseen. Lisäksi työssä tutkittiin slug-testin käyttökelpoisuutta määritettäessä akviferin soveltuvuutta vedenottoon.

Työtä varten toteutettiin kesän 2018 aikana 41 slug-testin sarja havaintoputkilla, jotka asennettiin eri puolilla Lappia sijaitseviin pohjavesimuodostumiin Geologian tutkimuskeskuksen ja Lapin liiton toimesta POSKI-hanketta varten. Hydraulinen johtavuus saatiin määritettyä 18 havaintoputkesta. Testeistä saatuja tuloksia verrattiin havaintoputkien asennusten yhteydessä tehtyjen maaperähavaintojen perusteella tehtyihin arvioihin maaperän hydraulisesta johtavuudesta.

Slug-testi on koepumppaukseen verrattuna nopea ja edullinen. Slug-testin voi toteuttaa muutamissa minuuteissa, kun koepumppaus kestää muutamasta päivästä useisiin viikkoihin. Testi voidaan toteuttaa yhden ihmisen voimin ja kalustoa tarvitaan huomattavasti vähemmän kuin koepumppauksen toteuttamiseen. Slug-testillä on kuitenkin useita heikkouksia koepumppaukseen verrattuna. Slug-testin vaikutusalue on pieni, joten testejä pitää suorittaa alueilla useita. Lisäksi se on herkkä paikallisille muuttujille pohjavesiputkien läheisyydessä. Yleinen slug-testiin liittyvä ongelma on havaintoputken suodatinosan ympärille putken asennuksen yhteydessä kerääntyvä muodostuman maa-ainesta hienompi maa-aines, joka vääristää tuloksia. Suurin heikkous on koepumppaukseen verrattuna kuitenkin se, että slug-testin avulla ei välttämättä voida määrittää hydraulista johtavuutta, kun pohjavesimuodostuman transimissiviteetti on suuri.

Sora-akvifereissä toteutettujen testien tulokset olivat pääsääntöisesti maaperähavaintojen perusteella tehtyjen arvioiden alapuolella tai vain hieman niiden yläpuolella. Hiekka-akvifereissä tulokset olivat arvioiden mukaisia ja moreeniakvifereissä tulokset olivat arvioiden ylärajoja korkeampia. Soravaltaisissa akvifereissä toteutettujen testien määrä oli rajallinen vaikeuttaen vertailua maaperäanalyysiin.

Soravaltaisissa pohjavesimuodostumissa havaittiin, että selvää rajaa sille, miten paksussa muodostumassa slug-testi toimii, oli vaikea määrittää. Tämä johtui luultavasti soran koostumuksen ja raekokojakauman vaihtelusta koekohteilla. Testien perusteella voitiin kuitenkin todeta, että noin 3–4 metriä paksuissa ja sitä matalammissa sora-akvifereissä testi todennäköisesti onnistui. Hiekka-akvifereissä vaihtelua oli vähemmän. Hydraulinen johtavuus saatiin määritettyä noin 15 metriä paksusta hiekkamuodostumasta. Kyseinen akviferi oli vedenjohtokyvyltään riittävän suuri, että sitä voitaisiin hyödyntää vedenottoon. Slug-testiä oli siis mahdollista käyttää määrittämään akviferin käyttöpotentiaalia vedenoton suhteen: mikäli hydraulista johtavuutta ei saada määritettyä slug-testillä, on akviferillä vähintään kohtalainen käyttöpotentiaali. Tarkempia tuloksia varten tulee kuitenkin käyttää koepumppausta.

Cost-effective determination of soil hydraulic conductivity from groundwater pipes in Lapland

Abstract

The purpose of this thesis was to examine the use of slug test as a replacement for pumping tests to define hydraulic conductivity of the soil in groundwater aquifers in Lapland region. Slug test is conducted by altering the water level in a groundwater pipe by removing or adding water. Hydraulic conductivity can be defined from the change in hydraulic head. Hydraulic conductivity of soil can be used to define transmissivity of the aquifer, which is an important parameter in determining aquifer potential for water intake. The objective was to research uncertainties involved in slug tests and whether if it is possible to determine maximum thicknesses of different kinds of aquifers where slug test can be conducted in geological circumstances prevailing in Lapland. In addition, the usefulness of the slug test to determine the suitability of the aquifer for water abstraction was examined.

For this thesis a series of 41 slug tests were conducted during summer 2018 utilizing observation wells installed by Geological Survey of Finland and Regional Council of Lapland for POSKI-project. Hydraulic conductivity was possible to determine from 18 wells. Results were compared to approximations based on soil composition observations made during well installations.

Slug test is quick and cost-effective compared to pumping tests. Slug test can be conducted in minutes, whereas pumping test can take from a few days to several weeks. Slug test can be performed by one person and it requires notably less equipment than pumping tests. However, slug test has multiple weaknesses compared to pumping tests. Area of effect is much smaller in slug tests, which means multiple tests must be conducted in same area. It is also quite sensitive to local variables near the groundwater well. A common problem involved in slug tests is accumulation of fine soil material around the filter of observation well. This fine material is originated from installation of the well and it causes distortions in results. However, the biggest weakness of slug test is that it can’t be used to determine hydraulic conductivity when transmissivity of the aquifer is high.

Results of slug tests conducted in gravel aquifers were mainly below or barely inside approximations. Results of tests conducted in sand aquifers were inside approximations and results of tests conducted in till aquifers were above the upper limit of approximations. The number of tests conducted in gravel aquifers were limited which made it difficult to compare test results with soil analysis.

It was observed that especially in gravel aquifers clear maximum thickness of an aquifer where hydraulic conductivity can be measured by using slug test was difficult to define. This was probably a result of variances in gravel composition and in grain size distribution in test areas. However, based on tests it was observed that hydraulic conductivity could be determined when gravel aquifer was maximum 3–4 meters thick. There was less variance in sand aquifers. The thickest sand aquifer where hydraulic conductivity was determined was 15 meters thick. This aquifer has transmissivity high enough that it could be considered as a potential aquifer for water intake. This means that it is possible to use slug test to determine aquifer potentiality. If hydraulic conductivity can’t be determined, transmissivity is likely high enough that the aquifer could be considered to have an adequate potentiality. For more accurate results and exact information about the potentiality pumping test is still required.

see all

Subjects:
Copyright information: © Riku Sanaksenaho, 2019. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.