Fully Coupled Hydrogeophysical Inversion of Salt-Tracer Experiments
Final Report Abstract
Die Bestimmung der hydraulischen Durchlässigkeit in heterogenen Grundwasserleitern ist sehr wichtig für Grundwasseruntersuchungen aller Art. Es bestehen verschiedene Bestimmungsmethoden, die jedoch nur begrenzt eingesetzt werden können, um die räumliche Verteilung zu erfassen. Als besonders vieversprechend hat sich die Beobachtung von hydraulischen Experimenetn mit geophysikalischen Methoden erwiesen. In unserer Arbeit haben wir Salzmarkierversuche mit zeitlich wiederholter elektrischer Widerstandstomographie beobachtet und hierbei die Zeitreihen der elektrischen Signale mit ihren zeitlichen Momenten charakterisiert. Wir haben eine voll gekoppelte hydrogeophysikalische Inversionsmethode, die in einem vorangegangenem Projekt entwickelt und anhand synthetischer Versuche überprüft wurde, auf Laborversuche mit Salz als Markierstoff in einem quasi zweidimensionalen Grundwasserversuchsstand angewendet. Das Inversionsprogramm wurde modifiziert um die räumliche Variabilität der elektrischen Hintergrundleitfähigkeit und des elektrischen Formationsfaktors zu berücksichtigen. Zur Schätzung der geostatischen Parameter zusammen mit dem Durchlässigkeitsfeld setzten wir die restricted maximum likelihood Methode ein. Wir führten mehrere Versuchsreihen mit Salzmarkierungsstoffen bei unterschiedlicher Behälterfüllung durch. Die ermittelte Verteilung der hydraulischen Durchlässigkeit wies eine zufriedenstellende Übereinstimmung mit dem Füllmuster auf. Darüberhinaus verglichen wir den simulierten instationären Transport der Stoffwolke mit fotografischen Aufnahmen, die in regelmäßigen Abständen während der Experimente durchgeführt wurden. Diese zeigten eine sehr gute Übereinstimmung. Wir konnten in dem Projekt zeigen, dass die von uns entwickelte Methode zur Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit aus den zeitlichen Momenten der elektrischen Potentialperturbationen erfolgreich angewendet werden kann, und dass mit der Methode der Salztransport durch einen quasi zweidimensionalen Grundwasserversuchsstand richtig vorhergesagt werden kann. Die Methode trägt somit erfolgreich zur Weiterentwicklung der hydrogeophysikalischen Forschung bei. Der nächste Schritt besteht darin, den Ansatz auf dreidimensionale Feldstudien zu übertragen.
Publications
- (2010). Fully coupled hydrogeophysical inversion of synthetic salt tracer experiments. Water Resour. Res., 46, W07501
Pollock, D., and O. A. Cirpka
(See online at https://doi.org/10.1029/2009WR008575)
