انتخاب روش مناسب براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي

داده هاي آزمايش پمپاژ سفره هاي کارستي اغلب با استفاده از روشهاي استاندارد، که براي سفره هاي دان هاي ارائه شده اند، تحليل مي شوند. روشهاي استانداردي که براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي مورد استفاده قرار مي گيرند، غالبا روشهاي (Cooper & Jacob (1946 و ( Theis (1935 مي باشند. بعضي از محققان براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي از روشهايي که بر پايه نظريه تخلخل دوگانه استوارند، استفاده کرده‎اند. سؤالي که اينجا مطرح است اين است که کدام يك از اين روشها براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ مناسب‎تر هستند. به نظر مي رسد که در بسياري از موارد مناسب ترين روش براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي روشهاي (Cooper & Jacob(1946 و (Theis(1935 است. در صورتي که در بعضي از موارد، براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي بايد از روشهايي که اساس آنها نظريه تخلخل دوگانه است، استفاده کرد. در اين مقاله بر اساس شكل منحني افت-زمان مربوط به چند آزمايش پمپاژ در مناطق مختلف کارستي، مناسب ترين روش تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي ارائه شده است.

◄ مقدمه:
آزمايش پمپاژ يكي از معتبرترين و رايج‎ترين روش هاي صحرايي براي تعيين ويژگيهاي هيدروليكي سفره هاي آبدار است، چرا که اين آزمايش ويژگيهاي هيدروليكي بخش نسبتا بزرگي از سفره آبدار (بخشي که در آن مخروط افت تشكيل شده است) را بازتاب مي کند (Todd ,1980;Walton, 1987) در سفره هاي آبدار ناهمگن(براي مثال سفره هاي کارستي)، ارزيابي ميانگين خواص هيدروليكي سفره آبدار بر اساس اطلاعات به دست آمده از مغزه هاي حفاري تعداد محدودي چاهك آزمايشي دشوار و يا ناممكن است. در چنين سفره هاي آبداري، آزمايش پمپاژ مي‎تواند برآوردهاي نسبتا خوبي از خواص هيدروليكي ارائه دهد. بيشتر داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي، با استفاده از روشهاي استاندارد ارائه شده براي سفره هاي دانه اي، تحليل مي شوند. چون رفتار کلي بيشتر سفره هاي آبدار کارستي شبيه سفره هاي آبدار دانه اي است، و به کارگيري روشهاي ديگر غالبا به اطلاعات ويژه‎اي نياز دارند که معمولا در دسترس نمي باشند، روش هاي استانداردي که براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي آبدار کارستي مورد استفاده قرار مي گيرند، غالبا روش هاي (Cooper & Jacob(1946 و (Theis(1935 هستند. براي مثال مي توان به کارهاي Driscoll , 1986 ; Teutsch, 1991 ; Michalski & Dillon et al., 2001 و Britton, 1997; Meier et al. ,1998; Jones ,1999 اشاره کرد.
بعضي از محققان براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي آبدار کارستي از روشهايي بر پايه مدل تخلخل دوگانه، استفاده کرده‎اند. در مدل تخلخل دوگانه که براي نخستين بار به وسيله Barenblatt et al(1960) ارائه شد، درز و شكافها که تخلخل ثانويه را تشكيل مي دهند،داراي تراوايي بالا و ضريب ذخيره نسبتا پايين مي باشند، در حالي که خلل و فرج بين دانه ها که عمدتا از نوع تخلخل اوليه است داراي تراوايي کم و ضريب ذخيره بالاست.در شرايطي که تخلخل دوگانه حاکم است، در برخي موارد،اطلاعات افت-زمان شامل سه قسمت مي شود. بخشهاي اول و سوم با منحني نوع تايس منطبق مي شوند، در حالي که بخش دوم انحرافي را از تايس نشان مي دهد (شيب منحني افت-زمان در مقايسه با شيب منحني تيپ تايس کمتر مي شود) که دليل آن افزوده شدن جريان از توده سنگ به درون درز و شكافهاست. يكي از روشهايي که بر اساس مدل تخلخل دوگانه استوار است و براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي مورد استفاده قرار مي گيرد، روش Moench(1984) است. بيشتر افرادي که با آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي سروکار دارند، اين پرسش مشترك را دارند که براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي روش‎هاي استاندارد مربوط به سفره هاي دانه‌‎اي مناسب‎تر است يا روشهايي که اساس آنها مدل تخلخل دوگانه است؟
در اين مقاله، روشهاي استاندارد Cooper & Jacob(1946) و Theis(1935) (که براي سفره هاي دانه اي ارائه شده اند) و روش Moench(1984) (که براي سفره هاي درز و شكاف دار ارائه شده) براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ به کار گرفته مي شوند و در نهايت با توجه به مقايسه اين روشها و شكل منحني افت-زمان مناسب ترين روش تحليل داده ها آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي ارائه خواهد شد.

◄ داده ها و روشهاي به کار گرفته شده در اين مطالعه:
به منظور ارزيابي اجراي روشهاي مرسوم و روشهايي که اساس آنها مدل تخلخل دوگانه است، داده هاي آزمايش پمپاژ از سفره هاي آبدار آهكي مختلف، مورد تحليل قرار گرفت.مجموعه داده هاي آزمايش پمپاژ استفاده شده، محدوده وسيعي از آبدهي و مدت زمان پمپاژ را شامل مي شوند. همچنين اين داده ها همان گونه که گفته شد مربوط به سفره هاي کارستي مختلفي هستنند که ويژگيهاي هيدروليكي آنها بسيار متفاوت است. براي برآورد ضرايب انتقال با به کارگيري روشهاي Cooper- Jacob(1946) و Theis(1935) از نرم افزار Aquifer win32 استفاده شده است.
در خصوص روشهايي که اساس آنها مدل تخلخل دوگانه است، از روش Moench(1984) که توانايي ايجاد تعداد بي شماري منحني تيپ را شامل مي شود, و نرم افزار Aquifer win32 استفاده شده است. ذکر اين نكته ضروري است که به منظور حذف اثرات مربوط به ذخيره داخل چاه پمپاژ، بسته به بده پمپاژ، از 1 تا 10 دقيقه ابتداي داده ها صرف نظر شده است (هر قدر بده پمپاژ بيشتر باشد اثر ذخيره داخل چاه کمتر خواهد بود).

◄ کاربرد روشهاي مرسوم براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ:
همان گونه که در بخش مقدمه اشاره شد، روشهاي مرسوم ارائه شده براي سفره هاي آبدار دانه‎اي ، به طور گسترده براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي مورد استفاده قرار مي گيرند. دليل اين امر اين است که رفتار عمومي بيشتر سفره هاي آبدار کارستي، کم و بيش شبيه رفتار سفره هاي آبدار دان هاي هستند و نتايج به دست آمده به وسيله استعمال روشهاي مرسوم در محدوده قابل قبولي واقع مي شوند. افزون بر اين، در مقدمه ذکر شد که از بين روشهاي مرسوم، دو روش Cooper- Jacob(1946) و Theis(1935) رايج ترين روشهايي هستند که براي تحليل داده ها مورد استفاده قرار مي گيرند.
به منظور بررسي قابليت اجراي روشهاي براي داده هاي آزمايش پمپاژ سفره هاي کارستي، چند مجموعه داده آزمايش پمپاژ از سفره هاي آهكي مختلف با اين روش‎ها تحليل شده اند . (شكلهاي 1 و 2 )
شكل 1 کاربرد روش Theis را براي تحليل تعدادي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي نشان مي دهد. همان گونه که در شكل ديده مي شود، به رغم وجود ناهمگني در اين گونه سفره ها، تقريبا تمام داده هاي مشاهده شده بر منحني تيپ Theis منطبق مي شوند. بنابراين چنين انطباقي مي تواند تأييدي بر نتيجه گيري محققاني. باشد که اظهار کرده اند رفتار آلي بيشتر سفره هاي کارستي همانند
سفره هاي دانه اي است.
به هر حال، بخشي از داده ها (بويژه داده هاي کوتاه مدت آزمايش پمپاژ) بر منحني تيپ Theis منطبق نمي شوند. چنين بخشهايي اختلاف هاي بين خواص هيدروليكي محدوده کوچك اطراف چاه (منعكس کننده داده هاي کوتاه مدت آزمايش پمپاژ) با محدوده بزرگتري است که در زمانهاي طولاني تر تحت تأثير پمپاژ قرار مي گيرند و در حقيقت داده هاي مربوط به زمانهاي طولاني‎تر ميانگين دقيق تري را ارائه نمايند.
شكل 2 کاربرد روش Cooper & Jacob را براي تحليل تعدادي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي نشان مي دهد. همان گونه که در شكل ديده مي شود، روند کلي بيشتر داده هاي مشاهده شده در سيستم نيمه لگاريتمي (زمان بر روي محور لگاريتمي) خط راست است و ناهمگني هاي موجود در اين گونه سفره ها باعث شده که اغلب يك خط چند شيبه (Multi-slope line) ايجاد شود. همان گونه که برخي از محققان اظهار کرده اند (براي مثال Sanchez-Vila et al 1999) در روش ،Cooper & Jacob(1946) روند کلي داده ها در يك سفره آبدار ناهمگن مي تواند يك متوسط خوبي از خواص هيدروليكي را ارائه دهد. در هر حال، بخشي از داده هاي مشاهده شده از روند کلي خط راست پيروي نمي کنند. چنين بخشهايي، ناهمگني هاي موجود در سفره کارستي را منعكس مي کنند. در مورد انحراف داده هاي کوتاه مدت از روند کلي خط راست، افزون بر تأثير ناهمگني هاي موجود در سفره، مي تواند به برآورده شدن شرط روش Cooper & Jacob يعني کوچك بودن تابع u نيز مربوط شود .

◄ کاربرد روش (1984) Moench:
روش Moench که بر اساس نظريه تخلخل دوگانه است، شامل تعداد زيادي منحني تيپ (Type Curve) مي شود که برخي از آنها به منحني تيپ Theis نزديك هستند. همان گونه که در بخش قبل گفته شد، در بيشتر موارد، داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي آبدار کارستي از منحني تيپ Theis پيروي مي‎کنند. چنانچه براي تحليل چنين داده هايي از روش Moench استفاده شود، داده هاي آزمايش پمپاژ بر روي منحني از منحنيهاي تيپ اين روش منطبق خواهد شد که آن منحني يا همان منحني تيپ Theis است و يا به منحني تايس بسيار نزديك است. به اين ترتيب که براي اين گونه داده هاي آزمايش پمپاژ، نتايج به دست آمده از روشهاي مرسوم و روش Moench تقريبا يكسان هستند. در چنين شرايطي راحت تر و مناسب تر اين است که از همان روشهاي مرسوم استفاده شود (شكلهاي 3a تا 3d ) نسبتا کمي، منحني افت-زمان در سفره هاي کارستي شامل سه بخش مي شود. به اين ترتيب که بخشهاي اول و سوم با منحني تيپ تايس منطبق مي شوند، در حالي که بخش دوم يك کاهش شيب (انحراف از منحني تايس) را نشان مي دهد که دليل آن افزوده شدن جريان از توده سنگ به درون درز و شكافها است (شكلهاي 3e و 3f)
در حقيقت رفتاري تقريبا مشابه با سفره هاي آزاد را شامل مي شوند که درمنحني افت-زمان اين سفره ها نيز سه بخش وجود دارد که بخش دوم به علت آبدهي تأخيري (Delayed yield) از منحني تيپ تايس انحراف نشان مي دهد. در شرايطي که داده هاي آزمايش پمپاژ رفتار سه قسمتي (که بيانگر تأثيرگذاري تخلخل دوگانه است) را نشان مي دهند، استفاده از روشهاي مرسوم خطاي قابل توجهي را ايجاد خواهد کرد. بنابراين براي چنين داده هاي آزمايش پمپاژ، روش Moench که قادر است تعداد بي شماري منحني تيپ ايجاد نمايد، مناسب تر است.

◄ انتخاب روش مناسب براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ:
بعضي از محققان به طور صريح يا ضمني روشهاي مرسوم Cooper- Jacob(1946) و Theis(1935) را براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي پيشنهاد کرده اند (براي مثال Dillon et 1998-al.2001 و Jones 1999) بر اساس اين توصيه ها، روشهاي مذکور و همچنين روش Moench ( که براي سفره هاي درز و شكاف‎دار ارائه شده است و اساس آن نظريه تخلخل دوگانه است) براي تعداد زيادي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي به کار گرفته شده اند و بر اساس مقايسه نتايج به دست آمده و شكل منحني افت-زمان، پيشنهادات زير براي ارزيابي و برآورد ويژگيهاي هيدروليكي سفره هاي کارستي ارائه مي شود:
1 - براي آن دسته از داده هاي آزمايش پمپاژ که در آنها منحني افت-زمان در سيستم نيمه لگاريتمي يك خط چند شيبي (Multi-slope line) را ارائه مي دهد (که بازتاب کننده ناهمگني سفره است)، کاربرد روش Moench به دليل اينكه تعداد بي شماري منحني تيپ را شامل مي شود و انتخاب يك منحني تيپ منحصربفرد از ميان آنها براي داده هاي مورد نظر بسيار مشكل است،مناسب نيست. افزون بر اين، در شرايطي که درجه ناهمگني بسيار بالا است تغييرات منحني افت-زمان در انتخاب يك منحني تيپ از بين تعداد زياد منحنيهاي تيپ اين روش مي تواند باعث گمراهي کاربر شود. بنابراين در چنين شرايطي، مناسب ترين روشها، روشهاي مرسوم است.
2- در شرايطي که منحني افت-زمان از الگوي نظريه تخلخل دوگانه پيروي مي‎کند و يا به عبارت ديگر منحني افت - زمان شامل سه بخش مي شود، در چنين مواردي، مناسب ترين روش براي تحليل داده ها، روش Moench است که شامل تعداد بي‎شماري منحني تيپ مي شود و منحني افت-زمان مشاهده شده با يكي از اين منحنيهاي تيپ منطبق مي شود (شكلهاي 3e و 3f) براي تشخيص ناهمگني هاي موجود در سفره، مناسب ترين روش، روش خط راست Cooper & Jacob است که در آن ناهمگني ها به صورت تغييرات متوالي شيب منحني افت-زمان در سيستم نيمه لگاريتمي ظاهر مي شوند (شكل 2 )

◄ نتيجه گيري:
بر اساس مطالب مندرج در مراجع، داده هاي آزمايش پمپاژ مربوط به سفره هاي کارستي اغلب با استفاده از روشهاي مرسوم، Cooper- Jacob(1946) و Theis(1935) که براي سفره هاي آبدار دانه اي ارائه شده اند، تحليل مي شوند. اگرچه در بسياري موارد، رفتار آلي سفره هاي کارستي همانند سفره هاي آبدار دانه اي است، و به کارگيري اين روشها براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي از دقت کافي برخوردار است. در هر حال، در بعضي از موارد که منحني افت- زمان شامل سه بخش مي شود، کاربرد روشهاي مرسوم براي تحليل داده هاي آزمايش پمپاژ در سفره هاي کارستي خطاهاي قابل توجهي ايجاد خواهد کرد. در اين گونه سفره ها، منحني افت- زمان از الگو سه بخشي نظريه تخلخل دوگانه پيروي مي کند و به همين دليل داده هاي آزمايش پمپاژ بايد با روشهايي که اساس آنها نظريه مذکور مي‎باشد (مانند Moench) تحليل شوند.

http://www.fadak.us/A.database/mine/...ive.0001.1.jpg

http://www.fadak.us/A.database/mine/...ive.0001.2.jpg


http://www.fadak.us/A.database/mine/...ive.0001.3.jpg