Numerical modeling of rising-head permeability tests in monitoring wells after lowering the water level down to the screen

摘要

To begin a rising-head permeability test in a monitoring well (MW), the water level is lowered in the pipe. If it is lowered down to the screen, the recovery graph may differ from the theoretical straight line, making it difficult to assess the mean field hydraulic conductivity. A numerical analysis (finite element method) of this type of test, considering the complete equations for saturated and unsaturated flow, is presented. The numerically obtained graphs are similar to those of real field tests. In an aquitard, when the filter pack is made of fine sand, which retains water by capillarity, the screen dewatering influence is hardly visible in the velocity graph and is undetected in the usual semilog graph. In an aquitard, when the filter pack cannot retain water by capillarity during dewatering, the semilog graph presents two straight-line portions. The velocity graph, a representation of the conservation equation, helps to distinguish the early time interval, when the groundwater fills the screen and the filter pack, and the later interval, when it fills only the pipe. The later portion of the graph must be used to calculate the hydraulic conductivity. In an unconfined aquifer, when there is no filter pack, dewatering down to the screen by pumping significantly lowers the water table around the MW. The usual semilog graph appears as a set of two straight lines. The velocity graph indicates that all calculations must consider a piezometric level that is lower than that measured before dewatering. In all cases, the velocity graph shows clearly what happened during the numerically simulated tests. The more complex case of an MW installed with a filter pack in an unconfined aquifer and tested using a mechanical slug was not numerically examined in this paper.Key words: hydraulic conductivity, rising head, monitoring well, numerical analysis.Pour débuter un essai de perméabilité à niveau remontant dans un puits de surveillance, le niveau d'eau est rabattu dans le tuyau. S'il est rabattu jusqu'à la crépine, le graphique de la remontée peut différer de la ligne droite théorique, ce qui rend difficile l'évaluation de la conductivité hydraulique moyenne in situ. On présente une analyse numérique (méthode des éléments finis) de ce type d'essai, en tenant compte des équations complètes pour l'écoulement saturé et non saturé. Les graphiques obtenus numériquement sont semblables à ceux d'essais réels in situ. Dans un aquitard, quand le sol filtre est un sable fin qui retient l'eau par capillarité, l'influence du dénoyage de la crépine est à peine visible sur le graphique des vitesses et non détecté sur le graphique semi-log usuel. Dans un aquitard, quand le sol filtre ne peut pas retenir l'eau par capillarité, le graphique semi-log montre deux portions rectilignes. Le graphique des vitesses, une représentation de l'équation de conservation, permet de distinguer la période initiale où l'eau emplit la crépine et le sol filtre, et la période ultérieure où elle n'emplit que le tuyau. Il faut utiliser la partie ultérieure du graphique pour calculer la conductivité hydraulique. Dans un aquifère à nappe libre, quand il n'y a pas de sol filtre, un pompage qui rabat le niveau d'eau jusqu'à la crépine abaisse fortement la nappe autour du puits de surveillance. Le graphique semi-log usuel présente deux portions rectilignes. Le graphique des vitesses indique que tous les calculs doivent considérer un niveau piézométrique plus bas que celui mesuré avant rabattement. Dans tous les cas, le graphique des vitesses a montré clairement ce qui se produisait pendant les essais simulés numériquement. Le cas plus complexe d'un puits de surveillance installé avec un sol filtre dans un aquifère à nappe libre, et testé par un déplacement volumique n'a pas été examiné numériquement dans cet article.Mots clés : conductivité hydraulique, niveau remontant, puits de surveillance, analyse numérique.