Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4272
Main Title: Deep groundwater flow systems and their characterization in single-well settings by "push-pull" tracer tests
Translated Title: Tiefe Grundwasserleiter und deren Erforschung in Einzel-Bohrloch-Settings mit Hilfe der "Push-Pull"-Tracertest-Methode
Author(s): Hebig-Schubert, Klaus
Advisor(s): Scheytt, Traugott
Referee(s): Tröger, Uwe
Massmann, Gudrun
Scheytt, Traugott
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Diese Arbeit zeigt die wachsende Bedeutung des tieferen Untergrundes für die Hydrogeologie und den gesteigerten Bedarf an geeigneten Erkundungsmethoden. Die Suche nach tiefen geologischen Endlagern für radioaktiven Abfall, CO2-Speicherung, die geothermische Energie- und Wärmeversorgung und Grundwasserleiter-Speicher-Systeme (aquifer storage and recovery systems – ASR) sind aktuelle Forschungsthemen. Folglich ist die Weiterentwicklung von experimentellen Methoden zur hydraulischen und hydrochemischen Charakterisierung tieferer Grundwasserleiter dringend nötig. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Identifikation möglicher geeigneter Ein-Bohrloch-Versuche, sowie deren Untersuchung und Weiterentwicklung für die Charakterisierung von Grundwasserströmung und Stofftransport in einen solchen Rahmen. Dafür wurde im Rahmen mehrerer Experimente die s.g. "Single-Well Injection-Withdrawal"-Methode (Ein-Bohrloch-Injektions-Extraktionstest – "Push-Pull"-Tracertest) in einer ~100 m tiefen Grundwassermessstelle am Versuchsstandort Hamasato (Horonobe, Japan) angewendet. Ziel war es den Einfluss eines dynamischen Salz-Süßwasser-Interfaces auf einen küstennahen Grundwasserleiter zu bestimmen. Mit den Erfahrungen aus den ersten Experimenten wurde eine zweite umfangreiche Feldkampagne durchgeführt. Ziel dieses Großversuchs war die erstmalige systematische Untersuchung der Push-Pull-Methode überhaupt. Dieses Experiment hatte das Ziel, den Einfluss des sogenannten "chaser" auf die Testergebnisse eines Push-Pull-Versuchs zu identifizieren und zu charakterisieren. Ein Chaser wird oft während eines Push-Pull-Versuches eingesetzt. Mithilfe dieser Experimente konnte ein speziell auf die Beschreibung des Salzwasser-Süßwasser-Interfaces in küstennahen Grundwasserleitern abgestimmter Versuchsaufbau entwickelt werden. Die Anwendung dieses Testdesigns ist eine vielversprechende Methode bei allen Fragestellungen, die sich mit verschiedenen Fluiden innerhalb desselben Systems befassen, z.B. verschiedene Salzgehalte (Salzwasser-Süßwasser-Grenze, ASR) oder verschiedene Temperaturen (Geothermie). Außerdem werden die Ergebnisse einer erstmalig durchgeführten systematischen Evaluation der Push-Pull- Tracertestmethode vorgestellt. Durch die Anpassung der "temporal moment analysis" wurde eine einfache Methode entwickelt, die die Push-Pull-Methode einer weiteren Anwendung zugänglich macht.
This thesis demonstrates the growing importance of deep groundwater research and the increasing demand for the development of suitable single-well test methods. At the forefront of the research on groundwater in the deep underground, radioactive waste disposal in deep geological repositories, CO2 storage, geothermal energy supply, and aquifer storage and recovery systems (ASR) are on the agenda. The developments of suitable methods for investigating these resources are a main target. Currently available methods show considerable limitations. Accordingly, comprehensive methods for the hydraulic and hydrochemical characterization of deeper aquifers with single-well access are needed. Therefore, the goal of this PhD thesis was to identify, test, and enhance potentially suitable single-well methods for characterization of groundwater flow and solute transport in such settings. For this, several Single-Well Injection-Withdrawal (“push-pull”) tracer tests were applied at the Hamasato field site (Horonobe, Japan) in a ~100 m deep groundwater monitoring well. Aim was to characterize the impact of a dynamic saltwater-freshwater interface on a coastal aquifer. Based on the experiences of the first methodological test, a second field campaign was conducted. This campaign focused on a systematic evaluation of the push-pull tracer test method for the first time at all. The experiments focused on the investigation of the so-called "chaser" and its impact on the test results. The chaser is a specific part of many push-pull tracer tests setups. From these experiments, a specific test design for the investigation of the saltwater-freshwater interface in a single-well setting was developed. The application of this design on questions regarding different fluids within the same system, e.g. different mineralized fluids (saltwater-freshwater-interface, ASR) or temperatures (geothermal research), are promising future approaches for this method. Furthermore, the results of a systematic evaluation of the push-pull tracer test method itself are presented for the first time. By adaption of the temporal moment analysis an easy method was developed for a wider application of the push-pull tracer test method.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-59635
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4569
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4272
Exam Date: 21-Nov-2014
Issue Date: 20-Jan-2015
Date Available: 20-Jan-2015
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Ein-Bohrloch-Methode
Feldmethode
Japan
Salzwasser-Süßwasser-Grenzschicht
Tiefes Grundwasser
Deep groundwater
Field method
Saltwater-freshwater interface
Single-well method
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