| Author |
Rogiers, B. Winters, P. Huysmans, M. Beerten, K. Mallants, D. Gedeon, M. Batelaan, O. Dassargues, A. |
| Abstract |
Saturated hydraulic conductivity (K $_{s}$) is one of the most important parameters determining groundwater flow and contaminant transport in both unsaturated and saturated porous media. The hand-held air permeameter technique was investigated for high-resolution hydraulic conductivity determination on borehole cores using a spatial resolution of ∼0.05 m. The suitability of such air permeameter measurements on friable to poorly indurated sediments was tested to improve the spatial prediction of classical laboratory-based K $_{s}$ measurements obtained at a much lower spatial resolution (∼2 m). In total, 368 K $_{s}$ measurements were made on ∼350 m of borehole cores originating from the Campine basin, northern Belgium, while ∼5,230 air permeability measurements were performed on the same cores, resulting in a K $_{s}$ range of seven orders of magnitude. Cross-validation demonstrated that, using air permeameter data as the secondary variable for laboratory based K $_{s}$ measurements, the performance increased from R $^{2}$ = 0.35 for ordinary kriging (laboratory K $_{s}$ only) to R $^{2}$ = 0.61 for co-kriging. The separate treatment of horizontal and vertical hydraulic conductivity revealed considerable anisotropy in certain lithostratigraphical units, while others were clearly isotropic at the sample scale. Air permeameter measurements on borehole cores provide a cost-effective way to improve spatial predictions of traditional laboratory based K $_{s}$.La conductivité hydraulique à saturation (K $_{s}$) est un des plus importants paramètres gouvernant les écoulements d’eau souterraine et le transport de contaminants, tant en milieu poreux saturé que non saturé. La technique du perméamètre à air portatif a été étudiée pour déterminer la conductivité hydraulique de carottes de forage utilisant une résolution spatiale de ∼0.05 m. La pertinence de telles mesures avec un perméamètre à air pour des sédiments friables à peu indurés a été testé pour améliorer la prédiction spatiale des mesures classiques de K $_{s}$ en laboratoire obtenues avec une résolution spatiale beaucoup plus faible (∼2 m). Au total, 368 mesures de K $_{s}$ ont été réalisées sur ∼350 m de carottes de forage issues du bassin de Campine, Nord de la Belgique, tandis que ∼5.230 mesures de perméabilité à l’air étaient réalisées sur les mêmes carottes, donnant une gamme de K $_{s}$ de sept ordres de grandeur. La validation croisée démontre que l’utilisation des données du perméamètre à l’air en tant que seconde variable pour les mesures de K $_{s}$ au laboratoire augmente la performance de R $^{2}$ = 0.35 pour un krigeage ordinaire (K $_{s}$ de laboratoire seulement) à R $^{2}$ = 0.61 pour du co-krigeage. Le traitement séparé de la conductivité hydraulique verticale et horizontale a révélé une anisotropie considérable au sein de certaines unités lithostratigraphiques, tandis que d’autres sont clairement isotropes à l’échelle de l’échantillon. Les mesures à l’aide d’un perméamètre à air sur des carottes de forage fournissent un moyen rentable d’améliorer la prévision spatiale des mesures de K $_{s}$ traditionnelles de laboratoire.La conductividad hidráulica saturada (K $_{s}$) es uno de los más importantes parámetros que determinan el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes en medios porosos saturados y no saturados. Se investigó la técnica del permeámetro de aire para la determinación de alta resolución de la conductividad hidráulica en testigos de pozos usando una resolución espacial de ∼0.05 m. Se testeó la conveniencia de las medidas de permeámetros de aire en sedimentos friables o pobremente endurecidos para mejorar la predicción espacial de las clásicas de laboratorio basadas en medidas de K $_{s}$ obtenidas con una mucho menor resolución espacial (∼2 m). Se realizaron un total de 368 mediciones de K $_{s}$ sobre ∼350 m de perforaciones originarias de la cuenca Campine, norte de Bélgica, mientras que se realizaron ∼5.230 mediciones de permeabilidad de aire sobre los mismos testigos, dando como resultado un rango de K $_{s}$ de siete órdenes de magnitud. La validación cruzada demostró que, usando los datos del permeámetro de aire como la variable secundaria para las mediciones de laboratorio basadas en K $_{s}$, el rendimiento se incrementó desde R $^{2}$ = 0.35 para el kriging ordinario (solamente K $_{s}$ de laboratorio) a R $^{2}$ = 0.61 para el co-kriging. El tratamiento separado de la conductividad hidráulica horizontal y vertical reveló una considerable anisotropía en ciertas unidades litoestratigráficas, mientras que otras fueron claramente isotrópicas en la escala de la muestra. Las mediciones del permeámetro de aire sobre testigos de perforaciones proporciona una forma económica para mejorar las predicciones espaciales de la tradicional K $_{s}$ de laboratorio.饱和水力传导率(K $_{s}$)是确定非饱和和饱和孔隙介质中地下水流和污染物运移最重要的参数之一。为确定钻孔岩心的高分辨率水力传导率,采用大约0.05米的空间分辨率,对手提式空气渗透仪技术进行了研究。测试了这种空气渗透仪测量结果对脆弱到硬度很差沉积物的适宜性,以改进在较低空间分辨率(大约2 米)状态下获取的基于传统实验室K $_{s}$测量结果的空间预测水平。总共得到了比利时北部Campine流域钻孔岩心大约350米处368个K $_{s}$测量数据,同时还在这些钻孔中获得大约5,230个透气性测量数据,结果显示,K $_{s}$范围有7个数量级。交叉验证显示,采用空气渗透仪数据作为基于实验室K $_{s}$测量结果的辅助变量,性能结果从普通克立格的R $^{2}$ = 0.35(只是实验室K $_{s}$)增加到联合克立格的R $^{2}$ = 0.61。水平和垂直水力传导率的分别处理揭示出在一定的岩性地层单元中有相当大的各向异性,而其他在样品尺度下呈现明显的各向同性。钻孔岩心的空气渗透仪测量数据为改进基于传统实验室K $_{s}$的空间预测提供了一个经济实用的方法。A condutividade hidráulica em meio saturado (K $_{s}$) é um dos parâmetros mais importantes para avaliar o fluxo de água subterrânea e o transporte de contaminantes em ambos os meios porosos saturados e não saturados. A técnica de permeâmetro de ar portátil foi utlizada para determinar em alta resolução a condutividade hidráulica em amostras de sondagem, utilizando uma resolução espacial de ∼0.05 m. A adequação dessas medições a sedimentos friáveis a pouco endurecidos foi ensaiada para melhorar a previsão espacial de valores laboratóriais de Ks obtidos com uma resolução espacial muito mais baixa (∼2 m). No total, 368 medições de K $_{s}$ foram realizadas em amostras de sondagens com comprimento de ∼350 m provenientes da bacia de Campine, no norte da Bélgica, enquanto ∼5.230 medições obtidas por permeâmetro de ar foram realizadas sobre as mesmas amostras, resultando numa gama de valores de K $_{s}$ de sete ordens de grandeza. Ensaios de validação cruzada demonstraram que, utilizando dados obtidos por permeâmetro de ar como variável secundária para obter medições de K $_{s}$ em laboratório, aumenta o desempenho de R $^{2}$ = 0.35 com krigagem ordinária (utilizando unicamente valores laboratoriais K $_{s}$) para R $^{2}$ = 0.61 com co-krigagem. O tratamento em separado das condutividades hidráulicas horizontal e vertical revelou uma considerável anisotropia em determinadas unidades litostratigráficas, enquanto outras eram claramente isotrópicas à escala da amostra. Medições obtidas por permeâmetro de ar em amostras de sondagens proporcionam um meio de baixo custo para melhorar as previsões espaciais dos valores de K $_{s}$ obtidos tradicionalmente em laboratório. |
