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Hydrogeology Journal

, Volume 6, Issue 1, pp 156-165

A comparison of estimated and calculated effective porosity

  • Daniel B. StephensAffiliated withDaniel B. Stephens and Associates, Inc., 6020 Academy Road NE, Albuquerque, New Mexico 87109, USA Fax: +505-822-8877 e-mail: dbsteph@dbstephens.com
  • , Kuo-Chin HsuAffiliated withDaniel B. Stephens and Associates, Inc., 6020 Academy Road NE, Albuquerque, New Mexico 87109, USA Fax: +505-822-8877 e-mail: dbsteph@dbstephens.com
  • , Mark A. PrieksatAffiliated withDaniel B. Stephens and Associates, Inc., 6020 Academy Road NE, Albuquerque, New Mexico 87109, USA Fax: +505-822-8877 e-mail: dbsteph@dbstephens.com
  • , Mark D. AnkenyAffiliated withDaniel B. Stephens and Associates, Inc., 6020 Academy Road NE, Albuquerque, New Mexico 87109, USA Fax: +505-822-8877 e-mail: dbsteph@dbstephens.com
  • , Neil BlandfordAffiliated withDaniel B. Stephens and Associates, Inc., 6020 Academy Road NE, Albuquerque, New Mexico 87109, USA Fax: +505-822-8877 e-mail: dbsteph@dbstephens.com
  • , Tracy L. RothAffiliated withDaniel B. Stephens and Associates, Inc., 6020 Academy Road NE, Albuquerque, New Mexico 87109, USA Fax: +505-822-8877 e-mail: dbsteph@dbstephens.com
  • , James A. KelseyAffiliated withDaniel B. Stephens and Associates, Inc., 6020 Academy Road NE, Albuquerque, New Mexico 87109, USA Fax: +505-822-8877 e-mail: dbsteph@dbstephens.com
  • , Julia R. WhitworthAffiliated withNew Mexico Institute of Mining and Technology, Socorro, New Mexico 87801, USA

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Abstract

 Effective porosity in solute-transport analyses is usually estimated rather than calculated from tracer tests in the field or laboratory. Calculated values of effective porosity in the laboratory on three different textured samples were compared to estimates derived from particle-size distributions and soil–water characteristic curves. The agreement was poor and it seems that no clear relationships exist between effective porosity calculated from laboratory tracer tests and effective porosity estimated from particle-size distributions and soil–water characteristic curves. A field tracer test in a sand-and-gravel aquifer produced a calculated effective porosity of approximately 0.17. By comparison, estimates of effective porosity from textural data, moisture retention, and published values were approximately 50–90% greater than the field calibrated value. Thus, estimation of effective porosity for chemical transport is highly dependent on the chosen transport model and is best obtained by laboratory or field tracer tests.

Key words laboratory experiments measurements tracer tests unconsolidated sediments numerical modeling

Résumé

La porosité effective dans les analyses de transport de soluté est habituellement estimée, plutôt que calculée à partir d'expériences de traçage sur le terrain ou au laboratoire. Les valeurs calculées de la porosité effective au laboratoire sur trois échantillons de textures différentes ont été comparées aux estimations provenant de distributions de taille de particules et de courbes caractéristiques sol-eau. La concordance était plutôt faible et il semble qu'il n'existe aucune relation claire entre la porosité effective calculée à partir des expériences de traçage au laboratoire et la porosité effective estimée à partir des distributions de taille de particules et de courbes caractéristiques sol-eau. Une expérience de traçage de terrain dans un aquifère de sables et de graviers a fourni une porosité effective calculée d'environ 0,17. En comparaison, les estimations de porosité effective de données de texture, de teneur en eau et les valeurs publiées étaient environ 50 à 90% plus fortes que la valeur calibrée sur le terrain. Ainsi, l'estimation de la porosité effective pour le transport en solution dépend fortement du modèle de transport utilisé et est préférable lorsqu'elle est obtenue à partir d'expériences de traçage de laboratoire ou de terrain.

Resumen

La porosidad efectiva en el análisis del transporte de solutos se suele estimar, en lugar de calcularse a partir de ensayos de trazadores en el campo o el laboratorio. Los valores calculados de la porosidad efectiva en el laboratorio en tres muestras de distintas texturas se compararon con las estimaciones realizadas a partir de las distribuciones de tamaño de partículas y de las curvas características suelo-agua. El ajuste fue bastante pobre y parece que no existe una relación clara entre los valores de la porosidad efectiva calculados mediante los tres métodos. Un ensayo de trazadores en el campo, en un acuífero formado por arenas y gravas, dio lugar a un valor de porosidad efectiva calculado de 0.17. Las estimaciones realizadas a partir de los datos de textura, humedad retenida y valores publicados eran entre un 50–90 por ciento mayores que el valor calibrado en el ensayo de campo. Así, la estimación del valor de la porosidad efectiva para el transporte químico depende mucho del modelo de transporte seleccionado y es mejor si se obtiene a partir de ensayos de laboratorio o de campo.