Grundwasser

, Volume 17, Issue 2, pp 105–111 | Cite as

Auswirkungen von Messunsicherheiten bei der Korngrößenanalyse auf die Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes

  • Katrin Matthes
  • Hagen Nusche
  • Peter Dietrich
  • Thomas Vienken
Fachbeitrag

Zusammenfassung

Korngrößenanalysen werden häufig für die hochauflösende Charakterisierung der räumlichen Variabilität von k f -Werten genutzt und sind somit Grundlage vieler hydrogeologischer Modellierungen. In Anbetracht der Vielzahl von Formeln zur Berechnung von k f -Werten auf Grundlage von Korngrößenanalysen existiert ein breites Spektrum an Literatur zur Evaluierung dieser Formeln, allerdings wurden bislang weder der Grad der Reproduzierbarkeit, noch die Auswirkungen der in der Praxis unvermeidbaren Messunsicherheit bei der Korngrößenanalyse auf die errechneten k f -Werte kritisch betrachtet.

Die Auswertung verschiedener Ringanalysen in dieser Studie zeigt, dass die Messunsicherheit bei der Korngrößenanalyse zu deutlichen Unterschieden in den abgeleiteten wirksamen Korndurchmessern und in der Folge zu deutlichen Unterschieden in den berechneten k f -Werten führte, wobei sich die Messunterschiede in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der analysierten Proben und dem gewählten wirksamen Korndurchmesser verschieden stark auswirken. Jedoch zeigte sich im direkten Vergleich hierzu, dass die Auswahl der Berechnungsgrundlage die auf Grundlage von Korngrößenanalysen berechneten k f -Werte deutlich stärker beeinflusst.

Schlüsselwörter

Sieve analyses Hydraulic conductivity Site characterization Grain size distribution 

Effects of measuring inaccuracy during grain size analyses on the determination of hydraulic conductivity

Abstract

Grain size analyses are often used for the high-resolution characterization of hydraulic conductivity (K) and its variation in space. Resulting K values are then frequently used in hydrogeological modeling. In consideration of the variety of formulas to determine K from grain size data, several publications exist that evaluate the performance of these formulas. However, neither the degree of reproducibility nor the effects of measuring inaccuracy on the determination of K from grain size data has yet been evaluated. In this study, data from several ring analyses show that measuring inaccuracies during grain size analyses lead to strong differences in effective grain size diameters and hence, calculated K values. The effects depend on the sample composition and the approach to determine the effective grain size diameter. However, a direct comparison between methods indicated that the variability of K is mainly influenced by strong differences of K estimates between formulas.

Literatur

  1. Bear, J.: Dynamics of Fluids in Porous Media, 764 S. Elsevier, New York (1972) Google Scholar
  2. Beyer, W.: Zur Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit von Kiesen und Sanden aus der Kornverteilungskurve. Wasserwirtsch. Wassertech. 14, 165–168 (1964) Google Scholar
  3. Carman, P.C.: Fluid flow through granular beds. Trans. Inst. Chem. Eng. 15, 150–166 (1937) Google Scholar
  4. Chapuis, R.P.: Predicting the saturated hydraulic conductivity of sand and gravel using effective diameter and void ratio. Can. Geotech. J. 41(5), 787–795 (2004) CrossRefGoogle Scholar
  5. Chapuis, R.P., Dallaire, V., Marcotte, D., Chouteau, M., Acevedo, N., Gagnon, F.: Evaluating the hydraulic conductivity at three different scales within an unconfined sand aquifer at Lachenaie, Quebec. Can. Geotech. J. 42(4), 1212–1220 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  6. Cheong, J.Y., Hamm, S.Y., Kim, H.S., Ko, E.J., Yang, K., Lee, J.H.: Estimating hydraulic conductivity using grain-size analyses, aquifer tests, and numerical modeling in a riverside alluvial system in South Korea. Hydrogeol. J. 16(6), 1129–1143 (2008) CrossRefGoogle Scholar
  7. De Ridder, N.A., Wit, K.E.: A comparative study on the hydraulic conductivity of unconsolidated sediments. J. Hydrol. 3180–206 (1965) Google Scholar
  8. DIN 38402-45:2003-09 Ringversuche zur externen Qualitätskontrolle von Laboratorien. Beuth, Berlin (2003) Google Scholar
  9. Hazen, A.: Some physical properties of sand and gravels, with special reference to their use in filtration. Annual report Massachusetts S.B.o.H., S. 541–556 (1893) Google Scholar
  10. Hölting, B., Coldewey, W.G.: Hydrogeologie – Einführung in die Allgemeine und Angewandte Hydrogeologie, 415 S. Elsevier, München (2005) Google Scholar
  11. Hütte Bautechnik Bd. 3. 1616 S. Verlag von Wilhelm Ernst und Sohn, Berlin (1956) Google Scholar
  12. Indelman, P., Moltyaner, G., Dagan, G.: Determining the hydraulic conductivity spatial structure at the Twin Lake site by grain-size distribution. Ground Water 37(2), 223–227 (1999) CrossRefGoogle Scholar
  13. Kasenow, M.: Determination of Hydraulic Conductivity from Grain Size Analysis, 97 S. Water Resources Publications, Littleton (2002) Google Scholar
  14. Kaubisch, M.: Zur indirekten Ermittlung hydrogeologischer Kennwerte von Kippenkomplexen, dargestellt am Beispiel des Braunkohlebergbaus. Dissertation, Bergakademie Freiberg; 104 S. (1986) Google Scholar
  15. Kaubisch, M., Fischer, M.: Zur Berechnung des Filtrationskoeffizienten in Tagebaukippen. Teil 3: Ermittlung des Filtrationskoeffiezienten für schluffige Feinsande aus Mischbodenkippen durch Korngrößenanalysen. Neue Bergbautech. 15, 142–143 (1985) Google Scholar
  16. Köhler, H.P.: Ein kombinierendes Verfahren zur Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes von Sand- und Kiesgemischen für Wasser aus Siebproben. Bergbautechnik 15, 338–342 (1965) Google Scholar
  17. Kozeny, J.: Hydraulik – Ihre Grundlagen und praktische Anwendung, 588 S. Springer, Wien (1953) Google Scholar
  18. Langguth, H.-R., Voigt, R.: Hydrogeologische Methoden, 486 S. Springer, Berlin (1980) Google Scholar
  19. Matthess, G., Ubell, K.: 1. Allgemeine Hydrogeologie – Grundwasserhaushalt, 575 S. Gebrüder Borntraeger, Berlin (2003) Google Scholar
  20. Schafmeister, M.-T.: What grains can tell on Darcy velocity? In: International Symposium—Aquifers Systems Management, Dijon (2006) Google Scholar
  21. Seelheim, F.: Methoden zur Bestimmung der Durchlässigkeit des Bodens. Fresenius J. Anal. Chem. 19, 387–418 (1880) CrossRefGoogle Scholar
  22. Song, J.X., Chen, X.H., Cheng, C., Wang, D.M., Lackey, S., Xu, Z.X.: Feasibility of grain-size analysis methods for determination of vertical hydraulic conductivity of streambeds. J. Hydrol. 375(3–4), 428–437 (2009) CrossRefGoogle Scholar
  23. Uma, K.O., Egboka, B.C.E., Onuoha, K.M.: New statistical grain-size method for evaluating the hydraulic conductivity of sandy aquifers. J. Hydrol. 108(1–4), 343–366 (1989) CrossRefGoogle Scholar
  24. VDLUFA: Methodenbuch. Die Untersuchung von Böden. Losebl.-Ausg., Bd. 1, 4. Aufl. VDLUFA-Verlag, Darmstadt (1991) Google Scholar
  25. VDLUFA Fachgruppe II Bodenuntersuchung: Endbericht 86. Enquete, Zusammenfassung Labormittelwerte Boden 1 (2006/07) (2006) Google Scholar
  26. VDLUFA Fachgruppe II Bodenuntersuchung: Endbericht 87. Enquete, Zusammenfassung Labormittelwerte und Z-Scores Boden 1 und Boden 2 (2007/08) (2007) Google Scholar
  27. VDLUFA Fachgruppe II Bodenuntersuchung: Endbericht 88. Enquete, Zusammenfassung Labormittelwerte und Z-Scores Boden 1 und Boden 2 (2008/09) (2008) Google Scholar
  28. VDLUFA Fachgruppe II Bodenuntersuchung: Endbericht 89. Enquete, Zusammenfassung Labormittelwerte und Z-Scores von Boden 1 und Boden 2 (2009/10) (2009) Google Scholar
  29. Vienken, T.: Critical evaluation of vertical high resolution methods for determining hydraulic conductivity. Dissertation, Universität Tübingen (2011) Google Scholar
  30. Vienken, T., Dietrich, P.: Field evaluation of methods for determining hydraulic conductivity from grain size data. J. Hydrol. 400(1–2), 58–71 (2011) CrossRefGoogle Scholar
  31. Vuković, M., Soro, A.: Determination of hydraulic conductivity of porous media from grain-size composition, 83 S. Water Resources Publications, Littleton (1992) Google Scholar
  32. Zieschang, J.: Die Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit von Lockergesteinsgrundwasserleitern. Z. Angew. Geol. 10(7), 364–370 (1964) Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 2012

Authors and Affiliations

  • Katrin Matthes
    • 1
  • Hagen Nusche
    • 2
  • Peter Dietrich
    • 3
  • Thomas Vienken
    • 3
  1. 1.Institut für Geophysik und GeologieUniversität LeipzigLeipzigDeutschland
  2. 2.Geschäftsbereich 6, Fachbereich 61: ProduktionsmittelStaatliche Betriebsgesellschaft für Umwelt und LandwirtschaftLeipzigDeutschland
  3. 3.UFZ – Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbHLeipzigDeutschland

Personalised recommendations