Aquifer hydraulic conductivity estimation from surface geoelectrical measurements for Krauthausen test site, Germany

Abstract

The physical explanation is presented for two types of theoretical equations which encompass a direct and an inverse relationship between the hydraulic conductivity and electrical resistivity of an aquifer. Using the theory of direct current (DC) resistivity prospecting, it is shown that a direct relation exists if the bulk of the current flow is in the vertical direction, whereas the inverse relation exists if the current is in the horizontal direction. Consequently, the relation in question is direct in the case of a relatively conducting basement and inverse in the case of a comparatively resistive basement. Then, the aquifer hydraulic conductivity for the hydrogeologically well-studied area of Krauthausen in Germany is estimated by two different techniques using surface geoelectrical data. The estimated values are compared with those conventionally determined by a pump test experiment and it can be concluded that the estimation is better whenever geoelectrical data are used.

Résumé

On présente l’explication physique de deux types d’équations théoriques qui concernent une relation directe et une relation inverse entre la conductivité hydraulique et la résistivité électrique d’un aquifère. En utilisant la théorie de la prospection par courant continu, on montre qu’il existe une relation directe si la plus grande partie du courant s’écoule verticalement alors que la relation est inverse si le courant s’écoule horizontalement. Par suite, la relation en question est directe dans le cas d’un substrat relativement conducteur et inverse dans le cas d’un substrat plus résistant. Ainsi, la conductivité hydraulique du secteur bien connu du point de vue hydrogéologique de Krauthausen en Allemagne, est estimée par deux techniques différentes en utilisant les données géoélectriques de surface. Les valeurs estimées sont comparées avec celles déterminées par un test de pompage conventionnel et on peut conclure que l’estimation est meilleure chaque que fois que des données géoélectriques sont utilisées.

Resumen

Se presenta la explicación física para dos tipos de ecuaciones teóricas que comprenden una relación directa y una inversa entre la conductividad hidráulica y la resistividad eléctrica de un acuífero. Usando la teoría de la prospeccion de resistividad por corriente continua (DC) se muestra que existe una relación directa si el grueso del flujo de corriente es en la dirección vertical mientras existe una relación inversa si la corriente es en la dirección horizontal. Consecuentemente la relación en cuestión es directa en el caso de un basamento relativamente conductivo e inversa en el caso de un basamento comparativamente resistivo. Por lo tanto la conductividad hidráulica para el área bien estudiada hidrogeológicamente de Krauthausen en Alemania se estima por dos técnicas diferentes usando datos geoeléctricos de superficie. Los valores estimados se comparan con aquellos convencionalmente determinados por experimentos de ensayos de bombeo y se puede concluir que la estimación es siempre mejor cuando se usan datos geoeléctricos.

摘要

本文得出了含水层渗透系数和电阻率之间的存在正比和反比关系两种理论公式, 并给出了物理解释。利用直流 (DC) 电阻率勘探理论, 如果大部分电流在垂直方向上则正相关关系存在, 反之如果电流在水平方向上则存在负相关关系。因此, 涉及的关系在相对导电基岩情况下成正比, 在相对阻电的基岩情况下成反比。然后利用表面地电数据的两种不同的技术对德国Krauthausen充分进行过水文地质研究的区域的含水层渗透系数进行估计。将估计值与利用抽水试验所得的常规结果相比, 结果表明, 无论是否应用地电数据, 该估计都较好。

Resumo

Apresenta-se a explicação física para dois tipos de equações teóricas referentes a relações, directa e inversa, entre a condutividade hidráulica e a resistividade eléctrica de um aquífero. Usando a teoria da prospecção geoeléctrica em corrente contínua (CC), é demonstrado que existe uma relação directa quando o principal sentido da corrente é vertical, enquanto a relação inversa ocorre quando a corrente flui na direcção horizontal. Consequentemente, a referida relação é directa no caso de um fundo relativamente condutor e inversa quando o fundo é comparativamente resistente. Em seguida, estima-se a condutividade hidráulica do aquífero na área de Krauthausen, na Alemanha, bem estudado do ponto de vista hidrogeológico, através de duas técnicas diferentes, utilizando dados geoeléctricos superficiais. Os valores estimados são comparados com os determinados de modo convencional, com base num ensaio de bombagem, permitindo concluir que as estimativas são melhores sempre que se utilizam dados geoeléctricos.