Table Of ContentKruseman/de Ridder
Untersuchung und
Anwendung von
Pumpversuchsdaten
Verlagsgesellschaft Rudolf Müller
Untersuchung und Anwendung
von Pumpversuchsdaten
von
Gideon P. Kruseman
Hydrogeologe, International Institute
for Land Reclamation and lmprovement,
Wageningen/Niederlande
und
Nicolaas A. de Ridder
Hydrogeologe, Institute for Land and
Water Management Research
Wageningen/Niederlande
übersetzt und bearbeitet
von
August Wilhelm Uehlendahl
Dipl.-Ing. und Oberregierungsbaurat
lI!1I
VERLAGSGESELLSCHAFT RUDOLF MÜLLER
KÖLN-BRAUNSFELD
. ISBN 3-481-14811-9
Titel der Originalausgabe: Analysis and evaluation of pumping test data. Übersetzung mit Genehmi
gung des International Institute for Land Rec!amation and Improvement in Wageningen/Niederlande.
Alle Rechte an der deutschen Ausgabe liegen bei der Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, Köln-Brauns
feld 1973
Umschlaggestaltung: Hanswalter Herrbold, Opladen.
Gesamtherstellung: Hans Richarz, Sankt Augustin.
Printed in Germany
Vorwort
Dieses Buch soll ein Handbuch für die Untersuchung und Auswertung von Pumpversuchs
daten sein. Wir hoffen, daß es denen nützt, die im Kulturbau und in der Wassergewinnung
tätig sind oder diese Fächer studieren.
Ob der Geologe oder Ingenieur nun regionale oder örtliche Probleme der Grundwasserhy
drologie zu lösen hat, immer steht er vor der Aufgabe, repräsentative und zuverlässige Werte
der hydraulischen Eigenschaften von Grundwasserleitern und Schichten geringer Durchlässig
keit zu finden. Pumpversuche haben sich als das dazu geeignetste Mittel erwiesen.
In den letzten Jahrzehnten hat die Anströmung von Brunnen durch das Grundwasser eine
gründliche mathematische Behandlung erfahren. Es wurden Lösungen für stationäre und
instationäre Strömungsverhältnisse in den verschiedenen Leitertypen entwickelt. Gegenwär
tig sind die Probleme instationärer Fließvorgänge in vielschichtigen Leitern Gegenstand zahl
reicher Untersuchungen. Es überrascht deshalb nicht, daß die Veröffentlichungen über die
Anströmung von Entnahmebrunnen inzwischen sehr zahlreich geworden sind.
Obwohl verschiedene Autoren das hier behandelte Sachgebiet im Rahmen von Fachbüchern
mehr oder weniger kurz mitbehandelt haben und obgleich bereits einige Versuche unter
nommen wurden, die gebräuchlichsten Berechnungsverfahren für die Auswertung von Pump
versuchen zusammenzufassen, fehlte bisher ein Handbuch, das auf nichtmathematische Weise
die entwickelten Berechnungsverfahren wiedergibt. Daher war es das Hauptanliegen dieses
Buches, die in verschiedenen Sprachen geschriebenen und in zahlreichen Fachschriften ver
streuten Berechnungsmethoden für die Auswertung von Pumpversuchen gesammelt darzu
stellen. Dabei sollte diese Arbyit aber keineswegs als Ersatz für die zahlreichen Handbücher
der Grundwasserhydraulik betrachtet werden. Wir haben den Versuch unternommen, das
Material übersichtlich zu ordnen in der Absicht, dem Benutzer einen klaren Weg durch das
Labyrinth der analytischen Verfahren zu weisen. Auf die Wiedergabe der mathematischen
Ableitungen haben wir weitgehend verzichtet, da dem Praktiker mehr daran gelegen ist, zu
wissen, wann und wie er eine Formel anzuwenden hat. Der Benutzer dieses Buches benötigt
lediglich die elementaren Kenntnisse der Mathematik und Physik. Die meisten der wieder
gegebenen Formeln und Verfahren sind bereits früher veröffentlicht worden, und ihre Ab
leitungen und Begründungen können dort nachgelesen werden. Dieses Buch zeigt die Ver
fahren und die einzelnen Schritte zu ihrer erfolgreichen Anwendung auf.
Ein Buch dieses Umfanges kann natürlich nicht sämtliche überhaupt bekannten Verfahren
enthalten. Die getroffene Auswahl der Methoden ist jedoch so weit gesteckt, daß sie den
meisten praktisch vorkommenden Feldbedingungen gerecht wird. Im allgemeinen wurden
die Formeln in ihrer Endform wiedergegeben. Ihr wiederholter Abdruck war dort unver
meidlich, wo die gleiche Formel unter verschiedenen Leiterbedingungen anwendbar ist.
Trotz unserer Absicht, dieses Material in kurzer Zeit zusammenzustellen, hat es wegen an
derer Arbeiten doch große Verzögerungen gegeben, und das Buch hätte ohne den Zuspruch
von Herrn J.M. van Staveren, Direktor des International Institute for Land Reclamation
and Improvement (lnterna1ionales Institut für Landgewinnung und Kulturtechnik), seinen
jetzigen Stand nicht erreicht. Wir möchten auch Herrn Dr. C. van den Berg, Direktor des
Institute for Land and Water Management Research (Internationales Institut für Kultur
technik und Wasserwirtschaft) Dank sagen, der uns großzügig die Zeit zur Vervollständi
gung des Manuskriptes zur Verfügung stellte und uns gestattete, für die Berechnungsbeispiele
Pumpversuchsdaten aus den Unterlagen seines Institutes zu verwenden.
Besonderen Dank schulden wir dem Direktor der Städtischen Wasserwerke Amsterdam für
die Überlassung der Typkurve für das Verfahren von Huisman-Kemperman. Den Herren
G.A. Bruggeman und Dr. L.F. Ernst sind wir für ihre Erlaubnis zur Verwendung unveröffent
lichter Forschungsberichte sehr verbunden. Verschiedene Persönlichkeiten haben der Vor
bereitung des Manuskriptes großzügig Zeit und Kraft geopfert, unter ihnen unsere Kollegen
vom Institute for Land and Water Management Research und vom International Institute
for Land Reclamation and Improvement.
Das Manuskript wurde von den Herren Dr. J. Wesseling vom Institute for Land and Water
Management Research, Wageningen, R. G. Thomas von der Food and Agriculture Organi
zation der Vereinten Nationen, Rom, Dr. P.R. Smoor vom Groundwater Service T.N.O.,
Delft, und von Herrn F. Rutgers vom Department of Water Management and Hydraulic Re
search der „Rijkswaterstraat", Den Haag, durchgesehen. Diese Herren haben dem Werk viel
Zeit gewidmet und mit zahlreichen wertvollen Anregungen zu seiner Vervollkommnung bei
getragen. Wir sind ihnen für diese Unterstützung außerordentlich dankbar. Weitere Anre
gungen erhielten wir von den Herren Prof. L. Huisman, Delft, G. Santing, Den Haag, Prof.
C. Voute, Delft, Prof. A. Volker, Delft, Dr. J.H. Edelman, Grenoble und Dr. R.O. van Ever
dingen, Ottawa.
Wenn dieses Buch hilft, allen mit der einschlägigen Materie Befaßten die Arbeit zu erleich
tern, war der Aufwand an Zeit und Mühe für das Manuskript nicht vergeblich.
G.P. Kruseman N. A. De R idder
Inhalt
Einleitung . . . 11
1. Definitionen. 13
1.1. Das Gesetz von Darcy 13
1.2. Typen der Grundwasserleiter 14
1.2.1. Ungespannte Grundwasserleiter 14
1.2.2. Gespannte Grundwasserleiter. .. 14
1.2.3. Halbgespannte Grundwasserleiter 15
1.2.4. Halb-ungespannte Grundwasserleiter 15
1.2.5. Zusammenfassung . . . . 15
1.3. Hydraulische Eigenschaften . . 16
1.3.1. Transmissivity ( oder Transmissibility) 16
1.3.2. Speicherkoeffizient und spezifische Ergiebigkeit 16
1.3.3. Hydraulischer Widerstand 17
1.3.4. Sickerfaktor. 17
1.3.5. Dränfaktor . . . 17
1.4. Arten der Strömungsgleichungen 17
1.4.1. Stationärer Fließzustand 17
1.4.2. Instationärer Fließzustand 18
2. Pumpversuche . . . . . 19
2.1. Allgemeines . . . . 19
2.1.1. Zweck der Versuche 19
2.1.2. Vorbereitende Untersuchungen 19
2.1.3. Abschätzung der Transmissivity aus den Bohrprofilen 21
2.1.4. Wahl des Versuchsortes 22
2.1.5. Entnahmebrunnen . . . 22
2.1.5.1. Art und Ausbau . 22
2.1.5.2. Wahl der Pumpe 24
2.1.5.3. Ableitung des geförderten Wassers 24
2.1.6. Grundwasserbeobachtungsbrunnen (Pegelrohre) 25
2.1.6.1. Anzahl der Pegelrohre . 25
2.1.6.2. Abstand der Pegelrohre 25
2 .1.6.3. Tiefe der Pegelrohre 26
2.1.6.4. Bauweise der Pegelrohre 27
2 .2. Durchführung eines Pumpversuchs 29
2.2.1. Messungen 29
2.2.1.1. Wasserspiegelmessungen 30
2.2.1.2. Messung der Entnahmemengen. 32
2.2.2. Dauer des Pumpversuchs . 34
2.3. Datenanalyse 35
2.3.1. AufbereitungderDaten. 35
2.3.2. Anwendung der Berechnungsmethoden 37
2.3.3. Erläuterungsbericht . 38
2.3.4. Aufbewahrung der Daten . 38
3. Untersuchungsmethoden I für Pumpversuche 39
3.1. Stationäre Strömung in gespannten Leitern 40
3.1.1. Verfahren von Thiem . 41
3.2. Instationäre Strömung in gespannten Leitern 44
3.2.1. Theissches Verfahren 47
3.2.2. Verfahren von Chow 50
3.2.3. Verfahren von Jacob 53
3.2.4. Das Wiederanstiegsverfahren von Theis 58
3.2.5. Ergebnis 61
3.3. Stationäre Strömung in halbgespannten Leitern 62
3.3.1. Verfahren von De Glee 65
3.3.2. Verfahren von Hantush-Jacob . 67
3.3.3. Ernstsche Modifikation des Thiemschen Verfahren 69
3.4. Instationäre Strömung in halbgespannten Leitern 71
3.4.1. Verfahren von Walton . 73
3.4.2. Verfahren I von Hantush . 76
3.4.3. Verfahren II von Hantush . 79
3.4.4. Verfahren III von Hantush 82
3.4.5. Ergebnis 85
3.5. Instationäre Strömung in ungespannten Leitern mit verzögerter Schüttung
und in halb-ungespannten Leitern 86
3.5.1. Verfahren vonBoulton 88
3.6. Stationäre Strömung in ungespannten Leitern 96
3.6.1. Verfahren von Thiem-Dupuit 96
3 .7. Instationäre Strömung in ungespannten Leitern 99
4. Untersuchungsmethoden II für Pumpversuche unter besonderen
Leiterbedingungen 101
4.1. Leiter mit einer oder mehreren seitlichen Begrenzungen 101
4.1.1. Stationäre Strömung in gespannten oder ungespannten Leitern mit
einer oder mehreren geraden Anreicherungsgrenzen 102
4.1.1.1. Verfahren vonDietz 102
4.1.2. Instationäre Strömung in gespannten und ungespannten Leitern mit
einer oder mehreren geraden Stau-oder Anreicherungsgrenzen 105
4.1.2.1. Verfahren von Stallman . 105
4.1.2.2. Bildverfahren von Hantush (nur für eine Anreicherungsgrenze) 109
4.2. Anisotrope Leiter . 114
4.2.1. Instationäre Strömung in anisotropen gespannten oder ungespannten
Leitern 114
4.2.1.1. Verfahren vonHantush 114
4.2.1.2. Verfahren von Hantush-Thomas 117
4.2.2. Instationäre Strömung in halbgespannten anisotropen Leitern 120
4.2.2.1. VerfahrenvonHantush 120
4.3. Keilförmige Leiter 121
4.3.1. Instationäre Strömung in gespannten Leitern mit exponentieller Dicken-
änderung in Fließrichtung 121
4.3.1.1. Verfahren von Hantush 121
4.4. Leiter mit Gefälle (geneigte Leiter) 123
4.4.1. Stationäre Strömung in geneigten ungespannten Leitern von gleichblei-
bender Dicke . . 123
4.4.1.1. Kulminationspunkt-Methode 123
4.4.2. Instationäre Strömung in geneigten ungespannten Leitern mit
konstanter Dicke 125
4.4.2.1. Verfahren von Hantush 125
4.5. Pumpbetrieb mit wechselnder Fördermenge 126
4.5.1. Stufenweises Pumpen 126
4.5.1.1. Verfahren von Cooper-Jacob 126
4.5.2. Kontinuierliche Steigerung der Entnahmemenge 128
4.5.2.1. Verfahren von Aron-Scott 128
4.5.2.2. Verfahren von Sternberg . 131
4.5.2.3. Wiederanstiegsverfahren von Sternberg 132
4.6. Leiter mit unvollkommenen Brunnen 134
4.6.1. Stationäre Strömung in gespannten Leitern mit unvollkommenen
Brunnen 134
4.6.1.1. Korrektionsverfahren I von Huisman für unvollkommene
Brunnen. 134
4.6.1.2. Korrektionsverfahren II von Huisman für unvollkommene
Brunnen . . 136
4.6.1.3. Korrektionsverfahren von Jacob für unvollkommene Brunnen 137
4.6.2. Stationäre Strömung bei unvollkommenen Brunnen in halbgespannten
Leitern . 139
4.6.2.1. Korrektionsverfahren I und II von Huisman . . 139
4.6.3. Stationäre Strömung bei unvollkommenen Brunnen in gespannten
Leitern 139
4.6.3.1. Korrektionsverfahren von Hantush 139
4.6.4. Instationäre Strömung bei unvollkommenen Brunnen in gespannten
Leitern 140
4.6.4.1. Abwandlung des Theisschen Verfahrens durch Hantush für
unvollkommene Brunnen 140
4.6.4.2. Abwandlung des Jacobschen Verfahrens durch Hantush für
unvollkommene Brunnen 141
4.7. Förderung aus Brunnen mit großen Durchmessern. 143
4.7.1. Instationäre Strömung in gespannten Leitern 143
4.7 .1.1. Verfahren von Papadopulos-Cooper 143
4.8. Zweischichtige halbgespannte Leiter 146
4.8.1. Stationäre Strömung 146
4.8.1.1. Verfahren von Huisman-Kemperman. 147
4.8.1.2. Verfahren vonBruggeman. 150
4.8.1.3. Andere Verfahren. 153
4.9. Näherungsverfahren 154
4.9.l. Stationäre Strömung in gespannten Leitern. 154
4.9.1.1. Verfahren vonLogan. . 154
4.9.1.2. Verfahren von Gosse/in 155
4.9.2. Stationäre Strömung in ungespannten Leitern 157
4.9.2.1. Verfahren vonLogan. . 157
4.9.3. Stationäre Strömung bei unvollkommenen Brunnen in gespannten
Leitern. 157
4.9.3.1. Verfahren von Zangar . . 157
4.9.4. Instationäre Strömung in gespannten Leitern. 158
4.9.4.1. Verfahren vonHurr 158
4.9.5. Instationäre Strömung in ungespannten Leitern. 160
4.9.5.1. Verfahren vonHurr 160
4.10. Brunnen mit freiem Ausfluß 160
4.10.1. Instationäre Strömung in gespannten Leitern. 160
5.Berichtigungen und Umrechnungen 163
5.1. Berichtigungen wegen äußerer Einflüsse. 163
5.1.1. Wasserspiegeländerungen in einer Richtung. 163
5.1.2. Rhythmische Wasserspiegelschwankungen. 164
5.1.3. Nichtrhythmische normale Schwankungen. 164
5.1.4. Einmalige Schwankungen .. 165
5.2. Umrechnung von Einheiten. 165
Literaturverzeichnis 169
Anhang 171
Gebräuchliche Symbole und Einheiten
k Durchlässigkeit einer wasserführenden Schicht m/fag
k' Durchlässigkeit einer halbdurchlässigen Schicht m/Tag
D Dicke des wassergefüllten Teils einer wasserführenden Schicht m
D' Dicke des wassergefüllten Teils einer halbdurchlässigen Deckschicht m
kD Transmissivity eines Grundwasserleiters m2/Tag
S Speicherkoeffizient
S Spezifische Ergiebigkeit
s' Spezifische Ergiebigkeit einer halbdurchlässigen Schicht
c = D'/k' hydraulischer Widerstand einer halbdurchlässigen Schicht Tage
L = --/ici5c Sickerfaktor einer wasserführenden Schicht m
s· = ·,!kD,tc8 Dränfaktor eines ungespannten Grundwasserleiters mit
verzögerter Schüttung m
1/ ex Boultonscher Verzögerungsindex
ß hydraulischer Parameter von verschiedener Bedeutung (wird in jedem
Einzelfall definiert)
hydraulisches Gefälle
h Druckhöhe des Grundwassers m
Länge, über die der Druckhöhenverlust gemessen wird m
s Absenkung der Druckhöhe des Grundwassers ( des Wasserspiegels) m
Q Entnahmemenge, Fördermenge m3/Tag
t Zeit Tage
r Entfernung zwischen Entnahmebrunnen und Pegelrohr m
'w
Brunnenhalbmesser m
Index i bezieht sich auf einen imaginären (gedachten) Brunnen
Index m bezieht sich auf stationäre Strömung (Gleichgewichtszustand)
Index p bezieht sich auf einen Wendepunkt (,,inflection point")
