Effectiveness of hydraulic tomography: Sandbox experiments

Liu, Shuyun; Yeh, Tian Chyi Jim; Gardiner, Ryan

doi:10.1029/2001wr000338

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“…HT has been applied to joint unconfined and vadose zone flow problems (Mao et al, 2013) and for both 2-D (two-dimensional) ) and 3-D settings (Cardiff et al, 2012;Illman et al, 2009;Berg and Illman, 2013). A number of sandbox laboratory experiments have been performed to validate HT methods off-site (Liu, 2002;Liu et al, 2007;Illman et al, 2010), which have deemed HT a promising technique for characterizing aquifer properties at high resolution. For instance, Illman et al (2010) compared various approaches to characterize the K field using a sandbox and found that HT consistently outperformed kriging interpolation of smallscale K measurements.…”

Section: A H Alzraiee Et Al: Hydraulic Tomography Data Fusionmentioning

confidence: 99%

Estimation of heterogeneous aquifer parameters using centralized and decentralized fusion of hydraulic tomography data

Alzraiee

Baù

Elhaddad

2014

Hydrol. Earth Syst. Sci.

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Abstract. Characterization of spatial variability of hydraulic properties of groundwater systems at high resolution is essential to simulate flow and transport phenomena. This paper investigates two schemes to invert transient hydraulic head data resulting from multiple pumping tests for the purpose of estimating the spatial distributions of the hydraulic conductivity, K, and the specific storage, S s , of an aquifer. The two methods are centralized fusion and decentralized fusion. The centralized fusion of transient data is achieved when data from all pumping tests are processed concurrently using a central inversion processor, whereas the decentralized fusion inverts data from each pumping test separately to obtain optimal local estimates of hydraulic parameters, which are consequently fused using the generalized Millman formula, an algorithm for merging multiple correlated or uncorrelated local estimates. For both data fusion schemes, the basic inversion processor employed is the ensemble Kalman filter, which is employed to assimilate the temporal moments of impulse response functions obtained from the transient hydraulic head measurements resulting from multiple pumping tests. Assimilating the temporal moments instead of the hydraulic head transient data themselves is shown to provide a significant improvement in computational efficiency. Additionally, different assimilation strategies to improve the estimation of S s are investigated. Results show that estimation of the K and S s distributions using temporal moment analysis is fairly good, and the centralized inversion scheme consistently outperforms the decentralized inversion scheme.

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Section: A H Alzraiee Et Al: Hydraulic Tomography Data Fusionmentioning

confidence: 99%

Estimation of heterogeneous aquifer parameters using centralized and decentralized fusion of hydraulic tomography data

Alzraiee

Baù

Elhaddad

2014

Hydrol. Earth Syst. Sci.

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“…They include numerical studies [e.g., Gottlieb and Dietrich, 1995;Yeh and Liu, 2000;Bohling et al, 2002;Yeh, 2005, 2006;Fienen et al, 2008;Ni and Yeh, 2008;Castagna and Bellin, 2009;Xiang et al, 2009;Liu and Kitanidis, 2011], followed by laboratory sandbox studies [e.g., Liu et al, 2002;Brauchler et al, 2003;Illman et al, 2007;Liu et al, 2007;Illman et al, 2008;Yin and Illman, 2009;Illman et al, 2010;Berg and Illman, 2011a;Illman et al, 2012] and then experimental field studies [e.g. Bohling et al, 2007;Li et al, 2007;Straface et al, 2007;Cardiff et al, 2009;Illman et al, 2009;Berg and Illman, 2011b;Brauchler et al, 2011;Huang et al, 2011].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Joint interpretation of sequential pumping tests in unconfined aquifers

Mao

Yeh

Wan

et al. 2013

Water Resources Research

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[1] In this study, we developed a stochastic estimator for characterizing the hydraulic heterogeneity in both unsaturated and saturated zones of unconfined aquifers using transient drawdown data from sequential pumping tests. This estimator was built upon the successive linear estimator by Yeh et al. (1996), the simultaneous successive linear estimator by Xiang et al. (2009), and the 3-D finite element program for flow and transport through heterogeneous media by Srivastava and Yeh (1992). The estimator was tested afterward using simulated data sets of sequential pumping tests in a synthetic unconfined aquifer where saturated conductivity, specific storage, saturated water content, and pore-size distribution parameter vary spatially in three dimensions. Test results show that the estimator is able to produce parameter fields that capture the overall 3-D pattern of the true heterogeneous parameter fields. We subsequently validated the estimated parameter fields by assessing their ability to predict drawdowns during an independent pumping test, which was not used during the estimation phase. Results of the validation show that the predicted drawdowns based on the estimated heterogeneous parameter fields are in close agreement with the true drawdowns. In addition, predicted drawdowns based on the parameter fields from the joint interpretation are superior to those based on the parameters estimated from the homogeneous conceptual model. Lastly, while many field experiments are necessary to fully assess the robustness of this estimator and sequential pumping tests, results of this study suggest they are a promising characterization technique for unconfined aquifers.

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“…En ellos la visualización directa del trazador es imposible, por lo que se utilizan sensores eléctricos (Fernández-García et al, 2004) o tomografía 3D (Liu y Yeh, 2002).…”

Section: Chao Y Rajaramunclassified

Investigación del flujo y transporte mediante experimentación a escala intermedia

2008

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Resumen: Los experimentos en medio poroso heterogéneo llevados a cabo en tanque de laboratorio se han utilizado con frecuencia como herramienta para la formulación y la validación de aproximaciones a la modelación de diversos fenómenos que se dan en relación con el flujo y transporte en medios porosos. Históricamente, este tipo de modelos tuvieron un cierto auge para la investigación de los fenómenos de dispersión hidrodinámica en medios porosos a partir de mediados del siglo XX. En las dosúltimas décadas la mejora de los sistemas de adquisición de datos, la disponibilidad de tecnologías asequibles y precisas de medición de presiones, de conductividades y de procesamiento de imágenes, además de la necesidad de investigar la modelización de problemas no resueltos de forma satisfactoria, han renovado el interés por esta forma de experimentación. Este artículo recoge una síntesis representativa de las investigaciones llevadas a cabo con modelos físicos de laboratorio, llamados ISE (Intermediate Scale Experiments), como opción para la investigación de procesos de flujo y transporte no-reactivo en medios porosos saturados. Se realiza un repaso de las principales características de este tipo de modelos físicos ilustrándose brevemente las características del prototipo de tanque de experimentación desarrollado en la Universidad Politécnica de Valencia para la investigación en 2D de fenómenos de dispersión en medios heterogéneos. INTRODUCCIÓNLos experimentos en medio poroso heterogéneo llevados a cabo en tanque de laboratorio (conocidos como Experimentos a Escala Intermedia, o Intermediate Scale Experiments, ISE, en la literatura científica) han sido utilizados en numerosas ocasiones para el desarrollo y validación de diversas teorías en el campo del flujo y transporte de masa en medios porosos. En ocasiones, para aquellas investigaciones que tratan de desarrollar o mejorar aproximaciones a la modelación matemática de fenómenos poco conocidos, o de complejidad importante, son laúnica fuente capaz de proporcionar una comprensión cualitativa de los fenómenos y al mismo tiempo un volumen de datos en cantidad y precisión suficientes para validar formulaciones teóricas previas o tratar de establecer aproximaciones empíricas. No se olvide que la propia Ley de Darcy, Darcy (1856), base fundamental de la Teoría del flujo y transporte en medios porosos, surge de una aproximación empírica a las observaciones del flujo a través de una columna de arena, siendo este posiblemente el primer ISE del que tenemos noticia. Mucho más tarde, entre los años 50 y 60, los ISE fueron de gran utilidad para establecer las bases de la modelación del transporte de masa. En estaépoca tuvo lugar el principal desarrollo de este tipo de modelos en un esfuerzo por obtener una mejor comprensión de la dispersión de solutos conservativos, obteniendose el punto de apoyo necesario para comprender las relaciones entre el coeficiente de dispersión longitudinal y las propiedades del medio poroso en que se desarrollaba el flujo (tales como permeabilidad, rugosida...

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Effectiveness of hydraulic tomography: Sandbox experiments

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Estimation of heterogeneous aquifer parameters using centralized and decentralized fusion of hydraulic tomography data

Estimation of heterogeneous aquifer parameters using centralized and decentralized fusion of hydraulic tomography data

Joint interpretation of sequential pumping tests in unconfined aquifers

Investigación del flujo y transporte mediante experimentación a escala intermedia

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