Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)

2. szám - Székely Ferenc: Kalibrációval támogatott kúthidraulikai modellezés nagy vastagságú, heterogén repedezett és porózus tárolókban

SZÉKELY F.: Kalibrációval támogatott kúthidraulikai modellezés 57 rendszerekre érvényes LHA (Székely 1978), eltérő hidrodiffuzivitású szegmensek esetében pedig az N-ed fokú Stehfest inverzióra épülő LHN (Hemker-Maas 1987) megoldások találtak gyakorlati alkalmazásra. Az analitikus módszerek által biztosított nagyfokú aritmetikai pontosság elsősorban a számítógépes paraméterbecslés alapjául szolgáló deviáció értékek precíz meghatározásakor játszik fontos szerepet, a bemutatott kalibrációk ezekkel a módszerekkel történtek. Az LHA átmeneti függvény alkalmazására az 5. fejezetben ismertetett A interpretációs modell esetében került sor, a felhasznált exponenciális integrálfüggvény a nem-permanens kúthidraulikai alapösszefüggésének tekinthető Theis (1935) képletben is szerepel. Egyes esetekben a kombinált M3D eljárások (Székely 1995, 2006) felhasználása is indokolt lehet. Analitikus módszerek alkalmazásakor lehetőség nyílik egy kiválasztott tér- és időpont depressziójának a számítására. A SAN fél analitikus (Székely 1992, 1992a) vagy a véges differencia módszeren alapuló FD numerikus (Székely 2006, Székely-Galsa 2006) eljárások időlépcsőkre osztott folyamat szimulációk. Ezek a hengerszimmetrikus modellrács összes csomópontjában számítják az átmeneti függvény értékeit, előnyük, hogy lehetővé teszik bizonális típusú heterogenitások kezelését. Az FD módszer ezenkívül a kör alakú peremzóna bevezetésével alkalmas peremfeltételek hatásának modellezésére, valamint sok (több száz) szegmenset tartalmazó kútmodellek alapján történő szimulációra is. Ez utóbbi képesség hosszúidejű előrejelzés esetében bizonyulhat hasznosnak, amikor a tároló teljes vastagságára kiterjedő depressziós hatásidommal kell számolni. A kutakban vagy fúrásokban kialakuló és időben változó depresszió, valamint a beáramlási profil számítása a WT szoftver kútmodulján keresztül történik. Ez a modul a fenti változókat a kitermelt vízhozam, a szűrő- és kúthidraulikai paraméterek, továbbá az átmeneti függvények felhasználásával a kútcső energia és vízmérleg egyenleteinek a numerikus megoldásával számítja. A szűrő hidraulikai ellenállását az egységnyi hosszúságra és hozamra vonatkozó lamináris és turbulens veszteségtényező (szkin), a kútcső tárolási tényezőjét pedig a belső csőátmérőtől függő, és a szerelvényekkel csökkentett szabad keresztmetszet jellemzi. 3. Paraméterbecslés modell kalibrációval depreszszió és áramlásmérési adatok felhasználásával A kúthidraulikai tesztek (próbaszivattyúzás, nyeletés, interferencia teszt, áramlásmérés) paraméterei a mérhető nyomás és fluxus adatokhoz csak az összetett (analitikus vagy numerikus) szimulációs modelleken keresztül kapcsolódnak, ezért explicit meghatározásukra általában nincs lehetőség. A mérési hibák, véletlen jellegű változások, valamint az ismeretlen vagy elhanyagolt folyamatok hatásának kezelése a fizikai összefüggéseken túlmenően még statisztikai megközelítést is igényel. A bemutatott két esettanulmányban a paraméterbecslés a jelenlegi hidrogeológiai gyakorlatban hagyományosnak tekinthető implicit eljárás, a multiregressziós technika alkalmazásával történt. Ez egy iterációs módszer, amely a mérési adatokhoz legjobban (a legkisebb eltéréssel vagy deviációval) illeszkedő paramétervektort fokozatos közelítéssel határozza meg adott kezdeti becslés és kalibrációs paraméterek mellett. Ez utóbbiak megválasztása számottevően befolyásolja az eredményt, a sikeres alkalmazás ezért egyrészt megfelelő kalibrációs és hidrogeológiai tapasztalatot, másrészt nem kis mértékben "trial-and-error" megközelítést igényel. A multiregressziós eljárás egy lokális deviáció minimumhoz tartozó paramétervektort állít elő, az ún. globális optimalizációs (GO) módszerek a globális minimum megkeresését (Pintér-Szabó 1986, Szűcs et al. 2006) célozzák. Ez utóbbiak jelentős fejlődést mutatnak, a jövőben szélesebb körben elterjedt és hatékony kalibrációs eszköznek ígérkeznek. A deviáció elemzésen alapuló tisztán matematikai eljárás következtében az optimalizált paraméterek fizikai törvényekre épülő megalapozottsággal nem rendelkeznek. Az eredményeknek az egyéb (földtani, hidraulikai) feltételekkel történő összevetése és az optimális paraméter értékek kiválasztása a feldolgozást végző hidrogeológus szakemberre hárul. Az ismertetett két teszt esetében a paraméterbecslés a HC kalibrációs szoftver (Székely 2006) felhasználásával történt. A HC szoftver magját a MINPACK projekt (Garbow et al. 1996) keretében kifejlesztett LIMDIF multiregressziós rutin képezi. Az eljárás az alábbi kalibrációs paraméterek beállítását igényli: a kalibrálandó modell-paraméterek száma (ez nem haladhatja meg a mért adatok számát), az ún. perturbációs faktor, az egy iterációban megengedhető maximális relatív paraméter-változás, valamint az egyes mérési adatcsoportok súlya. A számítás befejezése az iterációk megadott maximális száma, illetve a deviáció vagy paraméter változás előírt minimuma alapján történik. Összehasonlító elemzés (Székely 2006) igazolja, hogy a HC kalibráció a hasonló algoritmusokra épülő PEST (Doherty 2000) és UCODE (Poeter-Hill 1998) szoftverekhez közeli eredményeket szolgáltat. 4. Az üveghutai gránit formációt feltáró Üh-30 fúrás felső szakaszán végzett áramlásmérés eredményeinek interpretációja A kis és közepes aktivitású radioaktív hulladékok elhelyezésére környezetföldtani szempontból a Bátaapáti melletti Üveghuta telephely bizonyult megfelelőnek. A földtani alkalmasság igazolására indított felszíni kutatás keretében a területet felépítő gránitban feltáró fúrásokat létesítettek és azokban részletes hidrogeológiai (hidrodinamikai és vízminőségi) vizsgálatokat végeztek (Balla 2004). A kutatás során az alábbi hidrodinamikai mérésekre került sor: rövididejű pakkeres impulzus (slug) tesztek, közepes időtartamú pakkeres próbaszivattyúzások, hosszúidejű pakkeres interferencia tesztek (Golder Associates Magyarország Kft.), valamint hőimpulzusos (HPF) áramlásmérések (GeoLog Kft.). Szerző az utóbbi három vizsgálat mérési adatainak kiértékelésében vett részt, ez a fejezet az Üh-30 fúrás felső szakaszán végzett áramlásmérés adatainak értékeléséről (Székely 2003) ad rövid ismertetést. A kis hozammal szivattyúzott, csövezés és szűrő nélküli üveghutai fúrásokban a lamináris és turbulens szkin hatásával nem kellett számolni. Az alacsony szivárgási tényező következtében az áramlásmérés során a fúrások tárolási tényezői viszont fontos szerepet játszottak. A gránitot 296,87 m mélységben feltáró fúrásban először áramlásmérésekkel határozták meg az összesen 11 jó vízvezető képességű repedezett zóna helyzetét (ezek az ún. beáramlások), majd ezek ismeretében tervezték meg és végezték el az egymást kismértékben átfedő szakaszokban végrehajtott pakkeres vizsgálatokat. Ez utóbbiak a pakkerekkel elzárt szakaszokban végzett impulzus teszt, néhány esetben pedig vízmintavételezéshez kapcsolódó, több napos víztermelés formájában történtek.