Project

Discipline

Thermal tracer testing; Thermal dispersion; Hydraulic tomography; Groundwater; Simulation

Lead
Wärmetransport im geologischen Untergrund gelangt derzeit vermehrt in den Fokus von Forschungsiniziativen. Computergestützte Modelle sind hier zentrale Werkzeuge. Bei der ihrer Anwendung fehlt allerdings oft Detailwissen zur Beschreibung eines Standorts. Gerade bei thermischen Transport im Grundwasser werden daher vereinfachende Annahmen wie Homogenität bevorzugt. Nur übersieht man auf diese Weise die oft erheblichen Effekte heterogener Strukturen auf die Ausbreitung thermischer Signale.
Lay summary
Im vorliegenden Projekt werden Injektionsversuche von erwärmten Wasser in Grundwasser zusammen mit hochauflösenden hydraulischen Versuchen durchgeführt und durch verschiedene Anordnungen von Beobachtungsbrunnen der thermische Transport in Aquiferen untersucht. Diese Versuche werden zugleich computergestützt an virtuellen Realitäten (Aquifer-Analogen) wie auch an einem Feldstandort durchgeführt. Ziel ist, detailliert Einsicht zu erhalten in die Wirkung heterogener sedimentärer Strukturen auf die Ausbreitung der induzierten thermischen Anomalien im Grundwasser. Zusätzlich wird durch die Kombination von hydraulisch-tomographischem Feldversuch mit thermischen Injektionsversuch ein neues kombiniertes hydrogeophysikalisches Erkundungsverfahren entwickelt.

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Last update: 07.10.2013

Thermal Tracer Tomography to Characterise Aquifer Heterogeneity

Author	Somogyvari, Mark
Publication date	02.01.2017
Persistent Identifier (PID)	https://doi.org/10.3929/ethz-b-000200838
Repository	ETH Research Data

Active participation

Number	Title	Start	Funding scheme

Currently, research on heat transport in the subsurface is in a renaissance. This is stimulated by the observed response of the ground thermal regime to climate change, by the growing interest in geothermal energy use, and by the manifold efforts to integrate natural temperature variation in hydrogeological models. For setting up these models, specifying spatially variable hydraulic conductivity is the greatest challenge. In fact, the role of spatial hydraulic heterogeneity for heat transport in ground and groundwater systems is often ignored. This is because thermal diffusivity is relatively high, and the dispersive heat transport component that originates from macro-scale hydraulic heterogeneity in natural aquifers is regularly overlooked. As a consequence no established methods are available to investigate macro-scale thermal dispersion processes, and only few efforts have been undertaken to induce thermal signals actively in aquifers to investigate coupled hydraulic-thermal processes. The proposed project suggests using heat as a tracer by active injection of warm water in an aquifer. By downgradient, depth-dependent monitoring of the evolution of an induced thermal plume, the effect of heterogeneity on macrodispersive heat transport will be quantified. The purpose of this project, however, is not only exploring in detail thermal macrodispersivity in porous sedimentary aquifers. We want to further develop thermal tracer field testing and interpretation to facilitate reconstruction of spatial aquifer heterogeneity in an innovative way. For this, new tomographic procedures are introduced that include the thermal signals recorded in observation wells in an inversion procedure to determine spatial variability of hydraulic conductivity and porosity. We will utilize two realistic aquifer analogs in order to study analytically and numerically thermal transport in natural heterogeneous aquifers. The findings from forward and inverse coupled thermal-hydraulic simulations with these analogs will be fundamental for demonstration and validation at a well-equipped field site with a shallow alluvial aquifer.