Ambient well-bore mixing, aquifer cross-contamination, pumping stress, and water quality from long-screened wells: What is sampled and what is not?

Abstract

Water quality tests were performed on two long-screened alluvial aquifer wells (15–30 m of screen) that had been completed in a heterogeneous aquifer that exhibits extreme temporal water quality variability. When stressed, the total dissolved solids (TDS) in one well decreased from 10,600 to 3,500 mg/L and in another well the TDS increased from 136 to 2,255 mg/L. Nested short-screened monitoring wells were constructed in chemically distinct horizons affecting each well. Water level measurements and solute and isotopic samples were obtained from the production wells and the monitoring wells during a water quality test. Results of a time drawdown tests demonstrate transmissivity differences between horizons. Ambient water quality in the production wells and aquifer cross-contamination are controlled by well-bore mixing due to head differences of as little as 0.01 m between chemically distinct horizons which are linked by the production well screen. During non-stress periods, the ambient well-bore chemistry is controlled by the horizon with the greatest hydraulic head, whereas during stressed conditions, horizon transmissivity controls the well-bore chemistry. In one well, aquifer cross-contamination, driven by an ambient head differential of 1.2 m, persisted until about 1,600 well-bore volumes were purged.

Résumé

Des essais sur la qualité de l’eau ont été réalisés sur deux forages crépinés d’un aquifère alluvial (15–30 m de crépines) implantés dans un aquifère hétérogène qui est caractérisé par une variabilité importante de la qualité de l’eau au cours du temps. Lorsque le forage est sollicité par pompage, les solides dissous totaux (TDS) ont des valeurs qui diminuent, de 10,600 à 3,500 mg/L dans un forage, alors que dans l’autre, les TDS augmentent, avec des valeurs passant de 136 à 2,255 mg/L. Un suivi détaillé a été effectué à l’aide d’un dispositif dans des forages crépinés où des horizons chimiques distincts sont présents. Des mesures piézométriques ainsi que des échantillons ont été prélevés pour effectuer des analyses de solutés et des analyses isotopiques au niveau du forage en production et des piézomètres, au cours d’un essai de qualité de l’eau. Les résultats d’essais de restitution au cours du temps indiquent l’existence de différence de transmissivités entre les horizons. La qualité de l’eau dans les forages en production et de l’eau issue de la contamination croisée au sein de l’aquifère sont contrôlées par un mélange d’eau entre les forages due à une différence de charge hydraulique de faible importance (0.01 m) entre les horizons distincts du point de vue chimique mais connectés avec le forage crépiné en production. Lors des périodes de non sollicitation par pompage, la chimie de l’eau du forage est contrôlée par l’horizon possédant le potentiel hydraulique le plus important, alors qu’en conditions de sollicitation par pompage, la transmissivité de l’horizon est responsable de la chimie de l’eau du forage. Dans un forage , la contamination croisée associée à une différence de charge de 1.2 m, persiste jusqu’à ce qu’un volume correspondant à 1,600 fois le volume du forage ait été purgé.

Resumen

Se llevaron a cabo pruebas de calidad de agua en 2 pozos de acuíferos aluviales de filtros largo (15–30 m de filtro) que están completamente ubicados en un acuífero heterogéneo que exhibe una variabilidad temporal extrema en la calidad de agua. Cuando están presionados, el total de sólidos disueltos en un pozo disminuyó desde 10,600 a 3,500 mg/L y en otro pozo se incrementó desde 136 a 2,255 mg/L. Se construyeron pozos de monitoreo de filtros cortos anidados en distintos horizontes químicos que afectaban a cada pozo. Se obtuvieron mediciones de niveles de agua y muestras de soluto e isótopos a partir de los pozos de producción y de los pozos de monitoreo durante una prueba de calidad de agua. Los resultados de un ensayo depresión – tiempo demostraron diferencias en la transmisividad entre los horizontes. La calidad del agua en el ambiente de los pozos de producción y la contaminación cruzada del acuífero son controladas por el mezclado de los pozos debido a diferencias de carga tan pequeñas como 0.01 m entre los distintos horizontes químicos que están vinculados a los filtros de los pozos de producción. Durante periodos de no presión, la química del ambiente del pozo está controlad por el horizonte con mayor carga hidráulica, mientras que en condiciones de presión la transmisividad de los horizontes controlan la química en el pozo. En uno de los pozos con contaminación cruzada de acuífero, forzado por una carga diferencial del ambiente de 1.2 m, persistirá hasta que se purguen el equivalente a alrededor de 1,600 volúmenes del pozo.

摘要

对两口成井于非均质冲积含水层, 且水质随时间变化很大的长滤水管 (滤水管长15-30 m) 井进行了水质检测。抽水时, 一口井的TDS从10600mg/L降到3500mg/L, 而另一口井的TDS则由136mg/L增大到2255mg/L。所以在水化学性质完全不同的含水层层位 (各影响一个井的井水成分) 打了短滤水管巢式监测井。在水质测试期间自生产井和监测井采集了水位、溶质和同位素样品。时间-降深试验的结果表明, 不同层位的导水系数存在差异。抽水井附近水质和含水层的交叉污染由抽水井滤水管连通的水质差别显著的不同含水层间仅0.01m的水头差控制。未抽水时, 井水的水化学由水头最高的含水层决定, 而在抽水时, 则由含水层的导水系数决定。在其中一口井中, 由周围1.2m水头差导致的含水层间交叉污染一直持续到约1600个井孔体积的水被抽出。

Resumo

Foram desenvolvidos testes de qualidade da água em dois furos em aquíferos aluviais com extensões elevadas de tubos-ralo (15–30 m de tubo-ralo) perfurados num aquífero heterogéneo que apresenta uma extrema variabilidade temporal da qualidade da água. Quando sob pressão, devido a exploração, o teor total de sólidos dissolvidos (TSD) de um furo decresceu de 10,600 para 3,500 mg/L, enquanto noutro o TSD aumentou de 136 para 2,255 mg/L. Foi construída uma rede de furos de monitorização com tubos-ralo curtos em camadas quimicamente distintas que afectam cada furo. Foram executadas medições do nível da água e recolhidas amostras de solutos e isótopos dos furos de produção e dos furos de monitorização, durante uma avaliação de qualidade da água. Os resultados dos ensaios de rebaixamento revelam diferenças de transmissividade entre camadas. A qualidade ambiental da água nos furos de produção e a contaminação cruzada de aquíferos são controladas pela mistura nos furos devido a diferenças piezométricas que podem ser tão pequenas como 0.01 m entre camadas quimicamente distintas que estão interconectadas pelos tubos-ralo do furo de produção. Durante períodos em que não há pressão sobre os aquíferos, a qualidade química ambiental dos furos é controlada pela camada com o nível piezométrico mais elevado, enquanto que, durante condições de pressão sobre os aquíferos, a transmissividade das camadas controla a qualidade química dos furos. Num furo, a contaminação cruzada induzida por uma diferença piezométrica ambiental de 1.2 m, durou até se ter extraído um volume equivalente a 1,600 vezes o volume do furo.