Soil permeability reduction of a dike by injecting organic matter and aluminum: field data analysis
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2018-12-10
Department
Major/Subject
Mcode
ENG23
Degree programme
Master's Programme in Geoengineering (GEO)
Language
en
Pages
77+8
Series
Abstract
This thesis was a part of the SoSEAL (Soil Sealing by Enhanced Aluminum and DOM Leaching) research project, which aims at developing a new technique to reduce soil permeability. The soil permeability is reduced by mixing aluminum and organic matter which react and start forming flocs that blocks the pores between soil particles. A pilot was conducted in a leaking dike of a freshwater reservoir in De Gijster to allow efficient maintenance. The mixture was injected into the aquifer with the aim of forming a 1 m-thick flow barrier of reduced permeability. Data from the site were collected from monitoring wells and pumping tests were conducted before and after the injection. Changes caused by the barrier were analyzed qualitatively and quantitatively. Comparison of data before and after the implementation showed a change in the behavior of the groundwater flow. The hydraulic gradient between the top and the toe of the dike increased. However, the drop in water level did not occur at the injection line. At the beginning of a pumping test, the drawdown at the other side of the injection line regarding the test well was delayed and at the same side, it was accelerated. To quantify the change in hydraulic conductivity the Neuman (1975) method was applied. It is a method developed for homogenous, anisotropic, unconfined aquifers. The time and drawdown were plotted on a logarithmic scale and fitted to type curves. The type curves are divided into early time curves and late time curves. The early time curves provided the specific storage of the aquifer and late time curve gives the specific yield. The Neuman (1975) method was applied by curve-fitting with using an Excel sheet provided by Fitts. Due to multiple uncertainties linked to the measurements and analysis methods, the quantitative results fail to confirm the reduced permeability. Both, comparison of data and the Neuman method, indicated that the reduced permeability zone was not only on the injection line, but it had expanded probably few meters downstream. The flocs have moved most likely due to the injection pressure. The Neuman method fails to show a significant reduction in the soil permeability due to the heterogeneity of the soil. Longer pumping test and the application of more complex analysis methods considering heterogeneity are recommended together with laboratory tests studying the behavior of the mixture under the injection pressure and a natural hydraulic gradient.Tämä diplomityö on osa SoSEAL (Soil Sealing by Enhanced Aluminum and DOM Leaching) tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena on kehittää uusi tapa vähentää maan vedenläpäisevyyttä. Maahan injektoidaan alumiinista ja orgaanisesta aineesta koostuvaa seosta, joka muodostaa maan partikkeleiden välit tukkivia hiutaleita. Tekniikkaa kokeiltiin vuotavan maapadon kunnostamiseksi De Gijsterissa. Seosta ruiskutettiin koko pohjavettä johtavan kerroksen paksuudelle tarkoituksena muodostaa metrin levyinen seinämä. Koealueelle asennettiin monitorointikaivoja, joiden vedenpinnan korkeutta mittaamalla seurattiin pohjaveden virtausta. Koealueella tehtiin pumppauskokeita sekä ennen injektointeja että niiden jälkeen. Vedenpinnan vaihtelun muutosta analysoitiin visuaalisin ja analyyttisin keinoin. Visualliset vertailut osoittivat, että pohjaveden virtaus sekä pumppauskokeiden aikana että niiden ulkopuolella, oli muuttunut. Ero pohjavedenpinnan tasossa, maapadon päältä katsottuna ylimmän ja alimman kaivon välillä, kasvoi. Vedenpinnan taso ei kuitenkaan laskenut odotuksien mukaisesti injektointilinjalla vaan muutama metriä kauempana. Lähtötilanteeseen verrattuna, injektointien jälkeen pumpatessa vedenpinnan alenema tapahtui hitaammin injektointilinjan toisella puolella testikaivoon nähden ja nopeammin samalla puolella kuin testikaivo. Vedenjohtavuuden muutoksen suuruuden määrittämiseksi käytettiin Neumanin metodia, joka on kehitetty homogeenisille anisotrooppisille vapaille akvifereille. Pumppauskokeiden aika ja alenema piirretään logaritmiselle asteikoille ja syntynyttä pistekäyrää verrataan tyyppikäyriin. Neumanin metodissa on erilliset käyrät aikaisen vaiheen ja myöhäisen vaiheen alenemille. Tässä tutkimuksessa mittaustulosten ja tyyppikäyrien yhdistämisessä käytiin apuna Fittsin kehittämää Excel-työkalua. Analyysit viittasivat vedenläpäisevyyden pienentyneen odotuksia vähemmän ja hiutaleiden levittäytyneen odotuksia suuremmalla alueelle injektointilinjan alapuolelle. Hiutaleet ovat liikkuneet pois injektointilinjalta injektointiin käytetyn paineen vaikutuksesta. Tuloksiin liittyvät epävarmuudet ja virhemarginaalit olivat suuria. Neumanin metodin suurin puute on olettamus maan homogeenisuudesta. Jatkotutkimuksissa tulisi tehdä pidempiä pumppauskokeita ja käyttää kompleksisempia heterogeenisyyden huomiovia analyysimetodeja. Vedenläpäisevyyden pitkäaikaisen vähenemisen varmistamiseksi hiutaleiden käyttäytymistä pohjaveden virtauksen vaikutuksen alaisuudessa tulisi tutkia lisää laboratoriossa.Description
Supervisor
Korkiala-Tanttu, LeenaThesis advisor
Häkkinen, IlonaLaumann, Susanne
Keywords
unconfined aquifer, drawdown, pumping test, permeability, Neuman method