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Sonde zur Ermittlung von Kennwerten von Untergrund und Grundwasserströmen
Die Erfindung betrifft ein geophysikalisches Gerät zur Untersuchung von Bewegungskennwerten
von Untergrund-und Grundwasserströmen (-strömungen), insbesondere eine Sonde zur
Ermittlung von Kennwerten von Untergrund und Grundwasserströmen und zwar zur Ermittlung
der Filtrationsgeschwindigkeit, der Untergrundwasserstromrichtung und der Durchflußwassermenge
in einem Einzelbohrloch mittels Voreinführung radioaktiver Isotope in die Solltiefe
und deren gleichmäßiger Durchmischung im Wasser.
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Die erfindungsgemäße Sonde kann für Untersuchungen von hydrogeologischen,
wasserbautechnischen und Hydrameliorations-Verhältnissen (und Entwässerungsbauverhåltnissen)
von Untergrund- und Grundwasserströmen angewandt
werden.
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Es sind Sonden zur Ermittlung von Kennwerten von Un tergrundo und
Grundwasserstrmennach dem Einzelbohrlochverfahren mittels radioaktiver Isotope bekannt.
Diese Sonden enthalten ein Gehäuse, in dem untergebracht sind ein Empfänger der
radioaktiven Isotopenstrahlung, ein 7ylindrisch gestalteter Schutzschirm, aus einem
für die gegebene Art der radioaktiven Isotopenstrahlung undurchlässigen Werkstoff
sowie ein Registriergerät für Impulse, die vom Strahlungsempfänger gesendet werden
und eine Information über die zu messenden Fennwerte der Untergrund-und Grundwasserströmen
übertragen (z.B. Mairhofer J., Atompraxis, Band 9, Seite 2, 1963).
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Bei den erwähnten Sonden ist der Empfänger der ra dioaktiven Strahlung
als Szintillations-Kristalldetektor Na J (Tl) ausgeführt, welcher im Inneren des
Schutzschirmes angeordnet wird, der einen schmalen Kollimationsschlitz zum Empfang
der radioaktiven Strahlung des gegebenen benutzten Isotopes aufweist.
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Der Hauptmangel solcher Sonden besteht darin, daß zur Ermittlung
der Stromrichtung die Sonde (durch Drehung im Bohrloch) Zu orientieren ist, indem
die Stromrichtung nach dem Strahlungsintensitätsmaximum der radioaktiven Isotope,
die aus dem Bohrloch durch die Untergrund- oder Grundwasserströme ausgetragen werden,
ermittelt wird, zur Bestimmung der Filtrationsgeschvindigkeit aber die Sonden in
mechanischer Weise an die Bohrlochwand gemäß der ermittelten Stromrichtung zu pressen
sind. Eine solche Drehung der Sonden und deren nachfolgendes Andrücken an die Bohrt
lochwand können die hydrodynamischen Verhältnisse im Bohrloch
stören
und eine Umverteilung der radioaktiven Isotope im Wasser verursachen. Das kann die
Genauigkeit der Meßergebnisse von Kennwerten von Untergrund- und Grundwasser strömen
beeinträchtigen.
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-Außerdem beginnen die Messungen mittels solcher Sonden mit einer
Verzögerungszeit, die zum vollständigen Austragen der radioaktiven Isotope aus dem
Bohrloch nach deren Einbringen in das Bohrloch erforderlich ist. Diese Verzögerungszeit
kann in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Untergrundwasser oder Grundwasserströme
ausreichend lang oder kurz sein, was im voraus schwer zu sagen ist.
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Schließlich erfordert das Vorhandensein einer mechanischen Andruckeinrichtung
zusätzliche Kosten und Arbeitskräfte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der obenerwähnten
Mängel eine Sonde zur Ermittlung von Kennwerten von Untergrund- und Grundwasserströmen
zu entwickeln, bei der der Empfänger der radioaktiven Strah lung so-ausgeführt ist,
daß er eine zuverlässige gleicht zeitige und schnelle Ermittlung von Kennwerten
von Untergrund- und Grundwasserströmen (Filtrationsgeschwindigkeit, Stromrichtung
und Durchflußwassermenge) in einem- Einzelbohrloch bei feststehender Lage- der Sonde,
die nach dem Einführen radioaktiver Isotope in das Bohrloch in die Solltiefe abgesenkt
wird, und ohne nachfolgendes mechanisches Andrücken der Sonde an die Bohrlochwand
gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird bei zur Ermittlung von Kennwerten von Untergrund-
und Grundwasserströmen nach dem Einzelbohrloch
-Verfahren mittels
radioaktiver Isotop3, mit einem Gehäuse, in dem untergebracht sind, ein Empfänger
der radioaktiven Isotopenstrahlung, ein-zylindrisch geformter Schutzschirm, aus
einem für die gegebene Art der radioaktiven Isotopenstrshlung undurchlässige Werkstoff
sowie ein Registriergerät für Impulse, die vom Strahlungsempfänger zugeführt werden
und Information über die Zlz messenden Kennwerte eines Untergrund- oder Grundwasserstrom
übertragen, erfindungsgemäß'dadurch gelöst, daß der Empfänger der radioaktiven Isotopenstrahlung
aus mindestens drei Gasentladungszählern be steht, deren jeder mit dem Impulsregistriergerät
einzeln ver bunden ist und die gleichmäßig auf der Außenfläche des Schutz schirmes
eo angeordnet sind, daß bei unbewegliche Sonde die Ermittlung in der Solltiefe von
Kennwerten des Untergrund-bzw. Grundwasserstroms mit erforderlicher Genauigkeit
gewähr leistet ist.
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Der Schutzschirm kann vollwandig ausgeführt werden und auf der Außenfläche
gemäß der Gasentladungszähler-Anzahl Längsnuten aufweisen, in denen diese Zähler
befestigt sind, was die genaueste Ermittlung der Stromrichtung, Filtrationsgeschwindigkeit
und der Durchflußwassermenge begünstigt.
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Durch eine solche Bauart ermöglicht die erfindungsgemäße Sonde, eine
gleichzeitige und relativ schnelle Messung von Kennwerten von Untergrund- und Grundwasserströmen
(filtrat tionsgeschwindigk-eit, Stromrichtung und Durchflußwassermenge) nach dem
Einzelbohrlochverfahren ohne Drehung der Sonde im Bohrloch und ohne darauffolgendes
Andrücken der Sonde an die Bohrlochwand auszuführen, wodurch das Aufrechterhalten
der Konstanz des hydrodynamischen Wasserhaushaltes im Bohrloch bei der Messung begünstigt
sowie keine Umverteilung der radioaktiven Isotope in der Bohrlochwassermenge verursacht
wird und die Kennwerte des Untergrund- oder Grundwasserstroms genauer ermittelt
werden können.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
und der beigelegten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen
Schnitt der erfindangsgemäßen Sonde zur Ermittlung von Kennwert-en von Untergrunde
und Grundwasserströmen; und Fig. 2 einen Schnitt Il-Il der Eig. 1.
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Die erfindungsgemäße Sonde zur Ermittlung- von Kennwerten von Untergrund-
und Grundwasserströmen wird hier im Zusammenhang mit der Anwendung für das Einzelbohrloch-Verfahren
zur Ermittlung von Stromwerten mittels radioaktiver Isotope betrachtet. Die hier
beschriebene Sonde gewährleistet eine gleichzeitige Ermittlung~der Filtrats tionsgeschwindigkeit,
Stromrichtung und der Durchflußwassermenge in einem Bohrloch. Bei der hier beschriebenen
Ausführungsabwandlung ist als radioaktives Isotop das radioaktive Jod 131 benutzt.
Es können Jedoch auch andere radioaktive Isotope mit geeigneten Halbwertzeiten benutzt
werden, deren Strahlungsenergie die Anwendung eines Schutzschirmes mit geringen
Abmessungen ermöglicht, die den ublicherweise eingesetzten Bohrlöchern entsprechen.
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Die erfindungsgemäße Sonde enthält ein luftdichtes Gehäuse 1 (Fig.
1, 2), in dem ein vollwandiger Bleischutzschirm 2 zylindrischer Gestalt untergebracht
ist. Die Abschirmung 2 wird aus einem Werkstoff, der für die gegebene Art der radioaktiven
Isotopenstrahlung undurchlässig ist, gefertigt.
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Im Gehäuse 1 ist auch ein Empfänger der radioaktiven Isotopenstrahlung
angeordnet, der in Gestalt von sechs Gasentladungszählern 3 ausgeführt ist, von
denen Jeder einzeln mit einem Registriergorät für Impulse verbunden wird, die vom
Empfänger der radioaktiven Strahlung zugeführt werden und eine Information über
die zu messenden Kennwerte von Untergrund- oder Grundwasserströmen tragen.
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Das Impulsregistriergerät enthält für jeden Gasentladungszähler 3
einen Katodenfolger (Katodenverstärker) 4 (Fig. 1 ), die sämtlich im Gehäuse 1 untergebracht
und durch ein mehraderiges Verbindungskabel 5 mit einem über Tage angeordnet ten
Umrechnungsgerät (Radiometer) 6 verbunden sind.
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Di Gasentladungszähler 3 (Fig. 2) sind in Längsnuten 7 angeordnet,
die gleichmäßig auf der Außenfläche des Schutzschirmes 2 so ausgeführt sind, daß
bei einer unbeweglichen Sonde die Ermittlung der Kennwerte eines Untergrund-oder
Grundwasserstroms in der Solltiefe mit der erforderlichen Genauigkeit gewährleistet
ist.
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Das Absenken der Sonde in das Bohrloch und das Fest halten d.r Lage
ihrer Gasentladungszähler 3 gemäß den geographischen Himmelsrichtungen erfolgt durch
mechaniscze Befestigung der Sonde an (in der Zeichnung nicht dargetell ten) Stangen.
Die Sonde wird unter Einwirkung ihres Eigengewichtes und desjenigen des Verbindungskabels
5 in das Bohrloch abgesenkt.
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Die Sonde kann erforderlichenfalls im Bohrloch mittels drei oder
vier (nicht gezeigter) Stahlfedern, die an einem Ende am Sondengehäuse 1 befestigt
sind, zentriert werden, während die anderen Federenden in Abhängigkeit vom Bohrlochdurchmesser
am Gehäuse 1 verschoben und an demselben-befestigt werden können.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Sonde zur Ermittlung von
Kennwerten von Untergrund- und Grundwasserströmen ist folgende: In das Bohrloch
wird in die Solltiefe das zur Benutzung bestimmte Isotop eingefuhrt, das sich gleichmäßig
mit einer bestimmten Wassermenge im Bohrloch durchinischt.
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Danach wird die Sonde in die angegebene Tiefe abgesenkt, und man beginnt,
mittels des Umrechnungsgeräts (Radiometer) 6 (Fig. 1).die Kennwerte des Untergrund-
oder Grundwasserstroms bei unbeweglicher Stellung der Sonde zu messen, und zwar
durch regelmäßige abwechselnde Umschaltung der Snnden-Gasentladungszähler 3 mit
Hilfe eines (in der Zeichnung nicht dargestellten) Schalters oder ohne Umschaltung,
falls das Umrechnungsgerät 6 mechanische Zähler, deren Anzahl derjenigen der Gasentladungszähler
3 entspricht, aufweist.
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Aus den Anzeigedaten des Radiometers 6, die Jedem der numerierten
Gasentladungszähler 3 entsprechen, wird das Im pulsvoktordiagramm (die Impulskurve)
zusammengesetzt, aus dem man (der) die Stromrichtung ermittelt, nach der Verringerung
in einem Zeitintervall der Aktivität des angewandten radioaktiven Isotops, die das
Austragen des erwähnten Isotops aus dem Bohrloch durch den Strom kennzeichnet, die
Abmessungen des Bohrloches sowie die Filtrationsgeschwindigkeit kennt, die Durchflußmenge
des Untergrund- oder Grundwasserstroms berechnet.
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Die erfindungsgemäße Sonde kann für hydrogeologische, wasserbautechnische
und Hydromeliorations-Untersuchungen zwecks gleichzeitiger und schneller Ermittlung
der Stromrichtung, Filtrationsgeschwindigkeit und der Durshflußmenge von Untergrund-
und Grundwasserströmen benutzt werden. Die
Sonde kann auch zur Untersuchung
von Stromkennwerten beliebiger flüssiger Medien durch Benutzung von in diesen lösbaren
Verbindungen radioaktiver Isotope eingesetzt werden.
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Die Einfachheit der Bauart der erfindungsgemäßen Sonde mit einer
gleichmäßigen Anordnung der Gasentladungszähler auf der Außenfläche einer für die
gegebene Art der radioaktiven Strahlung undurchlässigen Abschirmung zylindrascher
Form ermöglicht es, genau, schnell und gleichzeitig die Kennwerte eines Untergrund-
oder Grundwasserstroms zu ermitteln, und zwar ohne mechanisches Andrücken an die
Bohr lochwand, ohne Drehung der Sonde im Verlauf der Kennwerte messung, ohne Störung
der hydrodynamischen Wasserverhältnisse im Bohrloch und ohne Umverteilung des radioaktiven
Isotops im Bohrloch.
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Die erfindungsgemäße Sonde ist durch die Einfachheit ihrer Bauart,
ihrer leichten Bedienung und durch geringe Einsatzkosten ausgezeichnet.