DE4230919A1 - Einzel-Bohrloch-Verfahren und -Vorrichtung zur gleichzeitigen Ermittlung der Grundwasser-Strömungsrichtung und -geschwindigkeit - Google Patents
Einzel-Bohrloch-Verfahren und -Vorrichtung zur gleichzeitigen Ermittlung der Grundwasser-Strömungsrichtung und -geschwindigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein videotechnisches Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur gleich
zeitigen Feststellung der Grundwasser-Strömungsrichtung und -geschwindigkeit in
einem Bohrloch. Die Ermittlung erfolgt mittels videotechnischer Registrierung von
strömungsbedingten Standortänderungen optisch erkennbarer Tracer auf einer parallel
zur freien Strömung verlaufenden Bildebene innerhalb eines grundwassererfüllten Meß
raumes im Bohrloch. Zur Unterbindung störender Vertikalströmungen, aber auch zur
Arretierung der Sonde im Bohrloch, sind oberhalb und unterhalb des Meßbereiches
Packervorrichtungen vorgesehen. Abpackerungs- und Registriervorrichtung können
zusammen als Sonde ausgeführt sein, welche in die entsprechende Solltiefe der
Bohrung abgeteuft werden kann. Je nach Ausführung der Packervorrichtung ist der
Einsatz des Verfahrens für alle Bohrlochdurchmesser größer als 2′′ geeignet. Der
videotechnisch betrachtete Ausschnitt der fokussierten Bildebene ist stationär bezüglich
der Bohrwandung und liegt im Bereich der freien horizontalen Grundwasser
durchströmung innerhalb des Meßraumes. Als Tracer dienen vorzugsweise fluores
zierende Partikel, die auf der fokussierten Bildebene freigesetzt, und mit einer
geeigneten Lichtquelle zur Eigenlichtemission angeregt werden. Diese Tracerpartikel
werden entsprechend der herrschenden Strömung (Filtergeschwindigkeit vF)
suspendierend horizontal auf der Bildebene transportiert. Zum Zweck der Erfassung
sehr kleiner Bewegungsabläufe entspricht die optische Auflösung der betrachteten
Bildebenenfläche idealerweise der videotechnischen Auflösung des verwendeten,
zweidimensional erfassenden CCD-Matrixsensormoduls. Somit entspricht die mittels
einer optischen Vorrichtung auf die Videosensorfläche projezierte virtuelle Bild- bzw.
Gegenstandsgröße idealerweise der realen Bild- bzw. Gegenstandsgröße auf der
betrachteten Bildebene. Zur Eliminierung von anderen Lichtquellen als das von den
Tracerpartikeln reemittierte Fluoreszenzlicht sind Emissionsfilter vorgesehen, wodurch
aufgrund der resultierenden hell/dunkel Kontrastierung ,eine gute videotechnische
Erfassung gewährleistet wird. Die während der Messung registrierten Signale werden
an der Erfassungsvorrichtung zu digitalen Rohdaten aufgearbeitet, die direkt gespeichert
oder weiter zur Erdoberfläche geleitet und sofort per PC zur Ermittlung der End
daten verarbeitet werden können.
Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung von Untergrund- und
Grundwasserströmungen nach dem Einzel-Bohrloch-Verfahren bekannt. Einige Verfahren,
wie beispielsweise in der DT-AS 12 71 412 beschrieben, basieren auf der Erkenntnis,
daß die Verdünnung als Funktion der Zeit eines im Bohrloch radioaktiv markierten
Grundwasser- Meßvolumens proportional der zugeströmten Menge von nicht
markiertem Grundwasser ist. Die Ermittlung der in das Meßvolumen zugeströmten
unmarkierten Wassermenge ermöglicht einen Rückschluß auf die Grundwasser
durchströmung des Bohrlochs. Bei diesen Methoden wird das Grundwasser im Meß
abschnitt des Bohrlochs homogen mit kurzlebigen, radioaktiven Isotopen markiert.
Anschließend wird mit einer geeigneten Sonde Richtung und Geschwindigkeit der im
Bohrloch abnehmenden Strahlungsintensität ermittelt, die durch die horizontale Durch
strömung des Bohrlochs von Grundwasser verursacht wird. Die Registrierung der
Isotopenstrahlung erfolgt mit Szintillationszählern oder Geiger-Müller-Zählrohren, die
zur gleichzeitigen Ermittlung der Grundwasser-Strömungsrichtung einerseits als
kollimierte Detektoren ausgeführt sind. Diese Ausführung in Form einer drehbaren,
zylindrischen Bleiabschirmung weist einen Spalt zum Passieren der Strahlung auf und
kann somit eine 360° Verteilung der Strahlungskonzentration im Bohrloch erfassen.
Andererseits können mehrere Detektoren in einer richtungsabhängigen Anordnung auf
einer horizontalen Ebene mit speziell gestalteten Bleiabschirmungen eingesetzt werden.
Eine andere Methode, wie beispielsweise aus der DT 21 57 848 C3 bekannt, ermittelt
die Strömungskennwerte aus der Verlagerung einer in die zu vermessende Strömung
injizierten Tracerwolke, deren Bewegungskennwerte mittels einer Anordnung von
speziell abgeschirmten Detektoren um die Injektionsstelle herum erfaßt werden.
Radiometrische Einzel-Bohrloch-Verfahren sind von der Gesellschaft für Strahlen- und
Umweltforschung mbH München/Neuherberg1 weiterentwickelt worden.
Aufgrund der aufwendigen Arbeitsweise mit radioaktiven Isotopen wurde ein weiteres,
auch auf der Verdünnungsmethode basierendes Einzel-Bohrloch-Verfahren entwickelt2.
Hierbei wird ein fluoreszierender Farbstoff, vorzugsweise Uranin, in einem abgepackerten
Meßabschnitt des Bohrloches homogen im Wasser verteilt. Mittels eines dünnen
Lichtleiter-Fasers wird monochromatisches bzw. kohärentes Licht in das markierte
Wasser geleitet. Der Lichtstrahl tritt aus einem kleinen Zwei-Lichtfaser-Sondenkopf,
in dem Sende- und Empfänger-Lichtleiter parallel nebeneinander enden, in den Meß
raum. Das in den Meßraum eingeleitete Licht wird von dem Farbstoff absorbiert,
wodurch dieser zur Reemittierung von Licht bestimmter Wellenlänge angeregt wird.
Dieses Licht wird mittels des zweiten Glasfaser-Lichtleiters im Sondenkopf über
einen Emissionsfilter zu einem Fotodetektor außerhalb des Bohrlochs geleitet, der die
Intensität des reemittierten Lichts ermittelt. Die gemessene Intensität ist proportional
der am Sondenkopf herrschenden Farbstoffkonzentration. Die Farbstoff-Konzentrations
abnahme bzw. -Verdünnung als Funktion der Zeit gibt Aufschluß über die ins Meß
volumen zuströmende Wassermenge und somit auch der Strömungsgeschwindigkeit.
Zur Ermittlung der Richtung der Konzentrationsabnahme des Farbstoffes bzw. der
Grundwasser-Strömungsrichtung, wird eine Anordnung von mindestens drei der
beschriebenen Sondenköpfe auf einer horizontalen Ebene ins Bohrloch eingebracht,
die mittels eines kontinuierlichen Vergleichs der an den jeweiligen Sondenkopf
herrschenden Farbstoffkonzentration Aussagen über die Strömungsrichtung ermöglichen.
Ein weiteres Verfahren ist aus der JP 63106589 A 880511 bekannt, wo im Bohrloch
eine künstliche Grundwasseroberfläche unterhalb eines nach oben konkav gewölbten
Hohlraumes mittels einer subaquatischen Gaszelle erzeugt wird. Auf der künstlichen
Grundwasseroberfläche wird ein schwimmender Tracer freigesetzt, der sich mit der
an der Wasseroberfläche wirkenden Strömung bewegt. Die Tracerbewegungen auf
dieser Wasseroberfläche können mittels einer Kamera von oben verfolgt werden.
Beim letzteren Verfahren können Miniskuseffekte an den Grenzflächen, elektrostatische
Aufladungen und Strömungsanomalien an der Phasengrenze die Messergebnisse stark
beeinflussen.
Die Anwendung radiometrischer Methoden ist aufgrund der Verwendung radioaktiver
Isotope sehr aufwendig und setzt entsprechende Sicherheitsvorkehrungen sowie
Genehmigungsverfahren voraus. Fast alle radiometrischen und Fluoreszenztracer
methoden zur Ermittlung der Grundwasserströmung nach dem Einzel-Bohrloch-Verfahren
basieren auf der Verdünnungsmethode. Bei sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten
wirkt sich die radiale Diffusion des Tracers und das resultierende geringe Konzentrations
gefälle als Funktion der Zeit sehr nachteilig auf die Meßzeit aus, die bei Strömungen
von 10-5 m/s pro Messung bis zu einer Stunde betragen kann1. Auch bei der
Verfolgung kleiner Tracermengen, die in die Strömung ohne eine anschließende
Durchmischung des gesamten Meßvolumens injiziert werden, kann die radiale Diffusion
der Tracerwolke sehr kleine Strömungen überdecken. Auch die Weg/Zeit Distanz
zwischen Freisetzung der Tracerwolke und Detektor macht bei sehr kleinen Strömungs
geschwindigkeiten lange Meßzeiten erforderlich. Aufgrund langer Meßzeiten und den
damit verbundenen Kosten muß die Verläßlichkeit einer jeden Messung gegeben sein.
Der Erfindung liegen folgende Aufgaben zugrunde.
- 1. Es sollen Grundwasser-Strömungen innerhalb eines wesentlich kürzeren Zeitraumes als mit bisherigen Methoden ermittelt werden.
- 2. Standortveränderungen des Tracers sollte auch in leicht verunreinigtem Grundwasser für den Zeitraum der Messung videotechnisch gut registrierbar sein.
- 3. Eine Kontamination des Grundwassers durch Tracersubstanzen soll so gering wie möglich gehalten werden.
- 4. Fehlmessungen sollten so gering wie möglich auftreten bzw. rasch aufgedeckt werden können. Die Messungen sollen verläßliche Daten liefern.
- 5. Die ermittelten Daten sollen unmittelbar nach der Messung zur Verfügung stehen.
Die Aufgaben werden durch das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt gelöst:
Zu 1.: Die optische Auflösung des CCD-Matrixsensormoduls wird auf die betrachtete,
fokkusierte Bildebene idealerweise im Maßstab 1 : 1 übertragen, d. h. die mittels einer
optischen Vorrichtung auf die CCD-Matrixsensorfläche erzeugten virtuellen Bildgröße
entspricht idealerweise der realen Bildgröße des fokkusierten Bildebenenausschnitts.
Derzeit gebräuchliche CCD-Matrixsensormodule besitzen ein flächig videotechnisch
optisches Auflösungsvermögen von mehreren µm. Daher ist es möglich, in laminar
strömenden, optisch transparenten Fluiden, Standortveränderungen von mittransportier
ten Tracermedien rasch zu erfassen. Beispielsweise können somit Strömungen von
10-7m/s, ( = 0,1 µm/s), innerhalb einer Minute in Richtung und Geschwindigkeit erfaßt
werden. Die Registrierung von Bewegungsabläufen bei größeren Strömungs-
Geschwindigkeiten beispielsweise 10-2 m/s, wird durch die hohe Abtastfrequenz des
CCD-Matrixsensormoduls ermöglicht.
Zu 2.: Die Beobachtbarkeit des Tracers ist dadurch gewährleistet, daß idealerweise
ein fluoreszierendes Medium eingesetzt wird, welches mit monochromatischen bzw.
kohärentem Licht bestrahlt wird. Das vom Tracer reemittierte Licht, das vorzugsweise
im Spektralbereich der maximalen Empfindlichkeit des CCD-Zeilensensormoduls liegt,
wird über einen Emissionsfilter, der nur Licht von der Wellenlänge des von den
Tracerpartikeln reemittierten Lichts passieren läßt, auf die Sensorfläche geleitet. So
werden durch Trübstoffe oder Streulicht verursachte videotechnische Registrierungs
fehler vermieden und eine optimale Lichtausbeute und Kontrastierung gewährleistet.
Durch eine entsprechend gewählte Tracerpartikelgröße wird eine Beeinflussung durch
Brownsche Molekularbewegung und somit eine Diffusion weitgehend vermieden. Die
Dichte der Tracerpartikel entspricht weitestgehend der des umgebenden Mediums,
wodurch im Zusammenwirken mit der Partikelgröße eine sehr lange Suspensionsdauer,
mehr oder weniger unabhängig von Druck, Temperatur, Dichte und Chemismus des
Suspensionsmediums, gewährleistet wird. Da Grundwasser fast immer laminar strömt,
ist auch die Gefahr der Verwirbelung der Tracer im betrachteten Bildebenenausschnitt
sehr gering. Somit verbleiben die Tracermedien für die Dauer der Messung lange
genug auf der beobachteten, horizontalen Bildebene in Suspension und videotechnisch
gut verfolgbar.
Zu 3.: Aufgrund der sehr hohen videotechnischen Auflösung des beobachteten
Bildebenenausschnitts ist ein Einsatz von 0,1 mg Tracersubstanz pro Messung zur
Kenntlichmachung der Strömung ausreichend, so daß keine Belastung des Grundwassers
auftritt. Auch kann die Tracersubstanz nach der Messung abgesaugt werden.
Zu 4.: Aufgrund der kurzen Meßzeiten ist es möglich, mehrere aufeinanderfolgende
Referenzmessungen durchzuführen oder den Meßtiefenabstand im Bohrloch zu
verkleinern, um so eine statistische Sicherheit der Meßgenauigkeit zu gewährleisten.
Meßfehler können somit schnell entdeckt und ausgeschaltet werden.
Zu 5.: Die Bewegungsabläufe der Tracer werden unmittelbar nach deren Freisetzung
videotechnisch registriert und die Signale in digitale Rohdaten umgewandelt. Diese
können direkt gespeichert, oder nach Weiterleitung zu einem PC außerhalb des Bohr
loches unter Einbeziehung zusätzlicher Bohrlochkenndaten sofort zu Enddaten weiter
verarbeitet werden, welche vor Ort angezeigt und gespeichert werden können.
Abb. 1 und 2 stellen schematisch ein Ausführungsbeispiel dar:
Die Vorrichtung zur videotechnischen Erfassung, bestehend aus CCD-Videosensormodul
(1), Emissionsfilter (10) und Optik (7), bildet zusammen mit Tracergebereinheit (3)
und Vorrichtung zur Freisetzung des der Tracersubstanz (3a) sowie der Beleuchtungs
vorrichtung (13a, 8) eine Einheit, die in einem den Meßraum bildenden Bohrlochabschnitt
zwischen zwei Packern (4a, b) angeordnet ist. Die gesamte. Vorrichtung ist als Sonde
ausgeführt, mit der ein unverrohrtes oder mit Filterrohren ausgekleidetes Bohrloch
beschickt werden kann. Je nach Ausführung der Packervorrichtungen (4a, b) ist der
Einsatz der Methode für alle Bohrlochdurchmesser größer als 2′′ geeignet. Oberer
und unterer Packerabschnitt (4a, b) ist durch mindestens drei dünne Hohlrohre (5a, b, c),
die randlich am Meßraum vorbeigeführt werden, starr verbunden. Sie dienen zusätzlich
zur Aufnahme von elektrischen Leitungen für den Kompaß (12) und Druckleitungen
(16) zum Aufpumpen der Packer (4a, b), sowie als Bypass (5a) für Vertikalströmungen
im Bohrloch. Vertikale Strömungen im Meßraum der Sonde werden durch die Packer
(4a, b) unterbunden. Im Meßabschnitt, insbesonders auf Höhe der Bildebene (2), kann
das Grundwasser das Bohrloch frei durchströmen. Der Meßraum kann während der
Abteufung der Sonde durch eine umlaufend abdichtende Abschirmung geschützt
werden. Im Meßraum ist das Videosensormodul (1) mit Optik (7) und Emissionsfilter
(10) sowie Lichtquellenaustritt (8) und Tracergebervorrichtung (3, 3a) in bestimmten
Abständen untereinander angeordnet und starr mittels drei dünnen Streben (5d, e, f)
miteinander verbunden. Diese Einheit ist freikardanisch aufgehangen (9), so daß die
betrachtete Bildebene (2) grundsätzlich horizontal ausgerichtet ist. Dies ist wichtig,
da Bohrlöcher in größeren Teufen meist Abweichungen von der Lotrechten aufweisen,
daß Grundwasser das Bohrloch im Meßabschnitt aber horizontal durchströmt. Der
Tracer wird mittig auf Höhe des betrachteten Bildebenenausschnitts (2) mittels einer
aus der Tracergebereinheit (3) in die Bildebene hineinragenden dünnen Vorrichtung
(3a) freigesetzt. Diese Ausführungsform verhindert weitgehend eine Störung der
freien Strömung auf der Bildebene (2). Das unterste Ende der Sonde weist eine
Vorrichtung (11) zur Aufnahme eines an der Sonde ausgerichteten Kompanden (12)
auf, mittels dem die registrierte Strömungsrichtung bezüglich magnetisch Nord bestimmt
werden kann. Innerhalb des Packerabschnitts oberhalb des Meßraumes (4a) ist eine
Lichtquelle (13), eine elektronische Zentralsteuerung (18), sowie elektronische Module
des Videosensors (17) und Tracergebereinheit (19) untergebracht. Das von der
Lichtquelle (13) emittierte monochromatische Licht wird mittels einer dünnen Licht
leiterfaser (13a) in den Meßraum zum Lichtquellenaustritt (8) geleitet, wo der vom
Videosensormodul (1) betrachtete Bildebenenausschnitt (2) während der Messung
beleuchtet wird. Das nach oben abschließende Ende der Sonde wird von einer
Halterungsvorrichtung (14) zur Führung der Sonde im Bohrloch, sowie Durchführungen
(15) für Versorgungs- und Datenleitungen gebildet.
Nach Absenkung der Sonde in die gewünschte Solltiefe wird diese durch Aufpumpen
der Packervorrichtung (16, 4a, b) im Bohrloch fixiert. Nach einer Zeit der Anpassung
wird der Meßvorgang durch Beleuchtung und videotechnische Erfassung des Bildebenen
ausschnitts (2) eingeleitet. Unmittelbar darauffolgend wird der Tracer mittig in Höhe
des betrachteten Bildebenenausschnitts (2) aus der Tracergebervorrichtung (3, 3a)
freigesetzt. Das vom Tracer absorbierte, monochromatische Anregungslicht bedingt
die Reemittierung von monochromatischem Licht abweichender Wellenlänge. Der
Standort des so leuchtenden Tracerpartikels wird mittels einer Optik (7) und eines
Emissionsfilters (10), der lediglich den Wellenlängenbereich des reemittierten Lichtes
passieren läßt, auf die CCD-Videosensorfläche (1) fokussiert. Durch Strömungstransport
bedingte Standortabweichungen des Tracerpartikels auf dem erfaßten Bildebenen
ausschnitt (2) werden als Wanderung der virtuellen Lichtquelle oder Lichtquellenwolke
auf der CCD-Videosensorfläche (1) fortlaufend registriert. Die virtuelle Bildgröße steht
dabei zur realen Bildgröße idealerweise im Verhältnis 1 : 1. Die Verwendung eines
Emissionsfilters (10) bewirkt die Eleminierung von Streulichteffekten und eine hell/dunkel
Kontrastierung, was eine gute optisch-videotechnische Erfassung der Tracerpartikel
gewährleistet. Bei vertikalem Drift der Tracer us der Bildebene kann die Bildebenen
höhe heraus mittels einer einstellbaren Optik nachgeführt werden. Mittels der
registrierten Bewegungskennwerte wird sofort Strömungsgeschwindigkeit und -richtung
ermittelt. Bei Konstanz der Datenwerte ist die Messung beendet. Die Lichtquelle (13)
wird abgestellt. Bei vertikaler Bewegung der Sonde im Bohrloch wird die Tracersubstanz
durch Wasseraustausch und Verwirbelung aus der betrachteten Bildebene (2) entfernt.
Sie kann aber auch mittels einer geeigneten Vorrichtung abgesaugt werden.
Anschließend kann ein neuer Meßvorgang eingeleitet werden. Abb. 2 zeigt
einen horizontalen Schnitt (A-A′) durch die Sonde in Höhe der fokussierten Bildebene.
Außer den angeführten Patentschriften in Betracht gezogene Druckschriften:
- 1. Drost, W. (1984): "Einbohrlochmethoden zur Bestimmung der Filtergeschwindigkeit und der Fließrichtung des Grundwassers" Institut für Radiohydrometrie, GSF-Bericht R 369, München.
- 2. Barczewski, B. (1988): "Entwicklung eines Lichtleiterfluorometers zur Untersuchung von Transport- und Vermischungsvorgängen in Strömungen", Seminarband des AMA Seminars "Faser- und Integriert-optische Sensoren", Heidelberg 1988.
Claims (11)
1. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung zur gleichzeitigen Feststellung der
Grundwasser-Strömungsrichtung und -geschwindigkeit, welche mittels videotechnischer
Registrierung von Standortveränderungen eines oder mehrerer optisch erfaßbarer
Tracermedien, die innerhalb des Bohrlochs im Bereich der betrachteten Bildebene mit
der zu vermessenden Wasserströmung frei transportiert werden, ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der etwa parallel zur Strömung verlaufende Bildebenen
ausschnitt stationär bezüglich der Bohrwandung ist und mittels einer entsprechenden
optischen Vorrichtung die auf eine CCD-Matrixsensorfläche fokussierte virtuelle Bildgröße
zu der realen Bildgröße des betrachteten Bildebenenauschnitts idealerweise im
Verhältnis 1 : 1 steht, jedoch zwischen 1 : 100 und 100 : 1 variieren kann, d. h. die hohe
videotechnische Bildauflösung wird auf den betrachteten Bildebenenausschnitt idealer
weise im Verhältnis 1 : 1 übertragen, kann aber zwischen 1 : 100 und 100 : 1 variieren.
2. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der videotechnisch betrachtete Bildebenenausschnitt im Bereich der freien Grund
wasser-Durchströmung innerhalb des Meßraumes liegt.
3. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das oder die beobachteten Medien ein oder
mehrere Partikel von kolloidialer bis makroskopischer Größe sind, die im Meßraum
auf Höhe der Bildebene der Strömung zugesetzt werden und vorzugsweise eine
annähernde Dichte der umgebenden Flüssigkeit besitzen.
4. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das oder die beobachteten Medien bereits
im Bohrloch vorhandene, in Suspension befindliche Partikel sind.
5. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das beobachtete Medium ein Farbstoff ist,
wobei Richtung und Geschwindigkeit dessen Verdünnung optisch mittels Auflicht,
Durchlicht oder Eigenlichtemission registrierbar wird.
6. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer den betrachteten Bildebenen
ausschnitt beleuchtenden Lichtquelle der oder die Tracer aufgrund von Lichtreflexion,
Lichtabsorption und Anregung zur Eigenlichemission optisch erkennbar und somit
videotechnisch registrierbar werden.
7. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die optische Erfassung des oder der Tracer
medien auf deren remanente oder induzierte Eigenlichtemission in Form von
Phosphorizieren oder Fluoriszieren basiert, d. h. das Medium oder die Medien können
phosphorizierende oder fluoriszierende Eigenschaften aufweisen.
8. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsabläufe in Richtung und
Geschwindigkeit eines oder mehrerer Medien fortlaufend oder in Intervallen video
technisch registriert und in Datensignale umgewandelt werden, die mittels Hard- und
Software unter Einbeziehung manuell eingegebener Daten ausgewertet, und auf einem
geeigneten Ausgabegerät angezeigt werden.
9. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung mittels eines an der
Sonde ausgerichteten Kompanden bezüglich magnetisch Nord ermittelt wird.
10. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormodul, Optik und Tracergeber-
Vorrichtung als Einheit freikardanisch im Meßabschnitt des Bohrlochs aufgehangen
sind.
11. Einzel-Bohrloch-Verfahren bzw. -Vorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Tracergeber-Vorrichtung als rasch
auswechselbare Einsätze ausgeführt sind.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4230919A DE4230919A1 (de) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Einzel-Bohrloch-Verfahren und -Vorrichtung zur gleichzeitigen Ermittlung der Grundwasser-Strömungsrichtung und -geschwindigkeit |
AU49441/93A AU4944193A (en) | 1992-09-16 | 1993-09-14 | Single bore hole process and device allowing simultaneous videotechnical detection of groundwater direction and speed of flow |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4230919A DE4230919A1 (de) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Einzel-Bohrloch-Verfahren und -Vorrichtung zur gleichzeitigen Ermittlung der Grundwasser-Strömungsrichtung und -geschwindigkeit |
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DE4230919A1 true DE4230919A1 (de) | 1994-03-17 |
Family
ID=6468051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4230919A Withdrawn DE4230919A1 (de) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Einzel-Bohrloch-Verfahren und -Vorrichtung zur gleichzeitigen Ermittlung der Grundwasser-Strömungsrichtung und -geschwindigkeit |
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---|---|
AU (1) | AU4944193A (de) |
DE (1) | DE4230919A1 (de) |
WO (1) | WO1994007147A1 (de) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4408072A1 (de) * | 1994-02-01 | 1995-08-03 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verwendung einer elektronischen Hochgeschwindigkeitskamera bei einem Verfahren zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten in einer Strömung |
US6401547B1 (en) | 1999-10-29 | 2002-06-11 | The University Of Florida | Device and method for measuring fluid and solute fluxes in flow systems |
US7284448B2 (en) | 2004-11-16 | 2007-10-23 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Device and method for passively measuring fluid and target chemical mass fluxes in natural and constructed non-porous fluid flow system |
EP1867833A1 (de) * | 2006-06-15 | 2007-12-19 | Services Pétroliers Schlumberger | Vorrichtung und Verfahren zur Darstellung von Bildern einer Bohrlochwand |
DE102008029700A1 (de) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Palas Gmbh Partikel- Und Lasermesstechnik | Verfahren zum Bestimmen des Eindringens von Prüfpartikeln in einen Messbereich |
CZ302579B6 (cs) * | 2010-04-29 | 2011-07-20 | Aquatest A.S. | Metoda urcování smeru horizontálního proudení podzemní vody v jednotlivých vrtech |
CZ302927B6 (cs) * | 2008-07-23 | 2012-01-18 | Isatech, S. R. O. | Zarízení k detekci a merení koncentrace fluorescencní stopovací látky, zpusob merení a použití tohoto zarízení |
WO2014173442A1 (de) | 2013-04-24 | 2014-10-30 | Schöttler Markus | VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR OPTISCHEN ERFASSUNG VON FLIEßBEWEGUNGEN IN FLÜSSIGEN UND/ODER GASFÖRMIGEN MEDIEN |
WO2015058110A3 (en) * | 2013-10-17 | 2015-06-25 | Weatherford/Lamb, Inc. | Apparatus and method of monitoring a fluid by a tracer |
CN113739844A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-12-03 | 重庆交通大学 | 基于稀释法的地下水分层监测装置与监测方法 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB9518876D0 (en) * | 1995-09-15 | 1995-11-15 | Aea Technology Plc | Liquid flow monitor |
DE102004026702B3 (de) * | 2004-05-28 | 2006-02-09 | Deutsche Montan Technologie Gmbh | Vorrichtung zur Untersuchung von Ankerbohrlöchern |
KR101064596B1 (ko) | 2009-02-13 | 2011-09-15 | 한국지질자원연구원 | 지하수 관정용 추적자 순간 주입장치 및 주입방법 |
CN103556986B (zh) * | 2013-11-11 | 2016-04-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 模拟固井注水泥顶替效率测量方法 |
WO2017027447A1 (en) | 2015-08-11 | 2017-02-16 | Intrasen, LLC | Groundwater monitoring system and method |
CN106771345A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-05-31 | 中国地质大学(武汉) | 水流速流向测定装置及方法 |
CN111879965B (zh) * | 2020-08-06 | 2022-03-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种地下水测定设备及测定方法 |
US20230279770A1 (en) * | 2022-03-07 | 2023-09-07 | Talgat Shokanov | Method of using an ultrahigh resolution nanoparticle tracer additive in a wellbore, hydraulic fractures and subsurface reservoir |
CN115684642A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-02-03 | 河海大学 | 基于荧光示踪粒子的水槽试验表面流场测量方法及系统 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE159950C (de) * | ||||
US2553900A (en) * | 1947-12-29 | 1951-05-22 | Phillips Petroleum Co | Method of tracing the underground flow of water |
US3003856A (en) * | 1958-06-30 | 1961-10-10 | Sinclair Oil & Gas Company | Method for tracing the flow of h2o |
US3338095A (en) * | 1964-08-19 | 1967-08-29 | Exxon Production Research Co | Method for tracing the movement of fluid interfaces |
DE2722151A1 (de) * | 1977-05-16 | 1978-11-23 | Max Planck Gesellschaft | Geschaeumter kunststoffkoerper und dessen verwendung |
DE2827463A1 (de) * | 1977-06-29 | 1979-01-11 | Texaco Development Corp | Verfahren zur bestimmung von lage und fliessgeschwindigkeit von in waagerechter richtung an der ein bohrloch umgebenden verrohrung in einem interessierenden formationsbereich vorbeifliessenden formationsfluessigkeiten |
EP0044730A2 (de) * | 1980-07-21 | 1982-01-27 | National Research Development Corporation | Vorrichtung zur Analyse einer zweidimensionalen Strömung |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1245629B (de) * | 1964-08-18 | 1967-07-27 | Bundesversuchs Und Forschungsa | Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Stroemungsgeschwindigkeit des Grundwassers mittels radioaktiver Isotope |
DE2831215A1 (de) * | 1978-07-15 | 1980-01-24 | Bergwerksverband Gmbh | Vorrichtung zur bohrlochvermessung |
US4396943A (en) * | 1981-06-10 | 1983-08-02 | Lord David E | Video flowmeter |
JPS63106589A (ja) * | 1986-10-23 | 1988-05-11 | Oyo Chishitsu Kk | 地下水流動測定方法および測定装置 |
US4783314A (en) * | 1987-02-26 | 1988-11-08 | Nalco Chemical Company | Fluorescent tracers - chemical treatment monitors |
GB8722744D0 (en) * | 1987-09-28 | 1987-11-04 | Shell Int Research | Optical flow member |
-
1992
- 1992-09-16 DE DE4230919A patent/DE4230919A1/de not_active Withdrawn
-
1993
- 1993-09-14 AU AU49441/93A patent/AU4944193A/en not_active Abandoned
- 1993-09-14 WO PCT/DE1993/000856 patent/WO1994007147A1/de active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE159950C (de) * | ||||
US2553900A (en) * | 1947-12-29 | 1951-05-22 | Phillips Petroleum Co | Method of tracing the underground flow of water |
US3003856A (en) * | 1958-06-30 | 1961-10-10 | Sinclair Oil & Gas Company | Method for tracing the flow of h2o |
US3338095A (en) * | 1964-08-19 | 1967-08-29 | Exxon Production Research Co | Method for tracing the movement of fluid interfaces |
DE2722151A1 (de) * | 1977-05-16 | 1978-11-23 | Max Planck Gesellschaft | Geschaeumter kunststoffkoerper und dessen verwendung |
US4264330A (en) * | 1977-05-16 | 1981-04-28 | Dieter Schmidt | Method of visualizing the flow pattern of a fluid using optically active, radioactive or chemically active particles of desired density |
DE2827463A1 (de) * | 1977-06-29 | 1979-01-11 | Texaco Development Corp | Verfahren zur bestimmung von lage und fliessgeschwindigkeit von in waagerechter richtung an der ein bohrloch umgebenden verrohrung in einem interessierenden formationsbereich vorbeifliessenden formationsfluessigkeiten |
EP0044730A2 (de) * | 1980-07-21 | 1982-01-27 | National Research Development Corporation | Vorrichtung zur Analyse einer zweidimensionalen Strömung |
Non-Patent Citations (7)
Title |
---|
57- 57265 A., P-129, July 20, 1982, Vol. 6,No.133 * |
BÖHM, H.: Die erste Fernseh-Bohrlochsonde: In: VDINachrichten, Juli 1957, S.366-368 * |
HEUSER, W.: Optische Überprüfung von Brunnenanla- gen - Ein wichtiges Hilfsmittel fürden Wasserwerk-betrieb - In: Neue DELIWA-Zeitschrift, H.11/91, S.482-484 * |
JP Patents Abstracts of Japan: 62- 93667 A., P-622, Oct. 3, 1987, Vol.11,No.303 * |
LEIPERTZ, A.: Modular aufgebautes Laser-System zurAnalyse von Gasströmungen und Verbrennungspro- zessen, Teil I. In: messen prüfen automatisieren, Jan./Febr. 1986, S.58-60 * |
LEIPERTZ, A.: Modular aufgebautes Laser-System zurAnalyse von Gasströmungen und Verbrennungspro- zessen, Teil II. In: messen prüfen automatisieren,April 1986, S.209-212 * |
PÜTZ, Winfried: Stand der optisch-meßtechnischen Verfahren zur Untersuchung von Grundwasserauf- schlüssen. In: bbr 6/85, S.232-241 * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4408072A1 (de) * | 1994-02-01 | 1995-08-03 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verwendung einer elektronischen Hochgeschwindigkeitskamera bei einem Verfahren zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten in einer Strömung |
US6401547B1 (en) | 1999-10-29 | 2002-06-11 | The University Of Florida | Device and method for measuring fluid and solute fluxes in flow systems |
US7284448B2 (en) | 2004-11-16 | 2007-10-23 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Device and method for passively measuring fluid and target chemical mass fluxes in natural and constructed non-porous fluid flow system |
EP1867833A1 (de) * | 2006-06-15 | 2007-12-19 | Services Pétroliers Schlumberger | Vorrichtung und Verfahren zur Darstellung von Bildern einer Bohrlochwand |
DE102008029700A1 (de) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Palas Gmbh Partikel- Und Lasermesstechnik | Verfahren zum Bestimmen des Eindringens von Prüfpartikeln in einen Messbereich |
CZ302927B6 (cs) * | 2008-07-23 | 2012-01-18 | Isatech, S. R. O. | Zarízení k detekci a merení koncentrace fluorescencní stopovací látky, zpusob merení a použití tohoto zarízení |
CZ302579B6 (cs) * | 2010-04-29 | 2011-07-20 | Aquatest A.S. | Metoda urcování smeru horizontálního proudení podzemní vody v jednotlivých vrtech |
WO2014173442A1 (de) | 2013-04-24 | 2014-10-30 | Schöttler Markus | VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR OPTISCHEN ERFASSUNG VON FLIEßBEWEGUNGEN IN FLÜSSIGEN UND/ODER GASFÖRMIGEN MEDIEN |
WO2015058110A3 (en) * | 2013-10-17 | 2015-06-25 | Weatherford/Lamb, Inc. | Apparatus and method of monitoring a fluid by a tracer |
US10107095B2 (en) | 2013-10-17 | 2018-10-23 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Apparatus and method for monitoring a fluid |
CN113739844A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-12-03 | 重庆交通大学 | 基于稀释法的地下水分层监测装置与监测方法 |
CN113739844B (zh) * | 2021-08-02 | 2024-04-16 | 重庆交通大学 | 基于稀释法的地下水分层监测装置与监测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1994007147A1 (de) | 1994-03-31 |
AU4944193A (en) | 1994-04-12 |
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