An automated inverse method for slug tests—over-damped case—in confined aquifers

Abstract

Slug tests offer an efficient method for estimating the hydraulic parameters of an aquifer without water pumping. Two inverse methods are typically used to assess the slug test data and derive parameter estimates of a confined aquifer. The first method provides estimates of both hydraulic conductivity and specific storage, is visual (hence difficult to automate), and is based on the transient-flow analytical solution of Cooper et al. The second method, proposed by Hvorslev, is very straightforward, but provides only hydraulic conductivity estimates. In this study, we are testing the recently proposed quasi-steady method of Koussis and Akylas, which enables the estimation of both hydraulic parameters and, furthermore, can be easily implemented in computer code or an electronic spreadsheet. This quasi-steady method was coupled with the shuffled complex evolution optimization method to fully automate parameter estimation. This coupling is tested using data from field observations, synthetic data produced from the transient-flow analytical solution, and synthetic data with noise. The results show the usefulness and the limitations of the proposed method.

Editor Z.W. Kundzewicz

Résumé

Les essais d’injection sont une méthode efficace pour estimer les paramètres hydrauliques d’un aquifère sans pompage d’eau. Deux méthodes inverses sont généralement utilisées pour évaluer les données des essais d’injection et obtenir des estimations des paramètres d’un aquifère captif. La première méthode, qui fournit des estimations de la conductivité hydraulique et de l’emmagasinement spécifique, est visuelle (donc difficile à automatiser) et est basée sur la solution analytique du régime transitoire de Cooper et al. La seconde méthode, proposée par Hvorslev, est très simple mais ne fournit que des estimations de la conductivité hydraulique. Dans cette étude, nous testons la méthode du régime quasi-permanent récemment proposée par Koussis et Akylas qui permet d’estimer les deux paramètres hydrauliques et peut être facilement mise en œuvre dans un code informatique ou une feuille de calcul. Cette méthode de quasi-équilibre a été couplée avec la méthode d’optimisation « Shuffled Complex Evolution » pour automatiser entièrement l’estimation des paramètres. Ce couplage a été testé en utilisant de données de terrain, de données synthétiques produites à partir de la solution analytique en régime transitoire et de données synthétiques bruitées. Les résultats montrent l’utilité et les limitations de la méthode proposée.

Key words:

• confined aquifers
• optimization
• parameters estimation
• SCE method
• slug test

Mots clefs:

• aquifères captifs
• optimisation
• estimation des paramètres
• méthode SCE
• essai d’injection