Design of recharge and abstraction well systems in heterogeneous aquifers: modeling and experimental studies

“For centuries, water wells have been used to access groundwater in the subsurface for recharge or production purposes. During the last decades, the use of wells for abstraction, recharge and storage of water in the subsurface is increased for a wide variety of applications. For some water well applications the hydraulic impact needs to be limited to a given depth or portion of the aquifer in order to optimise the entire efficiency of the well system. For such cases, partially-penetrating wells (PPWs) screened in the desired portion of the aquifer are beneficial, instead of fully-penetrating wells (FPWs) or wells that screen a large portion of the aquifer. The selection of a proper design for such PPW systems requires thorough understanding of the hydraulic characteristics of the subsurface and the well hydraulics of the PPW itself.
In this thesis, the use of PPWs in heterogeneous aquifers to obtain more efficient well designs is investigated. In practice, a proper design of such well-systems requires insight in the spatial variability of the hydraulic properties of the aquifer system. Installation and completion of wells based on poor hydrogeologic characterisation of the subsurface could result in less favourable conditions for the individual abstraction or injection wells, as well as for the operational processes and conditions of the entire well system. In particular, this thesis focusses on the optimisation of the well design for the following two well applications:
1.Minimise the overall hydraulic impact of construction dewatering systems with artificial recharge PPWs.
2.Minimise the buoyancy impact on the thermal recovery efficiencies of seasonal high-temperature aquifer thermal energy storage (HT-ATES) systems.”

“In dit proefschrift is onderzocht hoe putsystemen efficiënter kunnen worden ingericht door gebruik te maken van onvolkomen putfilters in heterogene grondwaterpakketten. Onvolkomen putfilters maken het mogelijk om de processen en condities tijdens gebruik van het putsysteem te optimaliseren door op specifieke dieptes in het grondwaterpakket water te infiltreren of te onttrekken. Echter, in de praktijk betekent dit dat er een duidelijk inzicht nodig is van de variabiliteit in doorlatendheid van het grondwaterpakket voor een goed putsysteemontwerp met onvolkomen putfilters. Wanneer de installatie en de
afwerking van putten is gebaseerd op slechte of onvoldoende karakterisering van de bodemopbouw, kan dit leiden tot minder goed werkende putten en ongunstige processen en condities tijdens het gebruik van het putsysteem. In het bijzonder richt dit proefschrift zich op de optimalisatie van twee puttoepassingen in verschillende typen grondwaterpakketten:
– Een minimale hydraulische invloed op het bemalingsveld door gebruik te maken van onvolkomen retourputten tijdens het ontwerpen van retourbemalingssystemen.
– Een minimale invloed van dichtheidsgedreven opdrijving van warm water op het terugwinrendement na opslag van thermische energie in het grondwaterpakket tijdens hoge temperatuur opslag.”

(Citaat: van Lopik, J.H. – Design of recharge and abstraction well systems in heterogeneous aquifers, modeling and experimental studies – Utrecht Studies in Earth Sciences, volume 205 – (Dissertation)- Supervisor(s): Schotting, Ruud; Raoof, Amir; Hartog, Niels – University Utrecht (20 januari 2020) – (Open Access))