Academic literature on the topic 'Grundvattenmodellering'

<p>Over an extended period of time there have been plans to establish a shared facility in Lennheden to extract groundwater from the Badelunda esker to provide drinking water for the cities of Borlänge and Falun. The city of Falun is dissatisfied with the quality of its drinking water and the city of Borlänge is concerned about the risk of contamination of its existing groundwater supply at its current location. To provide a basis for a decision on this issue, the company Midvatten AB has been commissioned to perform hydrogeological investigations in the area of Lennheden.</p><p>The purpose of this thesis is to design a functional groundwater model of the area between Lennheden, place of planned extraction, and Övre Tjärna, place of existing extraction, to get a better understanding of the groundwater situation in the area. A groundwater model enables simulations of different scenarios in risk assessment and contaminant transport. The aim of the thesis is that the model can be used as an aid in Midvatten’s investigations in Lennheden and that it also can be used in future projects in the area.</p><p>The model has been made in Processing Modflow 5.3 and encompasses an area of 19,5 × 11 km along the Badelunda esker and the river Dalälven between Djurmo and Frostbrunnsdalen. The model has 6 layers and a cell resolution of 50 × 50 meters and 50 × 100 meters. The physical parameters of the model are comprised from different hydrological and geological investigations in the area.</p><p>The Badelunda esker and the river Dalälven totally dominate the groundwater situation in the area. A large part of the work in the thesis has been focused on the calibration of the horizontal hydraulic conductivity in the esker and the vertical hydraulic conductivity in the riverbed of Dalälven. The calibration of the model implies a vertical hydraulic conductivity of 0,01 – 0,1 md-1 in the riverbed of Dalälven, depending on the riverbed thickness.</p><p>Between Bäsna and Övre Tjärna, simulated and observed groundwater levels correspond well. The transport time of the water in the esker, simulated in PMPATH, also corresponds well with estimated transport times. The model can be used for simpler studies of contaminant transport.</p><p>Simulation of the pumping test in Lennheden gives a good correspondence eastward in the esker from Lennheden to Övre Tjärna. Westward in the esker, from Lennheden to Bäsna, the draw down is sharper than observed. Possible reasons for the sharper draw down is an underestimation of the bulk of the esker and that the vertical hydraulic conductivity of the riverbed is set too low between Lennheden and Bäsna.</p><p>In order to improve the model, the most important step should be to thoroughly investigate the river Dalälven with regards to vertical hydraulic conductivity in the riverbed and riverbed thickness.</p><br><p>Under en längre tid har det funnits planer på att upprätta en ny, gemensam vattentäkt för Borlänge och Falu kommun i Badelundaåsen i Lennheden nordväst om Borlänge stad. Falu kommun är missnöjd med vattenkvaliteten i sin ytvattentäkt och Borlänge är oroad över riskerna med att ha sin nuvarande vattentäkt i Badelundaåsen lokaliserad i nära anslutning till riksväg 70 och järnvägen. Beslut i frågan ska tas under 2006 och Midvatten AB har fått i uppdrag att genomföra geohydrologiska undersökningar i och runt Lennheden som underlag till beslutet.</p><p>Syftet med det här examensarbetet är att skapa en fungerande grundvattenmodell för området mellan Lennheden, plats för planerat vattenuttag, och Övre Tjärna, plats för befintligt vattenuttag, för att få en större förståelse för grundvattenmagasinet. En grundvattenmodell möjliggör simulering av olika scenarion så som föroreningstransport i grundvattnet och bestämning av skyddsområden. Målet är att modellen ska kunna användas som ett komplement i Midvattens undersökningar och även användas i framtida projekt i området.</p><p>Modellen är gjord i Processing Modflow 5.3 och omfattar ett 19,5 × 11 km stort område längs Badelundaåsen och Dalälven mellan Djurmo och Frostbrunnsdalen. Modellen består av 6 lager där cellernas upplösning är 50 × 50 meter och 50 × 100 meter. De fysiska parametrar som modellen är uppbyggd av är sammanställda från olika hydrologiska och geologiska undersökningar som har utförts i området de senaste 30 åren.</p><p>Badelundaåsen och Dalälven är de två komponenter som totalt dominerar grundvattensituationen i området. En stor del av arbetet har fokuserats på kalibreringen av den horisontella hydrauliska konduktiviteten i åsen och den vertikala hydrauliska konduktiviteten i Dalälvens botten. I modellen är den vertikala hydrauliska konduktiviteten i Dalälvens botten kalibrerad till intervallet 0,01 – 0,1 md-1 beroende på bottnens mäktighet.</p><p>På sträckan mellan Bäsna och Övre Tjärna så fungerar modellen bra. Simulerade och observerade grundvattennivåer stämmer väl överens. Även vattnets transporttider i åsen, simulerade i PMPATH, stämmer väl överens med uppskattade transporttider. Modellen kan användas för enklare studier av ämnestransport.</p><p>Vid simulering av provpumpningen i Lennheden så är överensstämmelsen god österut i åsen, från Lennheden till Övre Tjärna. Västerut i åsen, från Lennheden till Bäsna, är avsänkningen av grundvattennivån för kraftig. Möjliga orsaker till den för kraftiga avsänkningen är att åsens utbredning är underskattad och att Dalälvens botten har en för lågt ansatt vertikal hydraulisk konduktivitet längs sträckan Lennheden – Bäsna.</p><p>Den klart viktigaste åtgärden för att förbättra modellen skulle vara att grundligt undersöka Dalälven, särskilt längs sträckan Djurmo – Båtsta, med avseende på dess bottens vertikala hydrauliska konduktivitet och mäktighet.</p>

Grundvattenmodellering av föroreningstransport   – Ett uppdragsanpassat beräkningsverktyg Emil Friberg Målet för detta arbeta var att bygga upp en modell i modelleringsprogrammet MODFLOW för spridning av förorenande ämnen i grundvattnet. Syftet med modellen var att finna en balans mellan den mycket enkla modellen som Naturvårdsverket har satt upp för förorenad mark och en fullskalig platsspecifik modell. Utgångspunkten var att studera litteraturen för att finna lämpliga generella parametrar som beskriver föroreningstransport i grundvattnet. Tre genomförda uppdrag med förorenad mark användes som referenskälla, men även för att evaluera den framtagna modellen. Föroreningarna som förekom i dessa uppdrag och som studerades i detta arbete är bensen, PCE och arsenik. Att finna lämpliga parametrar för beskrivning av transporten visade sig vara ganska enkelt, det finns en god förståelse för vilka faktorer som har betydelse. Däremot var det svårare att finna generella värden till dessa parametrar. Sammanställningar gjorda av Naturvårdsverket var en god källa. Den uppbyggda modellen döptes till ESM. Alla valda parametrar analyserades och modellen känslighetsanalyserades. Resultatet visade att vissa parametrar ger större känslighet än andra. Samtidigt visade analyserna att känsligheten varierar beroende på vilket intervall en viss parameter studeras samt att modellens känslighet även är beroende på värdena på de andra parametrarna. Bland annat visade det sig att dispersion alltid är en känslig parameter inom vissa intervall. Sorption och grundvattenflödets gradient visade sig enbart vara känsliga i vissa fall. ESM jämfördes med analytiska lösningsmetoder, Naturvårdsverkets riktlinjesmodell samt de tre utvalda uppdragen. Resultatet var blandat. I jämförelsen med den enklaste analytiska lösningsmetoden med enbart advektion och dispersion överensstämde inte resultaten . Då även sorption användes blev resultatet mycket bra med en hög överensstämmelse. Det gick inte att jämföra Naturvårdsverkets modell rakt av med ESM då förutsättningarna var ganska skilda. Däremot visade jämförelsen i ett större perspektiv att ESM ger en bättre bild av föroreningsspridningen än vad Naturvårdsverkets riktlinjesmodell ger.  Även jämförelsen mellan ESM och de utvalda uppdragen gav blandat resultat, vissa fall blev resultatet mycket bra medan andra mindre. Generellt gav ESM en bra bild av föroreningssituationen och dess karaktär men den har svårigheter att återspegla verkligheten beträffande uppmätta halter och andra mer specifika parametrar. Slutsatsen blev att ESM kan användas initialt för att få en bild av situationen och att modellen är enkel att förändra men kan inte återspegla alla aspekter på föroreningstransporten. Nyckelord: MODFLOW, MT3DMS, föroreningstransport, PCE, bensen, arsenik, riktvärde för förorenad mark Institutionen för geovetenskaper; luft-, vatten- och landskapslära. Uppsala universitet Villavägen 16, Se-752 36 UPPSALA

Loddby sulfitmassabruk var under sin verksamhetstid beläget vid Loddbyviken, cirka fem kilometer norr om Norrköping. På bruket bedrevs tillverkning av sulfitmassa mellan år 1899 och 1977 inom ett område som omfattar 18,6 hektar. Det före detta sulfitmassabruket anses idag vara förorenat till den grad att det medför en mycket stor risk för människors hälsa och miljön, men för att kunna besluta om åtgärder gällande den förorenade marken vid Loddby f.d. sulfitmassabruk behöver bland annat de hydrogeologiska förhållandena inom området klargöras. Detta examensarbete syftade till att kartlägga grundvattenströmningen vid Loddby f.d. sulfitmassabruk genom att utveckla en platsspecifik grundvattenmodell med modellkoden MODFLOW i programvaran Groundwater Modeling System (GMS). Dessutom avsåg examensarbetet att undersöka hur grundvattenströmningen i området påverkas av fluktuationer i den intilliggande Loddbyvikens vattennivå. Initialt utvecklades en konceptuell modell för området, där det hydrologiska systemet förenklat beskrevs med avseende på områdets geologi, hydrologi och klimat. Modellområdet avgränsades utefter topografiska vattendelare samt hydrologiska gränser och delades sedan vertikalt in i tre lager utefter de huvudsakliga jordmaterial som hade identifierats vid undersökningar i området: fyllnadsmaterial, lera och morän. I GMS delades modellområdet sedan in i ett rutnät med storleken 5x5 meter och dess ränder tilldelades lämpliga randvillkor. Genom att interpolera utsträckningen av modellens tre lager från sonderingspunkter med känd geologi kunde den konceptuella modellen beskrivas matematiskt i programvaran. För att öka modellens tillförlitlighet kalibrerades jordmaterialens hydrauliska konduktiviteter mot observerade grundvattennivåer i flertalet grundvattenrör inom Loddby f.d. sulfitmassabruk. Efter kalibrering var fyllnadsmaterialets, lerans samt moränens hydrauliska konduktivitet 2,1ˑ10-4 m/s, 5,7ˑ10-7 m/s respektive 3,9ˑ10-5 m/s. En känslighetsanalys utfördes slutligen för att undersöka hur valet av värden på jordmaterialens hydrauliska konduktiviteter samt grundvattenbildningen påverkar modellresultaten. Simuleringarna med den kalibrerade modellen visade bland annat att grundvattnet generellt rör sig från områdets västra delar mot Pjältån och Loddbyviken i norr och öster, dock runt de områden där bergytan når höga nivåer. Förändringar i Loddbyvikens vattennivå visade sig ha en viss påverkan på mängden vatten i systemet, men bedömdes inte medföra en större effekt på strömningsmönstret i området. Känslighetsanalysen visade att modellen var mycket känslig för värdet på grundvattenbildningen, samt att även den hydrauliska konduktiviteten för moränen hade en stor effekt på resultatet. Ett lågt värde på lerans genomsläpplighet visade sig kunna leda till modelleringssvårigheter och fyllnadsmaterialets konduktivitet hade generellt en liten påverkan på resultatet.<br>Loddby sulphite pulp factory was during its active days located next to Loddbyviken, approximately five kilometers north of Norrköping. Production of sulphite paper pulp was conducted between the years 1899 and 1977 within an area of 18,6 hectares. The former sulphite pulp factory is today considered polluted to the extent that it is entailing a great risk for human health and the environment, but to be able to decide what measures to take, the hydrogeological conditions in the area need to be clarified. The objective of this master’s thesis was to map the groundwater flow pattern within Loddby former sulphite pulp factory by developing a site-specific groundwater model with the groundwater flow model MODFLOW in the software Groundwater Modeling System (GMS). The master’s thesis also aimed at examining how the groundwater movement in the area is affected by fluctuations in the water level of Loddbyviken. A conceptual model was initially created to describe the hydrological system in a simplified way with regards to the geology, hydrology and climate within the area. The model domain was delimited by topographical water divides and hydrological boundaries, and was thereafter divided into three horizontal layers based on the main materials that have been identified during investigations within the area: filling material, clay and till. In GMS, the model domain was divided into a 5x5 meter grid and its borders were assigned appropriate boundary conditions. By interpolating the three model layers from scatter point data of known geology, the conceptual model could be described mathematically within the software. To increase the reliability of the model, the hydraulic conductivities of the materials were then calibrated against observed hydraulic head in several groundwater monitoring wells in the area. After the calibration, the hydraulic conductivities of the filling material, clay and till were 2,1ˑ10-4 m/s, 5,7ˑ10-7 m/s and 3,9ˑ10-5 m/s respectively. A sensitivity analysis was then performed in order to examine how the values of hydraulic conductivity and groundwater recharge would affect the model results. Simulations with the calibrated model showed that the groundwater generally moves from the western parts of the area towards Pjältån and Loddbyviken in the north and east. However, it moves around the areas where the impermeable bedrock is close to the ground surface. Changes in the water level of Loddbyviken proved to have some effect on the amount of water in the system, but they did not entail a greater influence on the groundwater movement pathways in the area. The sensitivity analysis showed that the model was very sensitive regarding the groundwater recharge and the hydraulic conductivity for the till. A very low conductivity of clay turned out to lead to some modeling difficulties and the conductivity of the filling material showed to only have a small effect on the result.

Perfluorerade alkylsyror (PFAS) är en grupp ämnen som de senaste åren har uppmärksammats för dess persistenta, bioackumulerande och toxiska egenskaper för människor och djur. Det är känt att brandövningsplatser där det filmbildande skummet AFFF har använts utgör betydande punktkällor för PFAS. Förutom att förorena marken vid brandövningsplatserna kan PFAS spridas med grundvattnet, vilket har orsakat förorenade dricksvattentäkter på ett flertal platser i Sverige. Hydrogeologiska modeller kan användas för att modellera grundvattnets flöden och medföljande föroreningar. Syftet med examensarbetet är att med en hydrogeologisk modell undersöka föroreningsspridning och transporttider av PFAS-ämnet perfluoroktansulfonat (PFOS) från en brandövningsplats till ytvatten och grundvattentäkter i Bredåkradeltat, väster om Kallinge i Blekinge. Den hydrogeologiska modellen skapades i Visual MODFLOW och transportmodelleringen gjordes med MT3D99 och MODPATH. Modellen kunde reproducera uppmätta grundvattennivåer, med en korrelationskoefficient (R) på 0,98 mellan modellerade och uppmätta nivåer. Med antagandet försumbar adsorption visade modellresultaten att en föroreningsplym med hög PFOS-koncentration (~90.000 ng/l) spreds från brandövningsplatsen till ett våtmarksområde väster om Klintabäcken, och vidare till dalen längs Klintabäcken med lägre koncentrationen (0–4.000 ng/l). Enligt modellen spreds dock inte föroreningen lika långt som uppmätta värden visar. När PFOS väl har nått Klintabäcken bedöms den kunna spridas snabbt med ytvattnet mot grundvattentäkterna, för att sedan infiltrera ned i isälvsmaterialet nära aktiva grundvattentäkter. Transporttiden av PFOS från brandövningsplatsen till Klintabäcken beräknades till sex år för den bäst kalibrerade modellen, vilket betyder att grundvattentäkterna kan ha varit förorenade sedan slutet av 1980-talet eller början av 1990-talet. Beräkningar av masstransport indikerar att runt 3,5 kg PFOS flödar genom Klintabäcken varje år, och att det mesta av den mängden kommer från området vid brandövningsplatsen. Trots förenklingar av Bredåkradeltats komplexa geologi och svårigheter att nå konvergens i modellen bedöms den kunna reproducera hydrogeologiska egenskaper inom deltat, samt föroreningsplymens spridning från brandövningsplatsen till Klintabäcken.

Norrvatten är ett kommunalförbund som förser Stockholms norra kommuner med dricksvatten. Norrvatten har fyra grundvattentäkter som skulle kunna fungera som reserver vid ett eventuellt ledningsbrott eller förorening av den ordinarie ytvattentäkten, Mälaren. Målet är att uttaget från Mälaren vid behov ska kunna ersättas i upp till en månad.  De befintliga grundvattentäkterna har i dagsläget inte den vattentillgång som behövs för detta. Grundvattengruppen har på uppdrag av Norrvatten gjort en genomgång av tidigare undersökningsmaterial, driftdata och kompletterande fältbedömningar som visade att konstgjord grundvattenbildning i form av infiltration skulle kunna vara en lämplig lösning på problemet med grundvattentäkternas begränsade vattentillgång. Utifrån denna information har Norrvatten även valt ut Märsta grundvattentäkt, strax söder om Arlanda, som den första reservgrundvattentäkten att utföra infiltrationsförsök på. I denna studie simuleras olika uttags- och infiltrationsscenarier för att fungera som en prognos för framtida provpumpningar och infiltrationsförsök i fält. För att se hur grundvattenmagasinet svarar på olika uttags- och infiltrationsscenarier genomfördes en grundvattenmodellering. I en konceptuell modell beskrevs grundvattenmagasinets gränser, grundvattenbildning, jord- och berglagerföljder, materialegenskaper och grundvattenströmning. Med den konceptuella modellen som grund konstruerades en matematisk modell som sedan användes för simuleringar av scenarier i programmet Feflow 6.1. Modellen byggdes upp av en generisk lagerföljd som princip, med som mest sex olika jordlagerföljder där ett berglager med låg vattengenomsläpplighet utgjorde det understa lagret. Modellen tilldelades randvillkor där no flow antogs i samtliga av modellen yttre gränser medan den delen av modellen som representerar sjön Fysingens botten tilldelades ett villkor som relaterar flödet över randen till vattenståndet i sjön. Efter modellens uppbyggnad kalibrerades den med hjälp av tidigare uppmätta grundvattennivåer i området. Kalibreringen utfördes först för stationära, ostörda förhållanden och sedan för transienta förhållanden där tidigare pumptest användes som grund. Med den färdigkalibrerade modellen simulerades sedan tre scenarier på (i) 100 L/s uttag utan infiltration, (ii) infiltration och uttag med 150 L/s samt (iii) infiltration och uttag med 300 L/s. Samtliga scenarier simulerades under en månads tid. Resultatet av de simulerade infiltrations- och uttagsförsöken visar att det skulle vara möjligt att gör ett uttag av 150 L/s eller 300 L/s under en månads tid så länge som det sker en konstgjord grundvattenbildning genom infiltration av samma mängd. Att ta ut mängder i storleksordningen av 100 L/s utan infiltration kommer troligtvis påverka grundvattnets kvalitet negativt med avseende på hårdhet och kloridhalt.<br>Norrvatten is a municipal council which produces and distributes water to the northeastern part of Stockholm. Norrvatten has four groundwater treatment plants that could work as backups in case one of their pipelines break or their current surface water resource, Mälaren, gets contaminated. Norrvatten has set a goal to be able to replace Mälaren for up to one month if needed. However, neither of their four backup groundwater resources, in the current state, would be able to meet that demand. Field studies and analysis of data from existing drilling wells showed that using infiltration as artificial groundwater recharge would be a suitable solution of the limited water supply. The groundwater supply in Märsta which is one of Norrvatten’s reserve water supplies was considered to be a good location to start the infiltration tests at. The purpose of this study is to serve as a forecast for future field studies of pumping and infiltrations tests. Groundwater modelling was used to see how the groundwater supply responds to potential infiltration and extractions by simulating different withdrawals and infiltration scenarios. The groundwater divide, groundwater recharge, soil and rock strata, material properties and groundwater flow were described in a conceptual model. A mathematical model was then created based on the conceptual model. The program used for simulating the different scenarios was Feflow 6.1. A generic soil strata with 6 layers was assigned to the model with a rock layer with low water permeability as the bottom layer. Height data was obtained from The Swedish mapping, cadastral and land registration authority (Lantmäteriet) and used to create the surface of the ground. The surface of the rock layer was created from information about elevations of the rock above surface level and information from drilling wells of depth to rock surface. The boundary conditions assigned to the model were no flow across the whole outer boundary and a head-dependent flow boundary condition along the bottom of lake Fysingen.  The model was calibrated with some measured ground water levels in the area. At first the calibration was performed assuming steady state and then for transient conditions with data from previous pumping tests. Three different scenarios were simulated in the model, chosen with the purpose to give a significant contribution to the total amount of water that Norrvatten requires during one month. The scenarios were; a withdrawal of 100L/s without infiltration, withdrawal and infiltration of 150L/s and withdrawal and infiltration of 300L/s. The simulated result showed that a withdrawal of 100 L/s during one month without infiltration would probably have a negative impact on the quality of the groundwater when it comes to chloride and hardness of the water. However, withdrawal with 150 L/s or 300 L/s during one month seem to be possible if infiltration by the same amount of water is carried out in suitable places within the model area.

When building tunnels in rock, an inflow of groundwater is likely induced. Depending on the hydraulic properties of the rock and the surrounding soils, the inflow may cause a decline in the groundwater level above the tunnel line with possible consequences for nearby well facilities or groundwater dependent environments. Discharge of the inflowing groundwater represents an operation of water (vattenverksamhet in Swedish) according to the Swedish environmental law, meaning that permission must be applied for at the Environmental Court. In the application, the operator presents an area of influence for groundwater, which defines the area where the groundwater levels could change due to the planned operation. In this work, the area of influence has been defined as the area where the groundwater level is lowered by more than five centimeters. As part of the project Tvärförbindelse Södertörn in southern Stockholm, the Swedish Transport Administration is planning for the construction of a tunnel in rock adjacent to Glömstadalen in Huddinge municipality. The aim of this master thesis was to investigate the extension of the area of influence of the tunnel through two-dimensional groundwater modelling. A site-specific model was created in the program SEEP/W by establishing a cross-section orthogonal to the tunnel and through examination of the hydrogeological conditions in the area. Steady-state modelling of both unsaturated and saturated flow was then carried out including and excluding the tunnel. Through this, the change in groundwater levels due to the tunnel could be reviewed. Since the development of the model required simplifications and assumptions of the site-specific conditions, a simple sensitivity analysis was also performed where a few model parameters were altered to examine how the area of influence changed. The modelling results showed that the tunnel, when sealed suitably, at most changed the groundwater levels 680 meters north and 840 meters south along the studied cross-section. The smallest effect on the groundwater levels was observed 400 meters north and 560 meters south of the tunnel. Differences in the extension of the area of influence were noticed depending on how the outflow of groundwater in Glömstadalen was represented, and which sealing properties around the tunnel were used. Furthermore, the modelling showed that the hydraulic conductivity of the rock is of major importance for the location of the groundwater table, and therefore it is considered relevant to perform hydraulic tests in the rock to increase the reliability of the model.

Geothermal energy can be extracted from an aquifer, where the groundwater is used as heat exchange medium while heat and cold are stored in the surrounding material in the aquifer and to some extent in the groundwater. Application of aquifer storage for the use of geothermal energy is mainly used in large scale facilities and is limited to sites with suitable aquifers in the form of ridges, sandstone and limestone aquifers. Löwenströmska hospital in the municipality of Upplands Väsby, north of Stockholm, is located nearby the northern part of the Stockholm esker. This means that it can be profitable and environmentally beneficial for the hospital to examine the possibilities of aquifer storage in the esker material next to its property. The purpose of this master thesis has been to investigate if geothermal energy storage with a seasonal storage of heat and cold can be applied within Löwenströmska hospital’s property area using groundwater modeling. A hydraulic groundwater model was constructed in MODFLOW based on a simplified conceptual model of the groundwater system. The hydraulic groundwater model was calibrated and validated against observed groundwater levels before and after a pumping test. The hydraulic groundwater model was then used to implement a fictitious geothermal energy storage with MT3DMS. MT3DMS is a modular function used with MODFLOW, which can be modified to simulate heat transport. The result shows that the geothermal energy storage can store seasonal heating and cooling of about 4 GWh, which covers 85 % of the hospital’s heating demand with an assumed SP-factor of 4, and the entire cooling demand. To cover 50 % of the peak heating power it was calculated that a flow of 63 l/s was needed, and according to the model this is possible. The geothermal energy storage does not need to be completely in energy balance, since the aquifer is recharged with its natural groundwater. The location of the wells influences which flows that are needed to create energy balance. A too close placement of the wells leads to a thermal breakthrough. The hydraulic conductivity of the esker material affects the amount of energy that can be stored. A higher hydraulic conductivity provides greater energy losses and a lower hydraulic conductivity favors the energy storage but gives a greater influence area. A number of assumptions have been made in the model construction of the hydrogeological model and further investigation of the geological and hydrogeological conditions are desirable to improve the model.

Groundwater is an important natural resource in Sweden due to almost 50 % of the produced drinking water origins from groundwater, 50 % of the groundwater is artificially made. Artificial recharge is necessary in some areas in Sweden to enable enough groundwater extraction for the drinking water supply. Artificial recharge will affect the groundwater levels in the system. The infiltration of water can also affect the spread of pollution in the area. The effect of pollution spreading is due to the change in available oxygen in the system. When infiltrating water, the soil can go from anaerobic- to aerobic conditions, which in turn can cause mobilization of pollutants. This master project was carried out in collaboration with the consultancy company WSP. In this thesis, an esker assessed as suitable for artificial recharge from a hydrogeological point of view, is investigated regarding the contamination spread. Stockholm vatten och avlopp (SVOA) is investigating the possibilities for producing drinking water by artificial recharge in the esker. The area has been identified as a potential hazardous area by the Swedish environmental protection agency and increased levels of zinc, lead and copper have been found in the soil. The aim with this project is to investigate how zinc, lead and copper could spread in the groundwater for the current situation. This project also aims to investigate how the artificial recharge would affect the groundwater levels in the system as well as the effect of the spread of zinc, lead and copper regarding the mass transport, transportation time and the contaminant plume. A hydrogeological model was created in MODFLOW where the effect of infiltration was simulated. Models for groundwater transport as well as mass transport was created in MODPATH respectively in MT3DMS. The hydrogeological model´s Normalized root mean square (nRMS) was 7,4 % and the maximal residual between observed and simulated groundwater levels was 0, 16 meters. Two different scenarios for artificial recharge were investigated, one called pilotförsöket and the other called fullskaleanläggningen. For the pilotförsöket was 100 L/s infiltrated and for fullskaleanläggningen was 280 L/s infiltrated, the amount of extracted groundwater was assumed to be equal as the amount of infiltrated surface water. The simulations were indicating that the groundwater levels could rise up to 7 meters locally around the infiltration area. The groundwater levels closer to the extraction wells could decrease by 4 meters in pilotförsöket and decrease by 10-15 meters in fullskaleanläggningen. The simulations of zinc, copper and lead in the infiltration area, are indicating an increase in maximal concentration as well as an increase for the plume of contaminants as a result of infiltration. The maximal concentrations in the simulations of pilotförsöket were found to be in the following ranges 4x10-5 to 2,8x10-8 mg/L for lead; 8 x10-4 to 2,5x10-6 mg/L for copper and 0,012 to 9x10-4 mg/L for zinc. Fullskaleanläggningen resulted in the highest concentrations of the simulated scenarios. The following ranges were observed in the simulations of fullskaleanläggningen 4,5x10-5 to 4x10-8 mg/L for lead; 0,014 till 2,5x10-6 mg/L for copper, and 0,035 till 3x10-3 mg/L for zinc. The plume of contaminants was observed to increase with an increasing amount of infiltrated water. During the simulation period of 10 years, the simulation implies that zinc, copper and lead mainly will be transported close to the infiltration area. The results for simulations in all scenarios indicate that the plume of contaminant will not reach the extraction wells. These results can be due to longer transportation times than 10 years, as well as that the increase volume of water in the system will dilute the levels of metals. This master project indicates that the artificial recharge in the area will affect the groundwater levels in the system. Due to the change in groundwater levels can also the spread of zinc, copper and lead increase in magnitude and in size. This master project also indicates that zinc, copper and lead would not reach the extraction wells in high levels within a 10 years period. The simulations indicate that the area could be appropriate to use for artificial recharge, when considering zinc, copper and lead. This assessment is only based on the simulations of the mass transport of zinc, copper and lead and with the assumption that the contaminated soil would be excavated if an infiltration area is built. Even though the simulations indicate that the area could be appropriate. Other pollutants that was found, but not simulated, at increased levels could have a different transportation time as well as mass transport from the infiltration area. Regarding the age of the landfill it is likely in the methanogenic phase and leaching of contaminants could already have happened decades ago. With these two aspects in mind, my recommendation is that more investigations are made regarding the spread of other pollutants as well as the level of zinc, lead and copper in the groundwater closer to the extraction wells.

Poly- och perfluorerade alkylsubstanser (PFAS) är samlingsnamnet för en stor grupp kemikalier som det senaste årtiondet tilldelats världsomfattande uppmärksamhet med anledning av frekventa förekomster i vattenmiljö, djurliv och människor. Samtliga PFAS som uppträder i miljön är antropogena och har blivit industriellt framtagna och tillämpade i över 60 år. På grund av deras fysiska och kemiska stabilitet och ytaktiva egenskaper är PFAS eftertraktade inom en rad olika industriella och kommersiella produkter, från filmbildande brandskum till vatten-, smuts- och fettavvisande ytbeläggningar. De omfattande möjligheterna för användning har resulterat i utsläpp av PFAS i miljön, antingen av direkta källor (~80 %) som tillverkning och tillämpning av PFAS-innehållande produkter, eller indirekta källor (~20 %) som nedbrytning och transport av prekursorer. Åtgärder har därför tagits på nationell, regional och global nivå för att begränsa användningen och spridningen av selekterade PFAS-ämnen. En av de mest uppmärksammade föroreningsproblemen med PFAS i Sverige är utsläppen av filmbildande brandsläckningsskum (AFFF) från brandövningsplatser. Som en konsekvens av flera decenniers användning och okontrollerat utsläpp till miljön har koncentrationerna av PFAS uppmätts att vara som högst i anslutning till övningsplatserna. Ämnenas mobilitet och höga vattenlöslighet gör att risken för transport till kringliggande områden är stor, vilket ökar risken att förorena närliggande grundvattentäkter. Flera exempel på PFAS-haltigt dricksvatten i svenska hushåll har bland annat upptäckts i kommuner såsom Uppsala, Ronneby, Halmstad, Botkyrka. Två före detta brandövningsplatser i Bodens kommun har brukat AFFF i övningssyfte i samband med brandövningar då platserna var aktiva. NIRAS Sweden AB har på uppdrag av Försvarsmaktens miljöprövningsenhet utrett området med avseende på PFAS och konstaterade förhöjda nivåer av ämnena i grundvattenmiljö. Eftersom flera ytvattenförekomster gränsar till brandövningsområdet finns det en oro för ämnenas spridningsbenägenhet och potential att påverka närmsta dricksvattentäkt. Syftet med examensarbetet har av den anledningen varit att kartlägga spridningen av PFAS i grundvatten från de två före detta brandövningsstationerna i Boden. Tillvägagångssättet har gått ut på att upprätta en grundvattenmodell i modelleringsprogrammet Visual MODFLOW Classic. Den hydrogeologiska modellen har tillämpats för att utföra föroreningstransport med hjälp av insticksmodulerna MODPATH och MT3DMS. Transport av det mest framträdande PFAS-ämnet i området, PFOS, modellerades från båda brandövningsplatserna och föroreningsplymens utveckling har visualiserats i flera tidssteg. Resultatet från grundvattenmodelleringen visade att grundvattnet från brandövningsområdena i det övre grundvattenmagasinet rör sig i nordvästlig till nordöstlig riktning, men även mot Luleälven. I det undre grundvattenmagasinet rör sig vattnet i nordvästlig, men har också tendens att röra sig mot Luleälven. Föroreningstransporten visade att PFOS har benägenhet att röra sig mot Luleälven i en sydvästlig riktning. Transporttiden av PFOS från brandövningsplatserna till Luleälven beräknades med MODPATH till sex respektive 7 år för den kalibrerade modellen och område 13/24. Visualisering av PFOS-plymen med MT3DMS visade att det tar cirka 100 år för ämnena att nå Luleälven.<br>Poly- and perfluoroalkyl substances (PFASs) is the collective name for a large group of organic chemicals which in the past decade have gained global attention due to their frequent occurence within the aquatic environment, wildlife and humans. All PFAS that occur in the environment are man-made and have been industrially created and used for over 60 years. Due to their physical and chemical stability and surface active attributes, PFAS are coveted within an array of industrial and commercial products, such as film-forming fire foam to water, dirt and grease-repellent coatings. The many possibilities to use PFAS have led to environmental emissions, either through direct sources (~80%) like manufacturing and application of PFAS-containing products, or indirect sources (~20%), through decomposition and transport of precursors. Within the PFAS-family, perfluoroctanesulfonat (PFOS) and perfluoroctaneacid (PFOA) are the most well-known and studied chemicals which have gained particular attention due to their persistence and high frequency in the environment, in turn leading them to be easily detected in humans and animals globally. PFOS and PFOA have further shown bioaccumulative and toxic traits and have thus increased the regulatory interest in the chemicals in questions of environmental and human health. Measures have therefore been taken on national, regional and global levels to restrict the use and dispersion of selected PFAS-substances affiliated with negative effects. One of the contamination issues to have gained most attention in Sweden is the emission of film-forming fire foam from fire drill locations. The PFAS-containing foam has been used throughout the country for practicing extinguishing fires related to class B: liquid fires, and has been predominantly used by military, airports and industries. As a consequence from the multi decennial use and uncontrolled emissions, the PFAS concentration, mainly PFOS and PFOA, has been measured to be highest in connection with the exercise sites. The substances mobility and high water solubility has increased the risk for their transportation to nearby areas and they may through rainfall infiltrate the ground to potentially reach the groundwater where they risk contaminating nearby groundwater sources. In Sweden, contaminated PFAS-areas are a particularly debatable issue, as about 50% of Swedish drinking water comes from groundwater-related water sources and for that reason, they have increased the general concern for human exposure. Several examples of PFAS-rich drinking water in Swedish households have been found in municipalities as Botkyrka, Halmstad, Ronneby and Uppsala and have in some cases been so high that related water resources have been withdrawn. Even if the intake of drinking water containing large quantities of PFAS substances is not considered to give rise to acute health effects, awareness of the long-term effects of exposure to PFAS is still very limited. A number of experimental and epidemiological studies focusing on PFOS and PFOA, on the other hand, have documented that both high and low doses of the substances can cause a number of adverse health effects. More recently, regulations on legislation for PFAS have reduced the scope of application, preferably for PFOS, but in accordance with this, products such as PFOS-containing fire foams have been substituted with other PFAS which have continued to be used at fire drill locations in Sweden. Continuous emissions of PFAS at these sites are thus still an up-to-date and forthcoming issue, as the substances - together with already existing pollutants - will remain for a long time to come. There are therefore reasons to limit the use further, but due to the lack of data for most PFAS pollutants, there is currently no benchmark value issued by the EU for PFAS other than PFOS. However, the National Food Agency has issued limit values based on the presence of 11 PFAS substances (PFBS, PFHxS, 6:2 FTSA, PFBA, PFPeA, PFHxA, PFHpA, PFNA, PFDA, PFOA och PFOS) with an action threshold of 90 ng·L-1and a health-based limit value for 900 ng·L-1. The values ​​should give an indication that levels of PFAS which are larger in scope than the recommendation are too high and that measures should be taken to minimize the risk of spreading and unhealthy exposure to humans. For this reason, fire drill locations using fire-containing foam containing PFAS in Sweden are a high priority for mapping PFAS distribution in the country and identifying potential areas that are at risk of being affected by the spread of the pollutants in soil and water. As a result, two closed fire drill locations in Boden municipality - as part of a nationwide survey - have been investigated with regard to the fire extinguishing foam that has historically been used and caused pollution in the area. The PFAS-based fire foam is assumed to have had historical application to two exercise sites that operated between 1940 – 1985 and 1987 – 2005, respectively. In 2016, an environmental technical soil survey was carried out with regard to the presumed PFAS occurrence for the area. The investigation was based on sampling of soil and groundwater at four and eight different points respectively, centered around the two fire drill locations, and the results showed that the current contamination in the area was clearly noticeable and that the levels were higher than the Swedish Food Agency's recommended action threshold. Findings of PFOS that exceeded SGI's preliminary target value in groundwater (45 ng·L-1) and in soil (10 µg/kgTS) were also measured in connection with the two fire drill sites, which increased the interest in broadening the mapping of the current pollution situation with the aim of creating a better understanding of the extent of the pollution and potential spreading potential. Because the knowledge of the groundwater flow direction is limited, a hydrogeological model over the fire drill location can lead to a better understanding of the groundwater flow direction and thus the possible spreading direction of the present PFAS substances. The model can also be used as a tool for calculating the time required for the potential of the pollutants to affect the nearest protection object and thereby estimate and prevent the risks for human exposure in the area at the conceivable start of construction work in the now discontinued area. The results from the groundwater modelling showed that the groundwater from the fire drill areas in the upper groundwater reservoir moves in a northwesterly to northeasterly direction, but also towards the Lule River. In the lower groundwater reservoir, the water moves to the northwest and towards the Lule River. The contamination transport showed that PFOS tends to move toward the Lule River in a southwesterly direction. The transport time of PFOS from the fire training sites to the Lule River was estimated with MODPATH to 6 and 7 years respectively for the calibrated model and area 13/24. Visualization of the PFOS plume with MT3DMS showed that it takes about 100 years for the substances to reach the Lule River.

I detta arbete har studerats hur infiltration av dagvatten påverkar grundvattenkvalitén i del av stockholmsåsen som kallas Hammarbymagasinet. Hammarbymagasinet ligger i Upplands Väsby kommun norr om Stockholm och nyttjas av kommunalförbundet Norrvatten som reservvattentäkt vid eventuella störningar i den ordinarie försörjningen från Görvälnverket vid Mälaren. En befintlig anläggning som används av Upplands Väsby kommun belägen i magasinet har studerats där dagvatten infiltreras genom infiltrationsrör. Anläggningen är belägen cirka 2,5 km söder om Norrvattens uttagsbrunnar. De föroreningar som analyserades var bly, koppar, kadmium, krom, nickel, kvicksilver, PFAS, olja, PAH (polycykliska aromatiska kolväten) och benso(a)pyren. För varje förorening har ett gränsvärde använts som antingen kommer från miljökvalitetsnormer, livsmedelsverkets dricksvattenföreskrifter eller Norrvattens interna riktvärden. Första steget var att uppskatta föroreningshalterna i dagvattnet vilket gjordes med hjälp av data från StormTac’s databas. Där finns mätningar av föroreningshalter från olika markanvändningar från olika platser runt om i världen och det finns även framräknade schablonhalter. Då det är svårt att veta hur förorenat dagvattnet på den aktuella platsen är i jämförelse med mätningarna i databasen så har fler olika beräkningar gjorts för olika föroreningskoncentrationer. Först användes bara schablonhalterna, där utöver användes även en slumpgenerator där en mätning ur databasen slumpmässigt valdes 500 gånger. Utifrån simuleringarna beräknades sedan 90-percentilen för att få fram en koncentration. Mätningarna i databasen transformerades även till en normalfördelning med hjälp av Statgraphics 18, utifrån det kunde en ny 90-percentil beräknas. Transporten genom den omättade zonen uppskattades med en endimensionell analytisk ekvation som tog hänsyn till advektion, dispersion och adsorption. För att uppskatta adsorptionen användes litteraturvärden på KD-värden och KOC-värden. Denna beräkning syftade till att klarlägga tiden det tar för föroreningarna att nå grundvattnet och efter hur lång tid som koncentrationen stabiliseras. Därefter användes en annan beräkningsmodell i den mättade markzonen där hänsyn enbart togs till utspädning med det rena grundvattnet som antogs komma uppströms ifrån. Modellen saknar tidsaspekt utan beräknar den maximala halten som kan uppstå nedströms infiltrationen vid ett visst avstånd beroende på koncentrationen i det infiltrerande dagvattnet, grundvattenflödet i magasinet och storleken på den förorenade plymen. Med hjälp av modellen beräknades koncentrationen i grundvattnet vid 20, 50, 100 och 200 meter nedstöms infiltrationen. Som ett sista steg i modelleringen så användes en grundvattenmodell i mjukvaran FeFlow från DHI för att se hur partiklar rör sig i magasinet. Då släpptes partiklar ut vid infiltrationspunkten och sedan skapades partikelbanor med hjälp av random-walk och även här togs hänsyn endast till advektion och dispersion. På så vis kunde en ungefärlig transporttid till brunnarna bestämmas. Utifrån de resultat som har beräknats så är det framförallt halten av olja i grundvatten som kan komma att bli problematisk då gränsvärdet kraftigt överskrids nedströms infiltrationen enligt de beräkningar och antagande som gjorts i arbetet. Här måste dock poängteras att ingen hänsyn till rening med hjälp av befintlig oljeavskiljare har tagits vilket gör att koncentrationen i grundvattnet troligtvis överskattas. I övrigt kan mindre kvalitetsproblem lokalt nedströms infiltrationen uppstå även för bly, kvicksilver, PAH och benso(a)pyren. Dessa bedöms dock inte kunna hota magasinets funktion som reservvattentäkt. Samtidigt måste självklart hänsyn tas till övrig föroreningsbelastning av magasinet vilket inte gjorts i detta arbete.<br>The aim of the study was to investigate how stormwater infiltration effected the groundwater quality in an aquifer placed north of Stockholm and used as an emergency water supply by the local federation Norrvatten. Therefore, it is essential that stormwater infiltration do not endanger the ability of the aquifer to be used as water supply. The studied infiltration plant contains of two pipes and is placed around 2,5 km away from the extraction wells used by Norrvatten. The contaminants that was studied were lead, copper, cadmium, chromium, nickel, mercury, PFAS, oil, PAH (polycyclic aromatic hydrocarbons) and benso(a)pyrene. For each contaminant, a limit of the concentration in the groundwater was set based on Swedish environmental norms (MKN), regulations of drinking water or internal limits by Norrvatten. The first step in the process was to estimate the pollution concentration in the stormwater reaching the infiltration plant. This was made by using the database of the company StormTac which contains of several measurements from different land uses. The pollution concentration was estimated in different ways, in one case the pre-defined standard concentrations were used. Then a generator was used that picked one measurement from the database and then 500 simulations were performed. Also, the measurements were transformed into a normal distribution. From both these methods the 90-percentile was calculated and used to estimate the pollution concentrations. This contributes to a more conservative way of estimating the concentrations than using the standard concentrations defined in the database. The transportation through the vadose zone was calculated using a one-dimensional analytic equation which included advection, dispersion, and sorption. The sorption was based on Kd- and KOC-values from literature. This calculation aimed to estimate the time it takes for the contaminants to reach the groundwater level and when the concentration there was stabilized. Another analytical model was used to estimate the further spreading in the groundwater zone. This model included mixture with fresh groundwater upstream. The model calculates the maximum concentration that can occur at a distance downstream from the infiltration. The concentration at 20, 50, 100 and 200 meters downstream was calculated with this model and compared with the defined concentration limits. The last step in modelling the spreading of pollution was particle tracking in a groundwater model in the software FeFlow from DHI. Particles were released at the place of infiltration and then forward particle tracking were made using Random-Walk, in the model advection and dispersion was included. From the results approximate travel times to the wells could be decided. From the results in the study the concentration of oil gives most rise to concern. The concentration heavily exceeds the limit in groundwater at all the four distances. However, purification with oil separator has not been included in the study and the concentration in the infiltrated stormwater most probably considerably lower than the used value. Some local quality problems appear for lead, mercury, PAH and benso(a)pyrene at a maximum distance of 100 meter downstream of the infiltration plant. Of course, attention must also be payed to other sources of contamination which has not been included in this work