Tesis sobre el tema "Grundvattenmodellering"

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.
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.
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.
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.
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

One of the Government's environmental quality objectives is to achieve a poison free environment, meaning that the presence of anthropogenic substances in the environment should not pose a threat to human health or biodiversity. Such a substance is chlorinated aliphatic hydrocarbons which have been used historically in dry cleaning and as degreasing agents within industrial processes. In recent years, negative effects on human health have been found since exposure to chlorinated solvents is associated with toxic and carcinogen effects, which has resulted in constrictions against such substances today.At the former Whirlpool industry in Himmelstalund, in Norrköping, the chlorinated solvents perchlorethylene (PCE) and trichlorethylene (TCE) have been used historically during production. Concentrations of PCE and TCE and their degradation products cis–1,2–dichloroethylene (cis–1,2–DCE) and vinyl chloride (VC) have been detected in groundwater at the site. This Master´s thesis aimed to develop a site–specific groundwater flow model and a mass transport model to simulate the spread of these compounds through the saturated zone after 10, 30 and 75 years. The groundwater model was developed in MODFLOW and calibrated based on known hydrological and geological conditions after which a sensitivity analysis was performed regarding hydraulic conductivity and effective porosity. It was found that the flow model generated flows which corresponded to measured ones when hydraulic conductivity was employed within the range 10–5–10–2 m/s and effective porosity in the range 5–25%.It was found that PCE, TCE and cis–1,2–DCE did not reach the surface water recipient Motala river within 75 years, the compounds traveled 500 meters west of the source zone as furthest. However, VC reached Motala river within ten years, depending on which initial concentration were applied. The plume of VC remained in the aquifer after 75 years containing concentrations exceeding the guideline values in groundwater. This is considered severe since chlorinated solvents are toxic and cancerogenic to humans.A sensitivity analysis with regard to adsorption and reaction parameters was performed where it was found that the adsorption greatly affected the spread of the plumes and was more influencing than how the reaction parameters were applied. When maximum adsorption was employed, PCE, TCE and cis–1,2–DCE remained adjacent to the source zone while VC moved about 500 meters. It was seen that the mobile properties of the compounds were considerably larger for all components when minimal adsorption was applied. Hydraulic conductivity had a major impact on transport times where higher hydraulic conductivity resulted in faster transportation through the aquifer.As the spread through the aquifer was largely affected by which parameters were chosen, it was assessed relevant to measure hydraulic conductivity, adsorption constants and measure groundwater levels in more points spread in the model area in order to improve the reliability of the mass transport model.

På en fastighet i Luthagen i Uppsala uppfördes en byggnad grundlagd på träpålar år 1936. Under 60-talet uppstod läckage på en spillvattenledning vilket ledde till en kontaminering av sprickvattenakviferen där träpålar är särskilt utsatta för påverkan av bakterie, svamp- och virusangrepp till följd av torrläggning. För att spola bort kontaminerat sprickvatten och för att hålla en jämn sprickvattennivå i akviferen installerades påfyllningsbrunnar på två platser i källaren under huset. Brunnarna är driva ner i de pålrännor där träpålarna är slagna. Den normala vattentillförseln låg under flera decennier på runt 10 m3/år och vattennivåerna övervakades av bostadsföreningens fastighetstjänst med regelbundna observationer av sprickvattennivån. Under hösten 2016 skedde ett trendbrott och förbrukningen av dricksvattenpåfyllning på över 10 m3/dygn uppmättes. Vattenförbrukningen fortsatte att öka och var vid vissa perioder uppe på nästan 20 m3/dygn. Bjerking AB fick då i uppdrag att undersöka orsaken till den ökade vattenförbrukningen och var vattnet tog vägen. I samband med upptäckten av den ökande vattenförbrukningen skedde även ett brott på en kommunal vattenledning i Kyrkogårdsgatan. Akviferen antogs vara i princip tät och borde inte haft någon hydraulisk kontakt med det vattenförande moränlagret under leran. Syftet med följande rapport är att undersöka de flöden som sprickvattnet har och försöka bestämma den förhärskande flödesriktningen. Den frågeställning som valts är baserad på möjligheten att modellera flödet i grundvattenmodelleringsprogrammet GMS-MODFLOW. Frågeställningen är följande För att sedan kunna modellera grundvattenflödet användes parameter estimation (PEST) som utgår från det framkalibrerade initialt grundvattenförhållandet. Där efter bestäms ett antal zoner som programmet sedan beräknar fram den hydrauliska konduktiviteten för respektive zon. Modelleringen med PEST gav resultat som visar på höga hydrauliska konduktiviteter i husets sydvästra kortsida. Den transienta modelleringen utfördes genom att de observerade vattennivåerna som mätts upp under avstängningsförsöket jämfördes med beräknade värden som fåtts genom modellen. Resultaten visade då på att be beräknade vattennivåerna till viss del stämmde över ens med de observerade, även om de var förskjuta från varandra med nästan 0,6 meter. Denna skillnad berodde antagligen på det gränsvärde som satts för randvillkoret i modellen på 7,25. Vilket gjorde att inga vattennivåer kunde bli högra än detta, vilket som tolkades som att det förekom trösklar i rännorna. Dessa resultat stämmer överens med den hypotes som antogs före projektstarten och innebar att den mest troliga flödesriktningen skulle vara åt sydväst och husets kortsida. Att resultaten bevisar antagandet säger att modellen som byggdes är mer eller mindre rättvisande. Det är dock mycket osäkerheter i modellen och de ingångsvärden som använts. Bland annat är materialtyperna som finns i modellen enbart antagna och det har inte gjorts några bestämningar av markens hydrauliska egenskaper. Andra möjliga fel som kan ha påverkat resultaten är de skalningsproblem som finns i MODFLOW. Slutsatsen är att det är möjligt att göra denna typ av ”småskalig” flödesmodellering i MODFLOW och att förhärskande flödesriktningen är åt sydväst och husets kortsida.
Most of Sweden’s older buildings constructed in clay rich areas are founded on wood poles. The poles are used to build the constructions in areas with soils without satisfying stability, such e.g. clay soils, where the poles are used as the “stable ground” where the building are founded upon. One of the problems with wood poles are that to prevent the wood from rotting the poles must be covered with water, to make an oxygen free environment. The problems start first when the water levels start to decrease due to dewatering or if the water is contaminated with bacteria from e.g. leaky sewer pipes. The contamination leads to decomposing of the wood, which affect the stability of the poles negatively. To prevent the leaky aquifers many houses, have water supply by wells where water is added to the aquifer to keep the water at stable levels. In Uppsala, Sweden an apartment building founded on wood poles have this problems with a contaminated and leaky aquifer. The reason to the contamination was an old sewer pipe that start leaking due to subsidence of the clay below the house. The dewatering of the aquifer was detected in 2016 when the water supply to the aquifer increased from 10th of cubic meters per year to 10th of cubic meters per day. In an attempt to find out what the reason to the high discharge from the aquifer a groundwater model was constructed to modelling the groundwater flows below the building. To modeling this problem the software Groundwater Modeling System (GMS) and MODFLOW was used. By construct a 3D grid of cells in the same dimensions as the building divided in to three different layers it was possible to simulating the groundwater flow through the aquifer. The way we did it was by knowing that as part of the foundation there was “channels” filled with gavel above the poles. The hypothesis was that the water was flowing through this high hydraulic conductivity “gravel channels” and there for we used the model to performed calculations of the hydraulic conductivity in the channels and the areas around the channels. The results told us that there were high conductivity zones in the south west part of the building. After the calculation of the conductivity, a test was performed, where the water supply where turned off and the decrease of the water levels was measured. By using this calculated hydraulic conductivity and the observed levels from the water supply test we let the model calculate the change of water level during the whole-time series. The results told us that there was a possible groundwater flow to the sought west and that some sort of threshold in the channel prevented the water to sink below a curtain limit of 7.65 meter.

Ur ett byggtekniskt perspektiv kan en sänkning i grundvattenytan i en sluten akvifer i ett område med lerjordar ge sättningar som kan skada byggkonstruktioner. Kopplingen mellan hydrogeologi och geoteknik är tydlig men oftast görs grova uppskattningar av konsekvenserna av en grundvattensänkning. Detta beror på att sättning vanligen beräknas i enskilda punkter där data finns att tillgå vilket endast ger resultat för sättningsberäkningar i dessa punkter. Ytor emellan punkterna utelämnas ofta. Dessutom är det inte vanligt att grundvattensänkningen beräknas med etablerade mjukvaruverktyg som Modflow för att få en mer detaljerad bild av avsänkningen och påverkansområdet.Denna studie kopplar samman en numerisk grundvattenmodell simulerad med Modflow samt en jordmodell, framtagen och interpolerad med kriging, med sättningsberäkningar. Detta resulterar i en integrerad modell som har till syfte att generera översiktskartor med predikterad sättning som resultat av grundvattensänkningar i utvalt område. Den integrerade modellen och sättningsberäkningarna är programmerade till denna studie med beräkningsverktyget Octave. Den integrerade sättningsmodellen testas på en fallstudie med verkliga geotekniska och hydrogeologiska data från ett område i Mälardalen. I fallstudien har ett hypotetiskt fall av grundvattensänkning simulerats. Grundläggande hydrogeologisk teori för slutna akviferer används för att bedöma vilka laster och ökad effektiv spänning grundvatten-sänkningar ger upphov till i jorden för fallstudien.Resultaten, i form av meter sättning, från den integrerade sättningsmodellen har verifierats mot beräkningar i programvaran Geosuite Settlement som är ett erkänt verktyg för sättningsberäkningar. Det visar sig att den integrerade sättningsmodellen beräknar sättningar med stor noggrannhet. Resultatet från grundvattenmodellen jämförs med en kriginginterpolerad grundvattenyta baserad på mätningar i grund-vattenrör i området. Grundvattenmodellen har i sin tur jordmodellen integrerad samt en vattenbalans som båda är baserade på verkliga data.Resultaten från fallstudien visar att oväntat stora sättningar kan förekomma i områden som ligger relativt långt ifrån källan för grundvattenavsänkningen. Detta motiverar användandet av en sådan metod för att bedöma risken för sättning.Till fallstudien har tre olika jordmodeller använts både i simulering av grundvattenströmning och simulering med den integrerade sättningsmodellen. De tre jordmodellerna skiljer sig åt så till vida att de har olika mängd data som kriginginterpolationen grundar sig på, det innebär också olika datatäthet i jordmodellerna. Detta har till syfte att undersöka hur sättningsbilden påverkas av datatätheten i jordmodellen och även hur grundvattenmodellen respektive sättningsmodellen påverkas. Resultaten i respektive modell påverkas inte mer än försumbart av datatätheten i jordmodellen visar fallstudien.
From a construction engineering point of view groundwater drawdown in a confined aquifer can result in ground subsidence that can damage buildings and constructions. The connection between hydrogeology and soil mechanics is clear, however when estimating ground settlement as a result of groundwater drawdown the estimations are often rough. This is due to that settlement is traditionally calculated with methods that only allow calculations in single points where geotechnical data is estimated. Areas between these points are often left out of the calculations. Groundwater drawdown is seldom simulated with acknowledged software programs like Modflow when estimating groundwater lowering and the affected area.This study combines a groundwater model simulated in Modflow and a soil strata model, interpolated with Kriging, with settlement calculations. This ends up as a an integrated soil settlement model which has the purpose to generate overview maps over areas that are sensitive to settlement as a result of ground water lowering. The integrated model is programmed in Octave for this study. The model is then tested with a case study that uses data from a real construction project in the area of Mälardalen. A hypothetical case of ground water lowering is simulated for the case study. Fundamental hydro-geological theory is used to estimate loads and effective stresses from the lowering of the water table.The result from the integrated model has been validated against calculations of settlement in the software Geosuite Settlement which is an acknowledged method for settlement calculations. This shows that the integrated model calculates settlement with great precision. The modeled initial ground water table is compared with a kriginginterpolated groundwater table which is based on data from ground water pipes in the area. Based on the comparison the initial ground water conditions simulated in Modflow are accepted. This simulated ground water model has the soil model and also a water balance integrated.The results from the case study show that unexpectedly large ground settlements can occur even far from the source of the ground water lowering.For the case study three different soil models are used, both in the ground water model and in the integrated model. The soil models differ in a way that they are based on different amounts of data from which the kriging interpolation is done. The purpose for this is to investigate what effects this might have on the ground water model and the integrated model respectively. The results from these different simulations show insignificantly small differences.

Det borras en tunnel under Stockholm av Svenska kraftnät som ska bli 13,4 km lång. Närtunneln är klar ska den förstärka och ersätta vissa delar av Stockholms elnät. Grundvattennivånhar inte sjunkit lika mycket som förväntat när inläckget till tunneln var högt.När grundvatten sjunker är det var och hur mycket grundvattennivån sjunker som ärproblemet inte själva inläckaget. Syftet med rapporten var att undersöka verktyg för attprognostisera avsänkning av grundvatten samt försöka förstå vilka parametrar som är viktigaför att skapa en bra modell. Det undersöktes även varför grundvattennivån i moränenovanför bergtunneln sjunker över ett stort område. Det sattes upp en modell med fleralager i jorden och berget med olika konduktivitet. I berget lades det även in svagare zoneri form av krosszoner för att längs dem lokalt ge högre konduktivitet. Modellen gavs ävenflera områden med speciella egenskaper för att efterlikna verkligheten. Först modelleradesen grundvattenyta i en referensmodell som kalibrerades med hjälp av grundvattenröri området. Sedan lades tunneln in i modellen med hjälp av uppmätta inläckage för att beräknaen ny grundvattenyta. Grundvattenytan från referensmodellen jämfördes med denfrån modellen med tunneln för att få fram grundvattensänkningen. Modellen visade enstörre skillnad i grundvattennivå där det inte var krosszoner som korsade tunneln medandär den korsades var avsänkningen mer utspridd längs krosszonen.Det finns flera sätt att angripa ett problem. För att kunna använda analytiska ekvationerbehöver det göras stora förenklingar vilket kan vara bra i ett inledningsskede för att fåen bättre bild av problemet förhållandevis enkelt. För att få en mer detaljerad bild avproblemet behövs däremot andra modeller. I en modell behövs det många parametrar ochvissa kan vara viktigare än andra. I just det här arbetet bedömdes vissa delar inom geologinvara viktigast som var det finns mäktiga jordlager, den hydrauliska konduktivitetenför berget och var svaghetszonerna är i berget. Anledningen att grundvattennivån runtSvenska kraftnäts tunnel sjunker över ett stort område kan vara svaghetszonerna i berget.
Svenska kraftnät excavates a 13.4 km long tunnel in the rock below Stockholm. Whencompleted, it will strengthen and replace parts of Stockholm’s electricity grid. When theleakage to the tunnel was high, the groundwater level did not drop as much as expected.When the groundwater drops, it is where and how much that is the problem and notthe actual leakage to the tunnel. The purpose of the report was to investigate toolsfor forecasting groundwater subsidence and to try to understand which the importantparameters are for creating a reliable model. It was also investigated why the groundwaterlevel in the moraine above the rock tunnel drops over a large area. A model was set upwith several layers in the soil and rock with different conductivity. Weaker zones werealso added to the bedrock to provide higher conductivity locally along them. The modelwas also given several areas with special features to mimic reality. A groundwater surfacewas first modeled in a reference model that was calibrated using groundwater wells in thearea. The tunnel was then added to the model using measured leakage to calculate a newgroundwater surface. The groundwater surface from the reference model was comparedwith that from the model with the tunnel to obtain the groundwater lowering. The modelshowed a large local reduction of the groundwater level where there was more stable rock,while where weaker zones crossed the tunnel the reduction was more spread out along theweaker zone.There are several ways to adress problems with. To be able to use analytical equations,large simplifications are required, which can be good in an initial stage to get a betterpicture of the problem relatively easily. However, to get a more detailed view of theproblem, other models are required. In a model, many parameters are required and somemay be more important than others. In this report, certain parts of the geology werejudged to be most important, such as where there are thick soil layers, the conductivity ofthe rock and where the weaker zones are in the bedrock. The reason why the groundwaterlevel around Svenska kraftnät’s tunnel falls over a large area may be the zones of weaknessin the rock.

Syfte med examensarbetet har varit att upprätta en grundvattenmodell överEnköpingsåsen med hjälp av programvaran MODFLOW för att därefter försöka skattagrundvattenmagasinets parametrar. Parameterskattningen utfördes med detmodelloberoende programmet PEST. Parallellt med detta gjordes även enpumptestutvärdering av dessa parametrar där typkurvor passades till en tidigare utfördprovpumpning av akviferen. Därefter jämfördes dessa båda metoder. Vidare utfördesäven en känslighetsanalys av grundvattenmodellen i MODFLOW för att försökalokalisera nya undersökningsplatser.Grundvattenmodellen uppfördes över Enköpingsåsen i och kring Enköping. Där är åsenlokaliserad i nord sydlig riktning och strax söder om Enköpings centrala delar korsasåsen av Enköpingsån. Det råder osäkerhet angående grundvattenmagasinetsvattenbalans och var åsen får sitt tillskott av vatten ifrån. Enköpingsåsen fungerar somhuvudvattentäkt i Enköpings stad vilket gör att detta har ansetts viktigt att utreda.Grundvattenmodellen byggdes upp genom att främst använda redan insamlad data frångeotekniska, geofysiska och hydrogeologiska undersökningar utförda i området samtdata från SGU och SMHI. Därifrån togs data om områdets uppbyggnad och struktursamt dess yttre betingelser som till exempel nederbörd och Mälarens vattenstånd för attskapa en numerisk modell i MODFLOW.Resultaten visar på ett överensstämmande resultat mellan parameterskattningen gjord iMODFLOW och pumptestutvärderingen. Vidare tyder resultaten i MODFLOW på attde största osäkerheterna i modellen ligger kring Enköpingsån och är då beroende av omvattnet tillförs från grundvattenmagasinets laterala delar eller från Enköpingsån.Känslighetsanalysen tyder även på att för ytterligare undersökningar av åsenshydrogeologiska betingelser bör fokus ligga på förhållandena i Enköpingsåns sedimentoch dess genomsläpplighet.
The purpose of this thesis is to establish a groundwater model of the Enköping eskerusing MODFLOW simulation and then estimate groundwater parameters with themodel-independent program PEST. In parallel, a pump test evaluation of theseparameters where type curves are fitted to a previously performed pump test of theaquifer is done to estimate the aquifer parameters. Eventually, these two methods arecompared. Furthermore, a sensitivity analysis of the groundwater model is performed totry to locate additional measurement points.The groundwater model was built for the Enköping esker in and around Enköping. Theesker is located in the north-south direction and just south of Enköpings central partswhere Enköpingsån crosses the esker. There is uncertainty regarding the water balanceof the aquifer and where the esker recharges its water from. Enköping esker serves asthe main water source in Enköping city and this is why it is considered important toinvestigate.The groundwater model was constructed primarily by using already collected data fromgeotechnical, geophysical and hydrogeological studies conducted in the area as well asdata from the SGU and SMHI. The data on the area's composition and structure as wellas its external conditions is taken to create a numerical model in MODFLOW.The results show consistent outcomes between parameter estimates made withMODFLOW/PEST and the pump test evaluation.The results made with MODFLOW makes it possible to do further analysis. Resultsshow large model uncertainties around Enköpingsån and the esker is dependent onwater supplied from either the groundwater aquifer’s lateral parts or Enköpingsån. Thesensitivity analysis also suggests that further studies of the hydrogeological conditionsshould be concentrated to Enköpingsån’s sediments and its water penetration capacity.

På grund av ökad brist och ökad efterfrågan efter vatten på Gotland undersöks möjligheten att genom pumpning av salt grundvatten, lokalt sänka gränsen mellan salt och sött grundvatten som ligger under ön samt öka grundvattenbildningen. Med saltvattengränsen längre ner i marken skulle djupare brunnar kunna borras och större uttag skulle kunna ske vid upprättande av en grundvattentäkt. För att undersöka konceptet skapades en grundvattenmodell över delar av Sudret, ett område på södra delen av ön Gotland. För att kunna simulera förhållanden med pumpning i ett grundvattensystem där blandning sker mellan salt och sött grundvatten av olika densitet, utvecklades modellen i grundvattenmodelleringsprogrammet GMS i kombination med modulerna MODFLOW, MT3DMS samt SEAWAT. Tillsammans med modulerna kunde modellen hantera densitetsskillnader, förändring av saltkoncentrationer och påverkan av pumpar. Som grund vid utvecklingen av modellen användes en geologisk tredimensionell modell framtagen av SGU. Då inga platsspecifika undersökningar vad gäller grundvattennivåer och flödes/spridningsparametrar fanns att tillgå valdes modellparametrar utifrån litteraturvärden och tidigare undersökningar från liknande förhållanden. Först skapades en modell utan pumpning för att simulera fram ett stabilt läge för saltvattengränsen och en stabil tjocklek på språngskiktet. Modellens parametrar anpassades till dess att grundvattennivån låg nära markytan och språngskiktet låg runt övergången från kalksten till sandsten. När en relativt stabil saltvattengräns simulerats fram utvecklades modellen vidare med pumpning från det salta grundvattnet.  Resultaten från arbetet visar att det med pumpning går att sänka saltvattengränsen och att en ökning av grundvattenbildningen sker motsvarande 55 % av den bortpumpade volymen saltvatten. På grund av avsaknad av lokala materialparametrar bör resultaten inte ses som mer än en indikation på att konceptet fungerar.  Vidare föreslås att lokala geohydrologiska undersökningar genomförs för att i framtiden kunna skapa en modell som bygger på lokalt uppmätta flödes- och spridningsparametrar vilket skulle generera mer pålitliga resultat. I en framtida modell bör även pumpning från den söta delen av grundvattnet adderas till modellen för att se hur utvinnande av färskvatten skulle påverka språngskiktets utbredning  samt ge svar på hur stora uttag som skulle vara möjliga.
Because of an increased shortage and an increased demand of fresh water on Gotland, the possibility to pump saline groundwater and thereby locally lower the saltwater interface and increase recharge was investigated. With the saltwater interface further down in the bedrock, deeper wells could be drilled and extraction of more fresh water would therefore be possible. To examine the concept, a groundwater model was created to simulate the idea on a region of the peninsula Sudret on the southern part of the island of Gotland, Sweden. To be able to simulate the idea of pumping groundwater in an aquifer with a mix of saline and fresh groundwater of variable density, a model was built using the groundwater modelling program GMS in combination with the modules/program codes MODFLOW, MT3DMS and SEAWAT. With these modules, the model can handle the complex situation with extraction by pumping from groundwater of variable density and changes of salt concentration over time. A three dimensional geological model over the area produced by SGU was used as a foundation for building the model. Since no site specific surveys considering groundwater levels and flow/dispersion parameters have been previously undertaken in the study area, the parameters of the model were chosen according to literature and findings from similar projects conducted in the past. First, a model was developed to simulate a stable saltwater interface without pumps. Parameters were changed until a groundwater level close to the surface of the model was given and the saltwater interface ended up around the transition between limestone and sandstone. When the model generated desirable results, it was further developed to include the extraction of saltwater by pumping.  Results from the project showed that the concept of lowering the saltwater interface by pumping works, with an increased recharge corresponding to 55 % of the extracted saltwater volume. Because of a lack of site specific parameters, the results should not be seen as more than an indication that the concept works.  Furthermore, geohydrological measures should be made to provide local parameters regarding flow and dispersion for more reliable future models. To gain a greater understanding of how well the concept would work in reality, further development should be undertaken to include fresh groundwater extraction to assess how that would affect the position of the saltwater interface.

During the recent summers, Gotland has suffered from drinking water shortage and due to the climate change, the water shortage can possible increase in the future. To find a solution, the Swedish Environmental Research Institute IVL and Region Gotland are going to build a testbed at Storsudret located on the south of Gotland, to investigate different sustainable solutions. One possible solution is to increase the water level in Lake Mjölhatteträsk, located at Storsudret, to increase the water storage. This master thesis has focused on the water balance of the lake to understand whether it is possible to store more water in the lake and how large areas that would be flooded in the event of an increase in the water level. This has been done using a combination of field data sampling with geophysical methods, hydraulic tests, water depth measurements, existing hydrometeorological data from Lantmäteriet and the Geological Survey of Sweden (SGU) and modelling with the tools MIKE SHE and MIKE HYDRO River created by DHI and also GIS. The result of this master thesis showed that there is a very thin soil layer with possibly high clay and silt content to the west of the lake. At the bottom of the lake, a thick clay layer exists which reduces the hydraulic connection between the lake and the surroundings. The potential to store and extract water in the sand layer in the west is therefore small. However, there is potential to produce enough water in the lake to meet the water demand at Storsudret, according to the model created in MIKE SHE. This would require a dam at a suggested location at the outflow with a height of 0.12 m.
Gotland har under de senaste åren lidit utav vattenbrist under somrarna och på grund av klimatförändringarna är det möjligt att vattenbristen kan komma att öka i framtiden. För att hitta en lösning har Svenska Miljöinstitutet (IVL) och region Gotland fått i uppgift att anlägga en testbädd på Storsudret på södra Gotland, där olika hållbara lösningar ska testas. En möjlig lösning är att höja vattennivån i sjön Mjölhatteträsk på Storsudret för att på så vis kunna lagra mer vatten. Den här masteruppsatsen har fokuserat på hur sjöns vattenbalans ser ut för att förstå om det är möjligt att lagra mer vatten i sjön och hur stora områden som skulle bli översvämmade vid en ökning av vattennivån. Detta har gjorts med hjälp av en kombination av fältstudier med geofysiska mätningar, hydrauliska tester, vattendjupmätningar och flödesmätningar tillsammans med digitala databaser från Lantmäteriet och Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) samt modellering med verktygen MIKE SHE och MIKE HYDRO River som skapats av DHI och även GIS. Resultatet för den här masteruppsatsen visade att det finns ett mycket tunt jordlager med eventuellt högt ler och silt innehåll väster om sjön. Vid botten av sjön finns ett tjockt lerlager som minskar den hydrauliska förbindelsen mellan sjön och omgivningen. Potentialen att lagra och utvinna vatten i sandlagret i väst är därmed liten. Däremot finns det potential att producera tillräckligt med vatten i sjön för att kunna uppfylla vattenbehovet på Storsudret, enligt modellen skapad i MIKE SHE. Detta skulle innebära en dam vid en föreslagen punkt vid utflödet som har en höjd på 0.12 m.

Deponering är globalt sett det vanligaste sättet att hantera avfall, men i Sverige får sedan 2001 enbart avfall som inte kan återanvändas deponeras. Innan deponiförordningen trädde i kraft 2001 deponerades många olika typer av avfall. En deponi används idag som ett slutförvar för avfall och för att minimera infiltration av regnvatten och eventuell föroreningsspridning sluttäcks gamla deponier. Sluttäckningen består av flera skikt som tillsammans ska täta deponin och leda bort vatten. Att förvara avfall i en sluttäckt deponi är miljöfarlig verksamhet och det är därför av intresse att kontrollera omgivningarna under och efter sluttäckning för att säkerställa att eventuell föroreningsspridning minskar. På Hovgårdens avfallsanläggning i Uppsala kommun har en deponi som använts sedan 1971 sluttäckts under hösten 2018. I två provtagningsrör vid deponin, i vilka provtagning och analys skett regelbundet sedan 1991, har förhöjda halter av vissa ämnen kunnat uppmätas efter att arbetet med sluttäckningen påbörjades. Syftet med detta examensarbete var att få ökad förståelse för trender i ämneshalter samt att utreda hur sluttäckning påverkar grundvattennivåer och ämneskoncentrationer runt deponin. Uppmätta halter i provtagningsrören sammanställdes och trender analyserades med statistiska verktyg i mjukvaran R. Dessutom konstruerades en grundvattenmodell över avfallsanläggningen i MODFLOW och MT3DMS. Stationära flödessimuleringar och transportsimuleringar med klorid utfördes. Tolv av 33 analyserade ämnen och parametrar uppvisar statistiskt signifikanta ökningar i antingen ett av provtagningsrören, båda eller båda analyserade tillsammans. Dessa är alkalinitet, elektrisk konduktivitet, sulfat, klorid, kalcium, natrium, svavel, kalium, magnesium, strontium, barium, och nitratkväve. Sex av dem minskar statistiskt signifikant och dessa är pH-värdet, kadmium, zink, kvicksilver, bly och arsenik. Grundvattenmodellen visar att grundvattnet under etapp 1 flödar mot resten av anläggningen men att flöden ut från deponin finns i de sydvästra och sydöstra hörnen. Sluttäckningen leder till lägre nivåer och en förändrad grundvattendelare vilket kommer minska läckaget, främst i den sydvästra delen. Modellsimuleringar med olika grundvattenbildningsmängder och kloridkoncentrationer visade att ökningar av kloridhalter inte kan förklaras med minskad grundvattenbildning i kombination med förhöjda koncentrationer. Förklaringen bör därmed vara andra fysikaliska och eventuellt kemiska processer som skett samtidigt som sluttäckningen. De parametrar som påverkade simulerade ämneshalter mest var konduktansen i diken och dränering samt moränens hydrauliska konduktivitet.
Landfills are globally the most common waste treatment method but in Sweden the method is since 2001 used only for waste that cannot be reused in any way. Before 2001, almost any type of waste could be landfilled. Today a landfill is used as a final storage and old landfills are capped to minimize infiltration and contaminant transport. A capping consists of several layers which together seal and drain the landfill surface. Storing waste in a capped landfill is considered an environmentally hazardous activity, therefore it is of great interest to monitor the surrounding groundwater during and after capping to make sure that any contaminant concentrations decreases. At Hovgården waste treatment plant in Uppsala, Sweden, a landfill used since 1971 was capped during 2018. Elevated contaminant concentrations have been measured in two monitoring wells close to the landfill after the capping procedure started. The aim of this master thesis was to increase the understanding of trends in contaminant concentrations and to investigate how capping affects groundwater levels and concentrations. Concentration data were compiled and statistical tools in R were used to analyze trends. Additionally, a groundwater model of the area was created in MODFLOW and MT3DMS. The model was used to simulate different steady state scenarios with and without chloride transport. Twelve of 33 analyzed substances and parameters show a statistically significant increase. These are alkalinity, electrical conductance, sulphate, chloride, calcium, sodium, sulfur, potassium, magnesium, strontium, barium and nitrate. Six show a decrease, these are pH, cadmium, zinc, mercury, lead and arsenic. The groundwater model indicates that the groundwater flow in the landfill is directed towards the rest of the waste treatment plant except for two places where leakage occurs: the southwest and southeast corners of the landfill. The capping results in lower groundwater levels and an altered groundwater divide, which will reduce the contaminant leakage, particularly in the southwest part. Model simulations with varying recharge and chloride concentrations showed that the increase in chloride levels cannot be explained with only decreased infiltration combined with increased concentrations. Therefore, the explanation is assumed to be other physical processes and possibly chemical reactions due to or at the same time as the capping. The model parameters that effected the simulated concentrations to the greatest extent are the conductances in drains, and the hydraulic conductivity of the till soil.

Estimation of the variation in the integrated hydraulic conductivity around the Tunåsen infiltration facility - An investigation of the effects of uncertainties in existing information Almost half of Sweden’s drinking water volume is produced from groundwater. The main fraction of this is extracted from eskers, some of which allow for very large extraction rates. Despite this, the groundwater volume is not sufficient in some areas. This has led to an extensive use of artificial recharge. In Uppsala, the total volume added through artificial recharge is divided between four infiltration facilities. The largest of these facilities is Tunåsen basin infiltration facility, which is situated along the Uppsala esker. For Tunåsen as well as for other recharge facilities, it is of great importance that the infiltrated water is allowed a sufficient transport time before it is extracted further down the flow path. This is in order to ensure that the water obtains characteristics similar to those of natural groundwater. A way to estimate the transport time is to model the groundwater flow in the area between the infiltration facility and the extraction site. However, due to the fact that groundwater flow in eskers often is very complex, modeling such a system requires data of high quality and resolution. The aim of this master’s thesis was to document the variation in estimated values of integrated horizontal hydraulic conductivity and to investigate how the variation was affected by uncertainties connected to existing information for the area between the Tunåsen infiltration facility and the extraction sites in Storvad and Galgbacken. The thesis was done as a pilot study for Uppsala vatten och avfall AB’s upcoming construction of a high-resolution model of the Uppsala and Vattholma eskers. The investigation began with a literature review, from which existing information was compiled. An integrated horizontal hydraulic conductivity was calculated based on two types of information: descriptions of the layers in borehole profiles and information from sieve analyses. The obtained values were then compared to a rough estimate based on information about groundwater flow and hydraulic gradient. The compilation of existing material showed that the largest uncertainties were related to borehole profiles. This was due to the use of different ways to describe soil layers and to lack of information of a soil layer’s true grain size composition. The calculations of integrated hydraulic conductivity showed the largest variation when based on descriptions of borehole profiles. The calculations that were made based on sieve analyses as well as the rough estimate based on groundwater flow and hydraulic gradient showed a smaller variation. However, without the existence of measurements of the actual hydraulic conductivity, it is impossible to say for certain how the documented uncertainties affect the variation. In the upcoming work with the construction of the high-resolution model it is therefore of great importance that such information is obtained, for example by performing pumping tests.
Skattning av den integrerade hydrauliska konduktivitetens variation kring Tunåsens infiltrationsanläggning - En utredning av påverkan från möjliga osäkerheter i befintlig information I Sverige utgörs nästan hälften av den totala dricksvattenvolymen av grundvatten. Den största delen av grundvattnet utvinns ur rullstensåsar, vilka i vissa fall tillåter mycket stora uttag. Trots detta är grundvattenvolymen på vissa håll inte tillräcklig. Detta har lett till att den naturliga grundvattenmängden i sex procent av landets grundvattentäkter kompletteras genom konstgjord infiltration. I Uppsala sker konstgjord infiltration på fyra platser, där Tunåsens infiltrationsanläggning belägen på Uppsalaåsen är den största. För Tunåsen såväl som för andra områden där konstgjord infiltration används, är det av stor betydelse att det infiltrerade vattnet har en tillräckligt lång transporttid mellan infiltrations- och uttagspunkt för att möjliggöra att det får grundvattenliknande egenskaper innan det pumpas upp. Ett sätt att uppskatta denna transporttid är genom att modellera grundvattenflödet i området mellan infiltrationsanläggningen och den eller de grundvattentäkter där vattnet pumpas upp. Till följd av att grundvattenströmningen i rullstensåsar ofta är komplex, ställer dock en modellering av ett sådant område stora krav på både kvalitet och upplösning hos den information från vilken modellen byggs upp. Syftet med detta examensarbete var att dokumentera variationen i en skattad integrerad horisontell hydraulisk konduktivitet och utvärdera hur denna påverkades av osäkerheter relaterade till den idag befintliga informationen för området mellan Tunåsens infiltrationsanläggning och Storvads respektive Galgbackens grundvattentäkt. Detta gjordes som en förstudie till Uppsala vatten och avfall ABs kommande arbete med upprättandet av en noggrann modell över hela Uppsala- och Vattholmaåsen. Arbetet började med en litteraturstudie och en informationsinsamling, genom vilka den idag tillgängliga informationen sammanställdes. Utifrån den sammanställda informationen beräknades sedan värden på hydraulisk konduktivitet baserat på beskrivningarna i de upprättade lagerföljderna och baserat på information från tidigare utförda siktanalyser. De beräknade värdena jämfördes därefter med värden framtagna genom en överslagsberäkning baserad på information om grundvattenflöde och hydraulisk gradient. Sammanställningen av befintlig information visade på att de mest betydande osäkerheterna var relaterade till jordlagerdata, där de kunde kopplas till såväl användandet av olika beskrivningssätt i lagerföljderna som till brister i informationen om verklig kornstorleksfördelning. Skattningarna av integrerad horisontell hydraulisk konduktivitet resulterade i störst variation när de baserades på jordlagerföljderna, då det högsta värdet i många fall var 107 gånger så stort som det lägsta. De beräkningar som utfördes på siktanalyser visade på en mer begränsad variation, vilket även var fallet för överslagsberäkningarna. Utan mätningar på den verkliga hydrauliska konduktiviteten går det dock inte att säkert avgöra hur mycket de funna osäkerheterna påverkar variationen. Inför utvecklingen av den kommande modellen är det därför nödvändigt att komplettera den idag befintliga informationen med ny data, till exempel genom att provpumpningar utförs.

Uppsala esker is the main source of drinking water in Uppsala city and it provides the city with clean water all year around. The demand of drinking water is growing, and the municipality plans on increasing the artificial infiltration in order to meet future demands. During the last years, the concentration of organic carbon in Uppsala’s drinking water has increased which has raised concerns regarding the future drinking water quality. A decrease in the residence time as a result of increased infiltration may partly cause these increasing concentration levels. The aim of this master’s thesis was therefore to recreate the groundwater dynamics in the Uppsala esker with a model and hence, an improved understanding of the transport of organic carbon in order to predict the consequences of an increased artificial infiltration. The thesis also aimed to investigate the potential risk of the concentration of organic carbon in the drinking water to exceed the reference value from the Swedish food agency. The computer code used in this project was MODFLOW together with GMS which together helped creating a simplified, three-dimensional groundwater model of a delimited part of the Uppsala esker that covers Tunåsen infiltration facility down to the well area in Galgbacken.  A conceptual model was constructed in GMS for the model domain and was then converted into a numerical MODFLOW steady-state model. The model was then calibrated after both measured groundwater levels with a 40 cm deviation and after the already known residence time for the distance Tunåsen – Galgbacken. Four scenarios with varying infiltration and outtake were then simulated. Each scenario was then simulated with three different incoming concentrations of organic carbon in the infiltration: 7, 15 and 50 mg/L.  Results show that the groundwater dynamics can be reconstructed with a simplified model however, it is likely that the simplifications resulted in a less precise model. The transport simulations indicated that the residence time decreases with increased artificial infiltration and outtake. Transport simulations furthermore showed that residence time is the most crucial factor effecting the transport distance of the organic carbon. Lastly, the result indicated that there is a risk that the reference value for organic carbon will be exceeded for incoming concentrations of 15 and 30 mg/L respectively, mainly in scenario C where the maximum infiltration and outtake capacities were simulated. In addition, it was concluded that there may be a risk that the reference value will even be exceeded in the other scenarios with an increased simulation time.
I Uppsala är Uppsalaåsen central för vattenförsörjningen då den förser staden med rent dricksvatten året om. De senaste åren har det observerats en oroväckande ökande trend av halten löst organisk kol (DOC) i grundvattnet. Med ett ökande dricksvattenbehov finns det även planer på att öka den konstgjorda grundvattenbildningen vilket riskerat att öka halterna ännu mer. Examensarbetets syfte var att återskapa grundvattendynamiken med en modell och öka förståelsen för transport av organisk kol i Uppsalaåsen och därefter prediktera möjliga konsekvenser av ökad infiltration. Projektet ämnade dessutom att undersöka om det i framtiden finns en risk att gränsvärdet för organiskt kol i Uppsalas dricksvatten överskrids. I projektet användes modellkoden MODFLOW tillsammans med GMS för att skapa en förenklad, tredimensionell grundvattenmodell. Modelldomänet var en avgränsad del av Uppsalaåsen från Tunåsens infiltrationsanläggning till Galgbackens uttagsområde.  Inledningsvis upprättades en konceptuell modell i GMS som sedan konverterades till en numerisk steady-state modell. Modellen kalibrerades efter uppmätta grundvattennivåer och efter tidigare känd transporttid för sträckan Tunåsen – Galbacken. Därefter utfördes simuleringar för fyra scenarion, 0, A, B och C, med varierande infiltration och uttag. För varje scenario utfördes sedan simuleringar med tre olika koncentrationer av halten löst organiskt material i infiltrationsvattnet; 7, 15 och 30 mg/L. I modellen togs det ej hänsyn till någon nedbrytning av DOC, tillskillnad från den nedbrytning på 50 % som har observerats i åsen.  Resultatet visade att det är möjligt att återskapa den grundvattendynamik som observerats inom modelldomänet med en förenklad modell. För de olika scenariona visade resultaten att transporttiden minskar med ökad infiltration och ett ökat uttag. I förhållande till scenario 0 visade resultaten på en procentuell minskning av transporttiden på 24, 28 och 60 % för respektive scenario A, B och C. Den kortaste transporttiden erhölls således i scenario C på 183 dagar, jämfört med 293 dagar i scenario 0. Resultaten som erhölls visade även att transporttiden är den dominerande faktorn som påverkar det organiska materialets transportsträcka. Slutligen visade resultatet att det finns en risk att halten av organiskt material överstiger Livsmedelverkets gränsvärde för dricksvatten om koncentrationen av DOC i infiltrationsvattnet är hög i kombination med en kort transporttid.

För att uppskatta influensområdet till följd av skyddsinfiltartion finns ett antal analytiska modeller att tillämpa. Dessa modeller tar hänsyn till parametrar så som hydraulisk konduktivitet och magasinkoefficient, men de följer också med en rad antaganden som i praktiken inte kan uppfyllas. En alternativ tillvägagång för att bestämma influensområdet är därför med hjälp av numeriska modeller, som i större grad kan göras platsspecifika. Numeriska modeller är till följd av detta mer tidskrävande och behöver mer indata. I denna studie undersöktes vilken metod som är bäst lämpad för att bestämma skyddsinfiltrationens influensområden för en fallstudie i Bromstens industriområde, belägen cirka 15 km nordväst om Stockholm centrum. Två numeriska modeller med varierande underlag av platsspecifika data utvecklades över områdets geologi och grundvattenmagasin för att kunna simulera grundvattennivåer med och utan infiltration. Utöver detta beräknades influensområdet med fyra analytiska modeller. Modellerna testades sedan utifrån olika scenarion, där såväl dataupplösning som den platsspecifika kännedomen över området stegvis ökades. Platsspecifika data tillkom till följd av geotekniska undersökningar och hydrogeologiska tester. Studien ämnar även att besvara vilken data som är av störst vikt för att bestämma influensområdet med de analytiska respektive numeriska modellerna samt vilka skillnader som uppstår mellan analytiskt beräknade influensområden och numeriskt simulerade influensområden. Resultaten visar att de numeriska modellerna i huvudsak är känsligast med avseende på den hydrauliska konduktiviteten, samt att den enklare numeriska modellen är känslig för magasinkoefficienten, något som indikerar att denna modell inte uppnår jämvikt i enlighet med vad som observerats i fält. Utöver detta stod det klart att vattenavgivningstalet inte hade någon nämnvärd inverkan på resultaten. Bland de analytiska modellerna råder den största känsligheten i magasinkoefficienten, följt av konduktiviteten. För Sichardts formel, som inte tar hänsyn till magasinkoefficienten var konduktiviteten den känsligaste parametern. Akvifärens mäktighet, vilken reviderades mellan scenario 2 och 3, hade ingen betydande inverkan på de analytiska modellerna. Vidare visade infiltrationstestet på stora skillnader i skyddsinfiltrationens influensområde med avseende på de olika modellerna och dataunderlaget. Den minsta avvikelsen mätt i residualer observerades för den komplexa numeriska modellen under scenario 4, vilket motsvarar det scenario då dataunderlaget var som störst. Trots att detta scenario tillsammans med modell anses vara det dyraste fallet, anses detta vara det bästa och samtidigt mest tillförlitligt metoden för att uppskatta skyddsinfiltrationens influensområde.
To evaluate the area of influence due to artificial infiltration several analytical models are available. Some of the parameters taken into account by these models are the hydraulic conductivity and storage coefficient, but with these models some assumptions, which in reality cannot be fulfilled, are made. An alternative approach to evaluate the area of influence is therefore with numerical models, which in a greater extent account for the site-specific conditions. Due to this, numerical models are more time consuming and require more input data. This project aims to investigate the most effective approaches to evaluate the area of influence due to artificial infiltration for a case study in Bromsten, located 15 kilometers northwest of Stockholm. Two numerical models, with different background data due to the extent of site knowledge, were developed to represent the site's geological settings and groundwater properties to simulate the groundwaterlevels with and without infiltration. Moreover the area of influence were calculated with four analytical models. All of the models were then applied on four different scenarios, in which the data resolution and the site knowledge increased. Site-specific data was added as a result of geological surveys and hydrogeological tests. The study also aims to answer which data is most important in order to determine the area of influence with analytical and numerical models and what differences there are between the analytical solutions compared with the numerical solutions. Among the methods investigated, constructing a more complex model with data from scenario 4, the scenario with the greatest data supply, resulted in the most reliable results and was therefore the best method and the method to choose for this case-study. Other results indicated that the numerical models first of all are sensitive to the conductivity and that the more simpel numerical model is sensitive to the storage coefficient as well. The last result shows that this model does not reach the steady state conditions as observed in field, which highlights the importance of goetechnical investigation for the numerical models. Moreover none of the numerical models were sensitive to the specific yield. Among the analytical models the storage coefficient was the most important followed by the conductivity. For one of the analytical models (Sichardts formula) the conductivity was the most sensitive parameter. The thickness of the aquifer had no significant impact on the analytical models.

För att uppskatta inläckage till en bergförlagd tunnel finns ett antal analytiska modeller som tar hänsyn till parametrar som hydraulisk konduktivitet, storlek på tunnel och hur djupt tunneln är förlagd. Ett antagande i samtliga analytiska modeller är en homogen och isotrop geologi. I verkligheten är detta sällan fallet, som i exempelvis Kista, strax norr om Stockholm, där en VA-tunnel har drivits under 2017 och inläckaget till tunneln överskrider kravet som baserats på en analytisk modell. En modell utvecklas över områdets geologi och grundvattenmagasin för att simulera grundvattennivåer med och utan inläckage till en bergförlagd tunnel. Avsänkningens utbredning till följd av tunneln är ett s.k. influensområde. Modellen utvecklas i ett relativt nytt modelleringsverktyg, MODFLOW-USG, som utnyttjar ostrukturerade rasternät för att bättre representera tunnelsträckning och öka numerisk stabilitet. Geologin modelleras utifrån jorddjup, bergöveryta och geotekniska undersökningar som utförts i området. Hydraulisk konduktivitet i berget approximeras med hjälp av SGU:s brunnsarkiv. Dessutom utvecklas en modell som innehåller en anslutande tunnel och två st sprickzoner i berget. Jämfört med det influensområde som skattats i tunnelns MKB visar modellen på ett mindre influensområde i vissa riktningar och ett större i andra riktningar. Resultaten bekräftar att influensområdet ökar med ett ökat inläckage, och att en numerisk modell är bättre på att representera områdesspecifik geologi än en enkel vattenbalansmodell. Influensområdet i det undre magasinet i Kista bedöms vara cirka 24,4 ha stort. Enligt den numeriska modellen ger en förändring i inläckage på 0,01 l/min och m tunnel en ökning respektive miskning av influensområdet med cirka 19 %. Vidare visar arbetet på att val av analytisk modell för att skatta inläckage kan påverka skattning med en faktor 3. För att hantera osäkerheter i skattning av inläckage föreslås att flera olika värden på inläckage simuleras för att bedöma influensområdets utbredning och för att skapa en uppfattning om hur storleken på inläckaget påverkar influensområdets utbredning.
To determine leakage into rock tunnels one can choose between a range of analytical models. Common to all analytical models is their inability to reflect complex hydrogeological settings and only taking into account hydraulic conductivity, dimensions of the tunnel and tunnel depth. In Stockholm, Sweden, a rock tunnel built in 2017 currently exceeds maximum allowed leakage which was derived from an analytical model. A model is developed to represent the site’s hydrogeological settings. The model is used to simulate groundwater levels with and without representation of the tunnel, the area of influence being the difference between the two. A Voronoi-cell unstructured grid is implemented in MODFLOW-USG to improve representation of complex geology and increase numerical stability. Geology is modeled using soil depth, bed rock surface and geotechnical investigations. Rock hydraulic conductivity is derived from a well archive. A second model is developed to represent geological fault zones and a connecting tunnel. The model verifies the positive relationship between magnitude of leakage and size of the zone of impact. Results also show an improved approximation of the zone of impact as compared to an earlier approximation derived from a simple water balance. The numerical models predicts a larger zone of impacts in some areas and a smaller zone of impact in other areas. Furthermore, the numerical model shows that a change in leakage of 0,01 l/min and m tunnel can alter the size of the zone of impact by about 19%. By comparing some of the most well-known analytical models to predict leakage it is found that the approximation can differ by a factor 3 using identical parameter values. To reflect the uncertainty in predicted leakage the author recommends simulating a numerical model with varying magnitudes of leakage. This will help in risk assessment and identify a site specific relationship between magnitude of leakage and area of influence.