Water hardness indicates the concentration of calcium and magnesium ions in water. Water with high concentrations of these ions is described as hard water and water with low concentrations is described as soft water. Water that is too hard or too soft can lead to technical and economical problems. In collaboration with Midvatten AB, groundwater hardness in the Badelunda esker between Leksand and Avesta has been mapped, and an attempt has been made to explain the variations. For this purpose, different GIS programs, such as ArcView, ArcInfo, IDIRISI, and one geochemical modelling program, PHREEQC, has been used. GIS programs were used for digitising geological and hydrological maps and then for combining them with other kinds of data. Simulations of chemical equilibria have been accomplished using PHREEQC. The absolutely most important factor that affects groundwater hardness is dissolution of carbonate minerals. The dissolution is controlled by access to these minerals and pH value of groundwater. Soil samples taken along Badelunda esker indicated the presence of carbonate minerals, and showed significant variation in carbonate content. PHREEQC simulations have indicated that samples from most of wells were saturated with calcite, it means there is no lack of carbonates. The simulations indicated even the importance of carbon dioxide pressure for pH and hardness in groundwater. Because this pressure is much higher under the ground than in the atmosphere the pH value will change as soon the water comes in contact with atmospheric air. Measurements of pH in field are quite complicated and are not usually performed in the field. In this work, pH values were obtained from laboratory analyses, and no measurements were made in the field. Also road salt effects hardness. From several wells located closely to way 70 were received data showing rising chloride contents and hardness during last 30-40 years. The direct effect of road salt on hardness (exchange of Ca2+ by Na+) was investigated using simulation in PHREEQC. Results of simulations showed that effect of road salt on groundwater hardness are of secondary significance. In some cases, extreme values in groundwater hardness could be explained by infiltration of surface water or by the occurrence of relict seawater. / Hårdhetsgrad anger koncentration av kalcium- och magnesiumjoner i vatten. Vatten med höga koncentrationer av dessa joner betecknas som hårt och vice versa. Både för hårt och för mjukt vatten innebär tekniska och ekonomiska problem. På uppdrag av Midvatten AB har ett försök att kartlägga och förklara variationen i grundvattnets hårdhet i Badelundaåsen mellan Leksand och Avesta genomförts. I arbetet användes olika GIS-program, såsom ArcView, ArcInfo, IDRISI, och ett geokemiskt modelleringsprogram, PHREEQC. GIS-programmen användes för digitalisering av geologiska och hydrologiska kartor och sammanställning av dessa kartor med andra typer av data. I PHREEQC genomfördes simuleringar av kemiska jämvikter. Den absolut viktigaste faktorn som påverkar grundvattnets hårdhet är upplösning av kalkrika mineral. Upplösningen styrs av tillgången på kalkrika mineral och vattnets pH-värde. Jordprover som upptogs längs Badelundaåsen visar på att det finns kalkrika mineral i marken och att karbonathalten i materialet varierar betydligt. Jämviktssimuleringar med PHREEQC visade dock att prover från de flesta brunnar var mättade med avseende på kalcit. Det innebär att tillgången på karbonat inte är den begränsande faktorn. Dessa simuleringar visade dessutom att koldioxidtrycket är en viktig faktor som påverkar pH-värde och hårdhet. Koldioxidtrycket i atmosfären är mycket lägre än det som råder under markytan och därför förändras den kemiska jämvikten i grundvattnet så fort det kommer i kontakt med atmosfärsluften. pH-mätningar i fält är tidskrävande och brukar inte utföras vid vanlig provtagning. I examensarbetet ingick inte några egna vattenprovtagningar. Analysresultat som användes i examensarbetet var framtagna på laboratorium, d.v.s. pH-mätningar utfördes inte i fält. Salt som sprids ut på vägar under vintertid har också en hårdhetsökande effekt. Från flera vattentäkter som ligger i närheten av riksväg 70 (Rv70) erhölls tidsserier som visade på stigande trender i både kloridhalter och hårdhet. Den ökade trafikbelastningen på riksväg 70 har sannolikt en betydande påverkan på grundvattenkvalitet. Beräkningar och simuleringar utförda inom ramen för detta examensarbete visade att vägsaltets effekt på grundvattenhårdhet är av sekundär betydelse. Inblandning av ytvatten respektive relikt vatten förklarade exceptionellt låga respektive höga hårdhetsvärden i vissa brunnar.

Vattenbehovet stiger i världen till följd av ökande befolkning. Med ökad urbaniseringskapas mer hårdgjorda ytor där föreningar ackumuleras. Dagvattnet transporterar dessa föroreningar som således kan nå grundvattnet. Ett miljömål har antagits i Sverigeför att skydda grundvattentäkter och därmed säkra framtida dricksvattenförsörjning. Rullstensåsar innehåller stora grundvattenmagasin och har hög infiltrationsförmåga för vatten från markytan. Uppsala kommun tar 95 % av sitt dricksvatten från rullstensåsenUppsalaåsen. Ulleråker ligger strax söder om Uppsala stadskärna och i området planerasen ny hållbar stadsdel. Stadsdelen ligger delvis rakt på Uppsalaåsens kärna och det ärviktigt att inget förorenat dagvatten kan infiltrera åsen då det kan påverka dricksvattenförsörjningennegativt. Syftet med detta projekt är att bidra till en djupare förståelse för hur grundvattnet kan påverkas av dagvattenhanteringen vid den planerade nybyggnationen av Ulleråker. Målet med projektet är att utvärdera vad hållbar dagvattenhantering innebär och hur tekniken är planerad att implementeras i Ulleråker. Projektet innefattar även utvärderingav alternativa tekniker som applicerats i andra stadsbyggnadsprojekt med hållbarhetsprofil som skulle kunna tillämpas i Ulleråker. Projektet är till största delen en litteraturstudie där planprogram för Ulleråker studeratsför att identifiera och utvärdera risker som kan uppstå till följd av dagvattenhanteringen,men även för att utvärdera de åtgärder som planeras. En modellering utfördesäven för att studera föroreningsspridning från en bilväg i området. Slutligen studeradesandra stadsbyggnadsprojekt för att se om deras lösningar skulle kunna implementeras i Ulleråker. De främsta riskerna för grundvattenkvaliteten relaterade till dagvattenhantering i Ulleråker har identifierats till släckvatten vid brand, dagvatten- och avloppsledningarsamt utsläpp under byggnationen. Planerade åtgärder är att utifrån sårbarhetsområdensätta restriktioner för markanvändningen och hur byggnationen ska gå till, särskilt vidåskärnan. Dagvattenhantering ska utgå från ett robust dagvattensystem baserat på ettsystemtänk genom att inget dagvatten ska infiltrera marken i sårbara områden. Detta ska säkerställas genom ett tätt vattenledningssystem som avleder dagvattnet till dagvattendammardär det fördröjs och renas. Hantering av släckvatten vid bränder ska ske genom att täta markytor kring byggnader hindrar släckvatten från markinfiltration. Endast vatten får användas som släckvätska. Modelleringen över föroreningsspridning frånen bilväg i Ulleråker visar att föroreningar avsätts på en yta upp till 6 meter från vägbanansmitt. Ett annat stadsbyggnadsprojekt som studerades var Augustenborg i Malmödär dagvattensystemet bygger på öppna lösningar med bland annat kanaler, dammar ochgröna tak. Slutsatserna är att hållbar dagvattenhantering generellt går ut på att fördröja ochrena dagvattnet lokalt. De lösningar som tagits fram för Ulleråkers dagvattenhanteringbygger på täta ledningar och dammar som fördröjer vattnet innan det når ytvattenrecipienten Fyrisån eller kopplas på Uppsala kommuns dagvattenledningar. I Ulleråker blir det viktigt att kontrollprogram finns och efterföljs för att minska risken för förorening av grundvattnet. Föroreningar från Ulleråkersvägen sprids upp till 6 meter ut från vägensmitt och det är således viktigt att täta denna yta så att föroreningarna inte kan infiltreramed dagvattnet ner till Uppsalaåsen. Lösningar från Augustenborg som skulle kunna implementeras i Ulleråker är gröna tak med tjocka jordlager då de renar vatten mer effektivtän tak med tunnare jordlager. / Water demand rises in the world as a result of increasing population. Increased urbanizationcreates more impervious surfaces where pollutants accumulate. The stormwater transports these pollutants, which can thus reach the groundwater. An environmental goal has been adopted in Sweden to protect the groundwater and thus secure future drinking water supply. Eskers contain large groundwater storages and have high infiltration capacity for water fromthe ground surface. Uppsala municipality takes 95 % of its drinking water from the Uppsalaesker. Ulleråker is located just south of Uppsala city centre and in the area a new sustainabledistrict is planned. The district is partly located on the Uppsala esker’s core and it is importantthat no contaminated water is able to infiltrate the esker as it may affect the drinking watersupply negatively. The purpose of this project is to contribute to a deeper understanding of how the groundwatercan be affected by the stormwater management in the planned new construction of Ulleråker.The aim of the project is to evaluate what sustainable stormwater management means andhow the technology is planned to be implemented in Ulleråker. The project also includesevaluation of alternative techniques applied in other urban construction projects with sustainability profile that could be implemented in Ulleråker. The project is mainly a literature study where Ulleråker's plan program has been studied to identify and evaluate risks that may occur as a result of stormwater management, but also to evaluate the planned measures. A modelling was also conducted to study pollutant dispersio nfrom a roadway in the area. Finally, other urban construction projects were studied to see if their solutions could be implemented in Ulleråker. The main risks of groundwater quality related to stormwater management in Ulleråker have been identified as extinguishing water in the event of fire, stormwater and sewage pipelinesand leakage during construction. The planned measures are to impose restrictions on land usebased on vulnerability areas and how the construction is executed, especially at the core of the esker. Stormwater management should be based on a robust water system based on a system thinking so that no water will infiltrate the soil in vulnerable areas. This is to be ensured by a dense water pipeline system that leads the stormwater into surface water dams where it isdelayed and cleaned. Handling of extinguishing water should be done by sealing land surfaces around buildings preventing extinguishing water from soil infiltration. Only water may beused as extinguishing fluid. The modelling of pollution dispersion from a roadway inUlleråker shows that contaminants are deposited on a surface up to 6 meters away from the centre of the roadway. The studied urban building project Augustenborg in Malmö has its stormwater system based on open solutions, including channels, ponds and green roofs. The conclusion is that sustainable stormwater management in general is based on delayingand cleaning stormwater locally. The solutions developed for Ulleråker’s stormwatermanagement are based on dense conduits and ponds that delay the water before reaching thesurface water receptor Fyrisån or are connected to Uppsala municipality's water pipelines. In Ulleråker it becomes important that control programs are in place and followed to reduce therisk of groundwater contamination. Pollution from Ulleråkersvägen is spread up to 6 meters out of the middle of the road and it is therefore important to seal this area so that thecontaminants cannot infiltrate with the stormwater to Uppsalaåsen. Solutions from Augustenborg that could be implemented in Ulleråker are green roofs with thick soil layers asthey clean water more efficiently than roofs with thinner soil layers.

Värmdö municipality, in the archipelago of Stockholm, has one of Sweden’s fastest growing populations and is a popular location for tourism and summer houses. This puts a lot of pressure on groundwater reservoirs and will likely be even more strained in the future as the climate continues to heat up due to anthropogenic activities. The aim of this study is to investigate the use of groundwater resources on the island of Ingarö, today and in a changing climate. The goal was also to identify the behaviour of the groundwater reservoir under different extraction rates. A model was constructed using MODFLOW, a software developed and maintained by the U.S. Geological Survey. The results show that for the present-day scenario with the current extraction rate there is a surplus of recharge leaving the reservoir. Moreover, three groundwater divides could be identified in the reservoir which can prove useful when examining the movement of contaminants. The result also indicated that an extraction rate of 105% of current extractions could be possible without any artificial infiltration. At an extraction rate of 110%, one well struggled with keeping up with demand for water. As the extraction rate increased further the results were deemed as inconclusive. For these scenarios, model domain required to be extended further east due to a constant head boundary condition acting as an infinite source of water in these cases. / Värmdö kommun har en av Sveriges snabbast växande befolkningar, därtill är kommunen en populär tillflyktsort under sommaren med många turister och andra som har sina sommarhus där. Många av dessa sommarhus har under de senaste 20 åren konverterats till permanentboenden och det är troligt att denna utveckling kommer fortsätta i framtiden. Detta medför att den redan begränsade tillgången på vatten ute i skärgården påverkas negativt och kommer spädas på ytterligare i samband med att klimatet blir allt varmare. Målet med denna uppsats var att kartlägga grundvattentillgångarna i Ingarö vattentäkt och hur dessa påverkas av klimatförändringarna samt under olika uttagsscenarion, där de olika uttagen kan spegla kraven på tillgång på vatten vid en ökande befolkning. En konceptuell modell skapades i Groundwater Modelling Systems (GMS) och i ArcGIS. Modellen löses sedan numeriskt med hjälp av grundvattenflödesekvationen i MODFLOW och lösningen importeras därefter tillbaka till GMS för analys. Den underliggande förutsättningen i modellen var att det nuvarande grundvattenuttaget och den naturliga återhämtningen av magasinet är lika stor. Den naturliga återhämtningen inom domänen, och de bidragande omkringliggande områdena, baserades på årsmedelvärden av nederbörd och evapotranspiration som hämtas från Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut (SMHI). De bidragande omkringliggande områdena identifierades genom att hitta vattendelare i landskapet med hjälp av en Digital Elevation Model (2x2 m). Jorddjupet i åsen beräknades med hjälp av Sveriges Geologiska Undersöknings (SGU) jorddjupsmodell som grund. I de områden där SGUs modell inte ansågs ge tillförlitliga jorddjup ersättes den med dels en jorddjupsmodell utvecklad på Kungliga Tekniska Högskolan (Simplified Regolith thickness Model) och dels med hjälp av kriging-interpolation över ett område med en högre densitet av kända jorddjupspunkter. Resultaten från det nutida scenariot med dagens uttag visade att det finns ett visst mått av överskott på vatten i åsen. Utöver detta så visade också resultatet att det finns tre grundvattendelare i vattenreserven vars placering kan visa sig nyttig för att förstå hur föroreningar kan sprida sig i åsen. Resultatet visade att uttag på 105 % av dagens uttag troligtvis är möjliga utan artificiellinfiltrering. Då uttaget ökades till 110 % började en brunn visa på svårigheter att leverera de volymer som förväntades. För uttag på 130 % och större visade sig resultatet vara missvisande då en stor mängd vatten strömmade in från den östra gränsen. Den östra gränsen av modellen bör därför förflyttas längre öster ut för att uppnå mer tillförlitliga resultat. Klart stod dock att den generella grundvattennivån lär sjunka i framtiden då evapotranspirationen förutspås öka mer än nederbörden.

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.

<p>When protection zones for wells are delineated, it is important to acquire good knowledge about possible travel time from different points in the catchment area to the well. Often, simple analytical methods are used for estimating travel times and the assumption is made that the hydraulic conductivity is relatively homogenous within the aquifer. Nevertheless, many aquifers are strongly heterogeneous which may lead to differences between estimates and actual travel times. As a part of the process to develop improved methods for delineating protection zones for groundwater supply wells, a tracer experiment was performed in a glaciofluvial esker formation in Järlåsa. On the basis of the experiment, a numerical flow model was created for the test site.</p><p>The purpose of this master’s thesis was to apply the flow model to an aquifer where the hydraulic conductivity shows great variability and should be described by a stochastic distribution. The purpose was also to determine the statistical properties of the hydraulic conductivity and to simulate the transport times and their variation from different locations in the aquifer to the pumping well.</p><p>The hydraulic conductivity was estimated from grain size distributions in soil samples that were taken at various locations within the test site. The analysis of the hydraulic conductivity showed a large variation and confirmed the hypothesis that the aquifer is heterogeneous. Using the statistics, a large number of stochastic conductivity fields were created and flow simulation was performed for each realization. From the simulation result, frequency distributions of the transport times were produced describing the probability for the transit time for a water particle between a certain location in the aquifer and the pumping well. A comparison with the tracer experiment shows higher simulated transport times implying the need for improved model calibration. The conclusion is that the method used in this project is suitable for glaciofluvial esker aquifers. When protection zones are delineated, stochastic modeling can be used to express the zone boundaries in statistical terms.</p> / <p>När skyddsområden för grundvattentäkter skapas är det viktigt att ha god kännedom om vattnets transporttider från olika delar i tillrinningsområdet till uttagsplatsen av grundvattnet. Metoderna för att bestämma dessa tider är ofta enkla och vanligen görs antagandet att områdets hydrauliska konduktivitet är relativt homogen. Många akviferer är dock kraftigt heterogena och de verkliga transporttiderna kan då skilja sig från de uppskattade. Som ett led i metodutvecklingen för bättre avgränsning av skyddsområden genomfördes ett spårämnesförsök i en isälvsavlagring i Järlåsa. Med utgångspunkt från försöket har en numerisk flödesmodell konstruerats över försöksområdet.</p><p>Syftet med examensarbetet var att tillämpa flödesmodellen i en akvifer där den hydrauliska konduktiviteten visar sådana variationer att den beskrivs bäst av en stokastisk fördelning. Vidare var syftet att bestämma den hydrauliska konduktivitetens statistiska egenskaper och att simulera transporttiderna och deras variation från olika punkter i akviferen till pumpbrunnen.</p><p>Den hydrauliska konduktiviteten uppskattades utifrån kornstorleksfördelningar i jordprover som togs på en mängd platser i försöksområdet. Analysen av den hydrauliska konduktiviteten visar stora variationer i området vilket bekräftar att akviferen är heterogen.</p><p>Utifrån konduktivitetens statistik genererades ett stort antal stokastiska konduktivitetsfält och transporttiderna beräknades för varje realisering. Resultatet från simuleringarna gav frekvensfördelningar för transporttiderna som beskriver sannolikheten för hur lång uppehållstid en vattenpartikel har i marken mellan en startpunkt och pumpbrunnen. Jämfört med spårämnesförsöket blev de simulerade transporttiderna något större vilket tyder på att flödesmodellen kräver en bättre kalibrering mot fältmätningar. Slutsatsen är att metodiken är lämplig för att studera vattnets transporttider i isälvsavlagringen och när ett skyddsområde skapas för den här typen av akvifer kan stokastisk modellering användas för att beskriva skyddszoner i form av statistiska termer.</p>

Over an extended period of time there have been plans to establish a shared facility in Lennheden to extract groundwater from the Badelunda esker to provide drinking water for the cities of Borlänge and Falun. The city of Falun is dissatisfied with the quality of its drinking water and the city of Borlänge is concerned about the risk of contamination of its existing groundwater supply at its current location. To provide a basis for a decision on this issue, the company Midvatten AB has been commissioned to perform hydrogeological investigations in the area of Lennheden. 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.

When establishing a groundwater protection area it is of great interest to be able to estimate the transit time of the groundwater from different places of the aquifer to the withdrawal well. These estimates can be uncertain due to heterogeneities in the aquifer. As a part of the work to develop methods for a more certain delineation of protection areas, a tracer test was performed in an esker located 25 kilometres NW of the town Uppsala. The purpose of this master thesis was to perform, describe and evaluate the tracer test. Travel times from the tracer test should then enable comparison against stochastic simulated travel times of the groundwater in the area. Three dyes (rhodamine WT, uranine and naphtionate) and a salt (NaBr) were used in the tracer test. The tracers were injected in four different wells located 25 meters from a pumping well. The pumping well was pumped at a rate of 1.7 L/s and water samples were collected from the pumped water. The calculated mass recovery was large for bromide (101 %) but considerably lower for the dyes rhodamine WT (70 %), uranine (61 %) and Naphthionate (19 %). The low mass recovery for the dyes is probably due to degradation and maybe also adsorption. An analytical solution to the advection – dispersion equation in one dimension for radial converging flow was used for the interpretation of the breakthrough curves. Smallest and largest transit time that was received from the model fitting was 1,9 days and 5,1 days respectively and without exception large longitudinal dispersivities (9-35 m). Point dilution tests were performed in the injection wells in order to determine the ground water flow at these wells. The tests gave information about the magnitude of the ground water flow, differences between the wells and the flow change at pumping. Travel times were estimated from the received breakthrough curves and the travel time distributions can be used for comparison against stochastic simulated travel times of the groundwater. / Vid utformningen av skyddsområden för grundvattentäkter är det av stor vikt att kunna uppskatta grundvattnets transporttid (uppehållstid) från olika partier av akviferen till uttagsplatsen. Dessa bedömningar har en tendens att bli osäkra på grund av heterogeniteter i akviferen. Som ett led i arbetet att utveckla metoder för en säkrare avgränsning av skyddsområden genomfördes ett spårämnesförsök i en isälvsavlagring (Järlåsaåsen) belägen cirka 2,5 mil nordväst om Uppsala. Syftet med examensarbetet var att genomföra, beskriva och utvärdera spårämnesförsöket. Bestämda transporttider från spårämnesförsöket skulle sedan kunna användas för jämförelse med stokastiskt simulerade transporttider för grundvattnet i området. Tre färgspårämnen (rhodamin WT, uranin och naphtionat) och ett salt (NaBr) användes vid spårämnesförsöken. Spårämnena injicerades i fyra olika grundvattenrör belägna 25 meter från en uttagsbrunn. Pumpflödet ur uttagsbrunnen var 1,7 L/s och med en automatprovtagare togs vattenprover från det uppumpade vattnet. Resultatet från massbalansberäkningarna visade på att all injicerad bromid återfanns i uttagsbrunnen, men andelen återfunnen spårämnesmassa var betydligt lägre för färgspårämnena rhodamin WT (70 %), uranin (61 %) och naphtionat (19 %). Den låga andelen återfunnen massa beror troligtvis främst på nedbrytning och kanske även på adsorption. En analytisk lösning till advektions- dispersionsekvationen i en dimension för radiellt konvergerande strömning användes vid utvärderingen av genombrottskurvorna. En minsta och största uppehållstid på 1,9 dygn respektive 5,1 dygn och överlag oväntat stora dispersiviteter (9 – 35 m) erhölls från kurvanpassningen. Den första ankomsttiden till uttagsbrunnen hade ett minsta och största värde på 3,8 respektive 13 timmar. Utspädningsförsök genomfördes också för att bestämma storleken på flödet vid injektionsrören. Dessa försök gav en bild av flödets storlek, skillnader mellan de olika injektionsrören och flödets förändring vid pumpning. De bestämda transporttiderna visar på relativt stora tidsskillnader och ett heterogent försöksområde. Transporttidsfördelningarna utgör också ett underlag för en jämförelse mot stokastiskt simulerade transporttider av grundvattnet.

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.

Abstract Water resources management calls for methods to simultaneously manage groundwater (GW) and surface water (SW) systems. These have traditionally been considered separate units of the hydrological cycle, which has led to oversimplification of exchange processes at the GW-SW interface. This thesis studied GW hydrology and the previously unrecognised connection of the Rokua esker aquifer with lakes and streams in the area, with the aim of identifying reasons for lake water level variability and eutrophication in the Rokua esker. GW-SW interactions in the aquifer were first studied with field methods. Seepage meter measurements showed substantial spatial variability in GW-lake interaction, whereas transient variability was more modest, although present and related to the surrounding aquifer. Environmental tracers suggested that water exchange occurs in all lakes in the area, but is of varying magnitude in different lakes. Finally, GW-SW interaction was studied in peatland catchments, where drainage channels in the peat soil presumably increased groundwater outflow from the aquifer. Amount and rate of GW recharge were then estimated with a simulation approach developed explicitly to account for the physical characteristics of the Rokua esker aquifer. This produced a spatially and temporally distributed recharge estimate, which was validated by independent field techniques. The results highlighted the impact of canopy characteristics, and thereby forestry management, on GW recharge. The data collected and the new understanding of site hydrology obtained were refined into a fully integrated surface-subsurface flow model of the Rokua aquifer. Simulation results compared favourably to field observations of GW, lake levels and stream discharge. A major finding was of good agreement between simulated and observed GW inflow to lakes in terms of discharge locations and total influx. This thesis demonstrates the importance of using multiple methods to gain a comprehensive understanding of esker aquifer hydrology with interconnected lakes and streams. Importantly, site-specific information on the reasons for water table variability and the trophic status of Rokua lakes, which is causing local concern, is provided. As the main outcome, various field and modelling methods were tested, refined and shown to be suitable for integrated GW and SW resource management in esker aquifers. / Tiivistelmä Vesivarojen hallinnassa tarvitaan menetelmiä pohja- ja pintaveden kokonaisvaltaiseen huomioimiseen. Pohja- ja pintavesiä tarkastellaan usein erillisinä osina hydrologista kiertoa, mikä on johtanut niiden välisten virtausprosessien yksinkertaistamiseen. Tässä työssä selvitettiin Rokuan pohjavesiesiintymän hydrologiaa ja hydraulista yhteyttä alueella oleviin järviin ja puroihin. Tutkimuksessa pyrittiin osaltaan selvittämään syitä harjualueen järvien pinnanvaihteluun ja veden laatuongelmiin. Kenttätutkimuksissa todettiin voimakasta alueellista vaihtelua järven ja pohjaveden vuorovaikutuksessa. Pohjaveden suotautumisen ajallinen vaihtelu puolestaan oli vähäisempää, mutta havaittavissa, ja kytköksissä järveä ympäröivän pohjavesipinnan vaihteluihin. Merkkiaineet vesinäytteistä viittasivat vastaavan vuorovaikutuksen olevan läsnä myös muissa alueen järvissä, mutta suotautuvan pohjaveden määrän vaihtelevan järvittäin. Turvemailla tehdyt mittaukset osoittivat pohjaveden purkautuvan ojaverkostoon ja ojituksen mahdollisesti lisäävän ulosvirtaamaa pohjavesiesiintymästä. Pohjaveden muodostumismäärää ja -nopeutta tutkittiin numeerisella mallinnuksella, joka kehitettiin huomioimaan harjualueelle ominaiset fysikaaliset tekijät. Mallinnus tuotti arvion ajallisesti ja alueellisesti vaihtelevasta pohjaveden muodostumisesta, joka varmennettiin kenttämittauksilla. Tuloksissa korostui kasvillisuuden, ja sitä kautta metsähakkuiden, vaikutus pohjaveden muodostumismääriin. Hydrologiasta kerätyn aineiston ja kehittyneen prosessiymmärryksen avulla Rokuan harjualueesta muodostettiin täysin integroitu numeerinen pohjavesi-pintavesi virtausmalli. Mallinnustulokset vastasivat mittauksia pohjaveden ja järvien pinnantasoista sekä purovirtaamista. Työn merkittävin tulos oli, että mallinnetut pohjaveden purkautumiskohdat ja purkautumismäärät alueen järviin vastasivat kenttähavaintoja. Tämä työ havainnollisti, että ymmärtääkseen pohjaveden ja siitä riippuvaisten järvien ja purojen vuorovaikutusta harjualueella on käytettävä monipuolisia tutkimusmenetelmiä. Työ toi lisätietoa Rokuan harjualueen vesiongelmien syihin selittäen järvien vedenpinnan vaihtelua ja vedenlaatua pohjavesihydrologialla. Väitöstyön tärkein anti oli erilaisten kenttä- ja mallinnus-menetelmien soveltaminen, kehittäminen ja hyödylliseksi havaitseminen harjualueiden kokonaisvaltaisessa pinta- ja pohjavesien hallinnassa.

Eskers are long winding ridges that originate from gravel that has travelled in meltwater streams in glaciers. At the study site, Virttaankangas plane in southwest Finland, there are esker structures covered by sediments. One reason why it is important to study eskers is because they are used for purifying drinking water. The data used in the study were collected during a seismic survey in July 2014. During the survey a controlled source created seismic waves that travelled down through the earth and then reflected back up again. By detecting the travel time of the waves and estimating the velocity of the geologic layers, the depth to the reflecting structures could be calculated. There are two types of waves that travel through the body of the earth, pressure waves (P-waves) and shear waves (S-waves). In a previous study (Maries et al., 2017) P-wave data from the same survey have been analyzed, so this work focuses on S-wave data but also compares the result from the two. Some structures related to eskers were identifiable, such as fractures in the bedrock from the pressure of the main esker core. By comparing S- and P-wave results it was possible to see hints of the arched esker cores and esker fan lobes. Overall the result confirmed the model that was achieved of the profile in the previous study. The location of the bedrock both matched with the previous study, and added information about its orientation. An additional goal was to demonstrate the insensitivity of S-waves to water content by showing that if there was a water table reflection in the P-wave data, this reflection was missing in the S-wave data. The results showed water table reflections in the P-wave data, but there were no distinguishable water table reflections with appropriate velocity for S-waves in the S-wave data. / Rullstensåsar definieras som långa åsar med storlekssorterat grus som avlagrats av smältvattenströmmar i glaciärer. Vid undersökningsplatsen, Virttaankangasheden i sydvästra Finland, finns rullstensåsstrukturer som är begravda under sediment. En anledning till varför det är viktigt att undersöka rullstensåsar är att de används för filtrering vid framställning av dricksvatten. De data som användes i denna studie inhämtades under en seismisk undersökning i juli 2014. Undersökningen gick till på så vis att en kontrollerad källa skapade seismiska vågor som färdades ner i jorden för att sedan reflekteras tillbaka upp mot ytan. Genom att notera tiden det tog för vågorna att färdas, samt uppskatta hastigheten i de geologiska lagren, kunde djupet till de reflekterande strukturerna beräknas. Det finns två sorters vågor som kan färdas genom jorden, tryckvågor (P-vågor) och skjuvvågor (S-vågor). I en tidigare studie (Maries et al., 2017) analyserades P-vågsdata från samma seismiska undersökning, så detta arbete fokuserar på S-vågsdata men jämför också resultaten av båda två. Vissa strukturer kopplade till rullstensåsar kunde identifieras, så som sprickor i begrgrunden från trycket av den största rullstensåsen. Genom att jämföra resultat från S- och P-vågor kunde man se reflektioner från rullstensåsar och sediment. Sammantaget bekräftade resultatet den modell över profilen som framtagits i den tidigare studien. Berggrundens läge stämde överens med den förra studien och tillförde ny information om dess orientering. Utöver detta försökte man också demonstrera S-vågors okänslighet för vatten genom att visa att om det fanns reflektioner från grundvattenytan i P-vågsdatan så skulle de reflektionerna inte synas i S-vågsdatan. I P-vågsdatan visade det sig att det fanns grundvattenreflektioner, men det gick inte att urskilja några liknande reflektioner i S-vågsdatan.