Infrastructural projects may sometimes require excavation of soils and the groundwater table to be lowered, temporarily or permanently. As there are risks in connection to groundwater lowering, the extent of the affected area is of interest. The distance from the source of the drawdown to the point of unaffected groundwater table is known as the influence radius, and can be analytically estimated by a number of formulas, using input based on aquifer properties. Using data from two infrastructural projects in Sweden, the formulas could be evaluated in respect to groundwater level measurements and actual influence radius. The aim of this study was to compare different the results of the formulas to observed drawdown, as well as to evaluate the sensitivity of the formulas, i.e. how changes in input yielded changes in influence radius. Data from the two projects were used as input to the formulas, where the output could be compared to time series of groundwater table measurements in order to evaluate the accuracy of each specific formulas in each case. The sensitivity analysis was carried out by changing the values of the input data, one parameter at a time within a range of typical values, and evaluating the change that occurred. The evaluation was made by comparisons between the original calculation of influence radius and the new set of influence radii, calculated by changes in input parameters. A large change in the value of influence radius indicate a high sensitivity and vice versa. The calculated influence radii varied largely between the two cases, and no clear result as to the accuracy of the formulas could be seen. What this implies is that the choice of formula when estimating influence radius matters greatly, and that a few different formulas should be used if the input data is available. For greater knowledge of the suitability of the formulas, a greater number of case should be investigated, but overall the theoretically derived formulas, with a greater number of input parameters, seem to be more reliable. The sensitivity analysis showed that a certain formula could have different sensitivities, depending on the magnitude of the input – a small change on the low part of the input range could have a greater change on the influence radius than a large change at the high part of the influence range. When making estimations, it’s thus a good practice to use a range of input values, i.e. minimum and maximum values, for a better estimation of influence radius. Hydraulic conductivity is a particularly important parameter when calculating the influence radius, and is oftentimes hard to determine exactly. Using a safety margin for the input when using the formulas is a good method for a better understanding of the extent of the influence radius. While hard to determine a single parameter associated with a high uncertainty, the empirical formulas did exhibit a larger sensitivity than the theoretical, further promoting the use of theoretical formulas in general when possible, and Theims (confined) well equation in particular, regardless of the aquifer type. / Många byggnadsprojekt kan kräva att marken grävs upp, där exempelvis ledningar, grundläggning för byggnader eller vägar ska anläggas. Det finns risk för att en sådan anläggning går ned under grundvattenytan, eller att arbetsförhållandena kräver att grundvattenytan sänks, tillfälligt eller permanent. En sänkt grundvattenyta kan riskera sprida sig till omgivande mark, beroende på markens egenskaper. Exempel på skador som kan uppstå från en sänkt grundvattenyta är sämre funktion eller kapacitet i brunnar samt sättningar i byggnader som är grundlagda på sättningskänslig mark. Det är således av stort intresse att känna till hur stort område som kan påverkas av sänkt grundvattenyta omkring den sänkning som anläggningen kräver. Det område som påverkas av sänkta grundvattennivåer kallas för influensområde, och det avstånd från anläggningen till opåverkade nivåer kallas följaktligen influensradie. Detta eftersom avståndet som influeras av grundvattensänkningen ofta antas ske jämnt i alla riktningar från en punkt. Influensradien kan uppskattas med hjälp av ett stort antal matematiska formler som använder sig av grundvattenmagasinets och områdets egenskaper (parametrar). Formlerna är i många fall lika, men kan ge väldigt olika resultat. I dagsläget saknas konsensus om vilken eller vilka metoder som är bäst lämpade för att bestämma influensområdet, eller hur de skiljer sig åt i samma sammanhang. Med hjälp av data från två infrastrukturprojekt i Sverige utvärderades formlernas lämplighet och användbarhet till att uppskatta en viss influensradie. Formlernas beräknade värde på influensradie jämfördes med mätningar av grundvattennivåer och kunde på så sätt utvärderas i relation till en faktisk influensradie. Syftet med detta arbete var dels att jämföra utfallen av formlerna mot den faktiska influensradien, samt att undersöka formlernas känslighet, d.v.s. hur ändringar i indata gav förändringar i utfallet. Känslighetsanalysen genomfördes genom att ändra värden på indata, en parameter i taget inom ett spann av typiska värden för grundvattenmagasinet, och utvärdera förändringen som uppstod. Utvärderingen gjordes genom jämförelse mellan den ursprungliga influensradien och de nya influensradier som uppstod med förändrad indata. En stor förändring i influensradie indikerar stor känslighet och vice versa. Resultaten från utvärderingen av formlerna skilde sig åt mellan de två fallen, och något entydigt resultat om bäst lämpade formler gick inte att se utifrån den tillgängliga datan. Däremot gav olika formler både under- och överskattningar för samma uppsättning indata, vilket visar på att valet av formel vid uppskattning spelar stor roll, och att det är säkrast att göra uppskattningen för ett par olika formler om indata är tillgänglig. För större kännedom kring formlernas lämplighet kan fler fall utvärderas, men det tycks finnas en viss fördel för de formler som är teoretiskt härledda och tar hänsyn till fler egenskaper av grundvattenmagasinet. Känslighetsanalysen visade att en parameter kan ha olika stor påverkan på känsligheten beroende på inom vilket spann rimliga värden på parametern finns. Att göra beräkningar med ett max- och min-värde är således en bra metod för att få reda på ungefär vilken influensradie som kan väntas utifrån beräkningar. Hydraulisk konduktivitet (genomsläpplighet) är en i synnerhet viktig parameter vid beräkning av influensradie som dessutom är svår att bestämma med stor säkerhet. Med hjälp av en viss säkerhetsmarginal kan influensområdet bättre förstås. Även om det är svårt att urskilja någon enskild parameter som i synnerhet känslig verkar det som att de empiriska formlerna är mer känsliga än de teoretiska. Detta styrker ytterligare ett användande av teoretiska formler generellt, och i synnerhet Theims brunnsekvation (för slutna akviferer), oavsett vilken typ av akvifer som beräkningen utförs för.

Die künstliche Grundwasserabsenkung stellt eine wichtige Maßnahme für die Entwässerung von Baugruben und bergbaulich genutzten Flächen dar. Eine erfolgreiche und zielgerichtete Absenkung des Grundwasserspiegels setzt ein zweckmäßiges Design und die richtige Auswahl der genutzten Absenkungstechniken voraus. Dabei sind insbesondere die Dimension des abzusenkenden Bereichs, die Untergrundbeschaffenheit sowie zu erfüllende umweltschutzrechtliche Regelungen zu berücksichtigen. Zur Grundwasserabsenkung kommen üblicherweise verschiedene Ausführungen und Anordnungen von Pumpbrunnen zum Einsatz. Konventionelle Pumpbrunnen, welche für Absenkungsmaßnahmen eingesetzt werden, entnehmen Grundwasser aus dem Aquifer. Durch das fortwährende Abpumpen von in der Regel erheblichen Wassermengen können jedoch Umweltprobleme entstehen, und es ist mit zusätzlichen Entsorgungskosten für die Ableitung des geförderten Wassers zu rechnen. Im Gegensatz hierzu stellen vertikale Zirkulationsbrunnen (VCW) einen innovativen Ansatz dar, der eine lokale Grundwasserabsenkung ohne Nettowasserentnahme aus dem Aquifer erlaubt. Ein VCW kann als ein Einbohrlochsystem aufgefasst werden, bei dem im oberen Bereich eines Brunnens Wasser entnommen und dieses in einem separaten, weiter unten installierten Brunnenbereich wieder injiziert wird. Die erfolgreiche Anwendung dieser neuen Grundwasserabsenkungstechnik erfordert die genaue Kenntnis der Faktoren, welche für die Grundwasserströmungsverhältnisse relevant sind und somit die Absenkung bestimmen. Traditionelle Berechnungsansätze vernachlässigen oft vertikale Grundwasserbewegungen und sind deshalb für die Beschreibung der komplexen Strömungsverhältnisse in unmittelbarer Nähe eines VCW nicht geeignet. Aus diesem Grund steht die systematische Untersuchung der Grundwasserströmung unter Berücksichtigung vertikaler Strömungskomponenten im Hauptfokus dieser Arbeit. Die Untersuchungen beschäftigen sich in erster Linie mit der Entwicklung einer geeigneten Simulationsmethode, mit der Evaluierung des Einflusses relevanter hydrogeologischer Parameter sowie mit der Durchführung und Auswertung von Pumpversuchen an einem Feldstandort. Die hier vorgestellte neue Simulationsmethode koppelt den sogenannten Arbitrary‐Lagrangian‐Eulerian‐(ALE)‐Algorithmus mit der Grundwasserströmungsgleichung. Die Simulationsergebnisse werden mit mehreren analytischen Lösungen verglichen und verifiziert. Das entwickelte numerische Modell berücksichtigt auch Vertikalströmungen und eignet sich somit zur Simulation der Grundwasserströmung in der Nähe von VCW. Folglich kann nun die Lage des Grundwasserspiegels, vor allem für ungespannte Grundwasserleiter, präzise berechnet werden. Nach erfolgter Kalibrierung des numerischen Modells anhand von Felddaten wurde eine Sensitivitätsanalyse relevanter Parameter im Hinblick auf die erzielte Absenkung und deren Auswirkungen auf die Grundwasserströmungssituation durchgeführt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Grundwasserabsenkung proportional zur Pumprate, indirekt proportional zur hydraulischen Leitfähigkeit und fast unabhängig von der Anisotropie des Grundwasserleiters um den VCW ist. Des Weiteren zeigte sich, dass die Lage des oberen Entnahmepunktes einen größeren Einfluss auf die Absenkung als die Lage des darunter liegenden Injektionspunktes hat. Die Größe des von der Grundwasserzirkulation beeinflussten Bereiches hängt dagegen neben dem Abstand dieser beiden Punkte hauptsächlich auch von der Anisotropie des Aquifermaterials ab. Um den Einfluss der Hydrostratigraphie auf die Grundwasserströmung zu untersuchen, wurden die Eigenschaften der einzelnen Schichten genau charakterisiert. Hierfür wurden Direct‐Push‐, Pump‐, Injektions‐ sowie Zirkulationsversuche an einem Feldstandort durchgeführt. Zudem wurden Bohrkerne entnommen und mithilfe von Siebanalysen vertikale Korngrößenverteilungsprofile im Labor bestimmt. Die eingesetzten experimentellen Methoden stellen in Kombination mit numerischen Simulationsrechnungen eine gute Basis dar, um die Rolle der Schichtstruktur im Aquifer besser beurteilen zu können. Die Untersuchungen leisten somit einen wichtigen Beitrag für das zukünftige Design und den Betrieb von VCW für Grundwasserabsenkungszwecke in ungespannten Grundwasserleitern. Zudem zeigt die hier vorliegende Arbeit das große Potential dieser neuen Grundwasserabsenkungstechnik als vielversprechende Alternative zu konventionellen Absenkungsverfahren auf.