En gruva kan orsaka stor påverkan på den omgivande miljön, bland annat påverkas grundvattennivåerna kring gruvan eftersom den länspumpas. För att få starta en gruva i Sverige måste tillstånd erhållas och då krävs en miljökonsekvensbeskrivning med bland annat en utredning om hur gruvan kommer att påverka omgivande grundvatten. Syftet med det här arbetet var att undersöka hur ett teoretiskt djupt vertikalt gruvschakt påverkade grundvattnet i det omgivande berget. Gruvan i den här studien antogs vara omgiven av sprickigt berg. Sprickigt berg har mycket heterogena hydrauliska egenskaper vilket gör beräkningarna av grundvattnets strömning komplicerade. Grundvattenavsänkningen beräknades dels med analytiska metoder, dels med numeriska metoder.  De numeriska beräkningarna gjordes med en finit differensmetod i programmet GEOAN. Berget beskrevs som ett kontinuum och flödet beräknades i tre dimensioner. Utvärdering gjordes av hur olika parametrar påverkade avsänkningsområdet kring schaktet och flödet av inläckande vatten i schaktet. De parametrar som undersöktes var: modelldomänens storlek, cellstorlek, potentiell grundvattenbildning, hydraulisk konduktivitet, topografi och schaktets utformning. Förutom olika storlek på konduktiviteten undersöktes hur anisotropi, djupberoende och heterogenitet i konduktiviteten påverkade. När konduktiviteten beskrevs som heterogen modellerades berget som ett stokastiskt kontinuum. De analytiska metoder som användes beräknade tvådimensionellt grundvattenflöde i en homogen akvifer. Utvärderingen av de analytiska metoderna visade att de metoder som användes krävde så pass mycket förenkling av verkligheten och så många antaganden att de bara kan ge en grov uppskattning av ett influensområde. Från utvärderingen av modellering med den numeriska metoden drogs bland annat följande slutsatser: (i) hydraulisk konduktivitet och potentiell grundvattenbildning har stor påverkan på influensområde och inläckage, (ii) ett heterogent konduktivitetsfält ger ett större avsänkningsområde men ett mindre inläckage jämfört med ett homogent konduktivitetsfält med samma effektiva konduktivitet och (iii) en horisontell tunnel som ansluts till schaktet på stort djup påverkar inte grundvattenytans avsänkning när konduktiviteten är djupavtagande. Utvärdering av grundvattenbildningen visade att en stor del av det vatten som läckte in i schaktet kom från områden utanför avsänkningsområdet. För att veta hur bra resultaten från den numeriska metoden stämmer i ett verkligt fall skulle resultaten behöva jämföras med uppmätta värden av inläckage i ett schakt och grundvattenavsänkning kring detsamma. / A mine can cause a major impact on the surrounding environment, including a drawdown of the groundwater table caused by dewatering of the mine. In order to start a mine in Sweden, permission must be obtained. This requires an environmental impact assessment, including an investigation of how the mine will affect surrounding groundwater. The aim of this project was to investigate the impact of a theoretical deep vertical mine shaft on ground water in the surrounding rock. In this study the mine was assumed to be surrounded by fractured rock. Fractured rock has very heterogeneous hydraulic properties, which makes the calculations of groundwater flow complex. The drawdown of the groundwater table was calculated both with analytical and numerical methods. The numerical calculations were made with a finite difference method in the program GEOAN. The rock was described as a continuum and the flow was calculated in three dimensions. Evaluation was made of how different parameters affected the size of the drawdown area around the shaft and the inflow to the shaft. The analyzed parameters included: size of the model domain, cell size, potential groundwater recharge, hydraulic conductivity, topography and the design of the shaft. In addition to different magnitude of the conductivity, investigation was done of how anisotropy, depth dependency and heterogeneity affected the results. When conductivity was described as heterogeneous it was modeled as a stochastic continuum. The analytical methods used calculated two-dimensional ground water flow in a homogeneous aquifer. The evaluation of the analytical methods showed that the used methods required so many simplifications and assumptions, that they were only able to give a rough estimate of an area of influence. From the evaluation of the modeling with the numerical method the following conclusions, among others, were drawn: (i) hydraulic conductivity and potential recharge have a major impact on the drawdown area and the inflow to the shaft, (ii) a heterogeneous conductivity field enlarges the drawdown area but decreases inflow to the shaft compared with a homogeneous conductivity field with the same effective conductivity and (iii) a horizontal tunnel connected to the shaft at great depth does not affect drawdown of the groundwater table when conductivity decreases with depth. Evaluation of the groundwater recharge showed that a large part of the water flowing in to the shaft came from areas outside the drawdown area. To know how well the numerical method works in a real case the results would need to be compared with measured values of inflow to a shaft and drawdown of the groundwater table around it.

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.

Subsurface constructions, such as tunnels, create hydrogeological challenges in mitigating risk of subsidence due to groundwater drawdown. Presenting readily made precautionary mitigation plans, such as strategically planned artificial recharge applications, can help effectivise the mitigation process. The Bypass Stockholm project comprises of several subsurface constructions which may lower the surrounding groundwater level through tunnel leakage. Risk of land subsidence persists in the nearby urban area of Vinsta, Stockholm, where a groundwater drawdown may cause the clays in the area to experience land subsidence. A hydrogeological modelling approach was used in the area to create strategic artificial infiltration plans that could be employed as a mitigative response to the drop in groundwater head. In order to simulate the potential tunnel drainage, a steady state hydrogeological model was built using MODFLOW. A 220 l/s tunnel leakage was then simulated. Four different artificial groundwater infiltration scenarios were then conceptualized and simulated to observe effects on groundwater heads. The groundwater levels of the baseline model of the area fit the calibration targets with average absolute deviation of 0.18 m. The tunnel drainage scenario lowered the groundwater level in the till aquifer and bedrock by 0 - 1.5 m and 0.5 - 5 m respectively, with higher drawdowns observed closer to the tunnel. The infiltration scenarios mitigate the groundwater drawdown with different efficacies; proximity to the recharge point, and discharge into the till aquifer were observed to have the highest effect on groundwater recharge in the model. The model could have been improved by improving the data quality surrounding the hydraulic conductivity of the bedrock, as it had the highest effect according to the parameter sensitivity analysis. / Konstruktioner under mark kan skapa hydrogeologiska utmaningar, såsom sättningsrisk orsakade av grundvattenavsänkning. Ett sätt att effektivisera åtgärdsprocessen är att förbereda för eventuell artificiell grundvatteninfiltration. Vägprojektet Förbifart Stockholm innefattar konstruktioner under mark och riskerar, genom inläckage, att sänka grundvattennivån i omgivningen. Ett potentiellt problemområde är stadsdelen Vinsta, delar av vars är byggd på sättningskänslig lera som kan påverkas av en grundvattenavsänkning. För att kunna motverka en grundvattensänkning i Vinsta har hydrogeologisk modellering utförts för att strategiskt planera artificiell grundvatteninfiltration. Ett tunnelläckage på 220 l/s har simulerats genom en hydrogeologisk steady state-modell i MODFLOW. Fyra olika scenarier för grundvatteninfiltration har konceptualiserats och simulerats för att observera påverkan på grundvattennivån. Den spatialt variabla grundvattennivån i grundmodellen nådde kalibreringsmålen med en genomsnittlig absolutavvikelse på 0,18 m. Modellen för tunnelläckage resulterade i att grundvattennivån i moränakvifären och berget sjönk med 0 – 1,5 resp. 0,5 – 5 m, med större grundvattensänkning närmare tunneln. Scenarierna för infiltration motverkade grundvattensänkningen i olika grad. Närhet tilltunneln, eller platsen för inläckage, samt den hydrauliska konduktiviteten mellan infiltrationen och akvifären visade störst påverkan på resultatet för att motverka grundvattensänkningen. Känslighetsanalysen för parametrarna i modellen visade att berget och dess hydrauliska konduktivitet hade störst påverkan på resultatet. Tillgång till bättre data för berget möjliggör förbättrat modelleringsresultat.

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.