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.

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.

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

There are today thousands of active and disused landfills around Sweden. New landfills have to meet high standards to prevent spreading of contaminants from the landfill, and the more hazardous the waste is, the higher the requirements. This study investigates how contaminants from the landfill Ullnatippen can spread around the area. Ullnatippen is a landfill that today only is used for inert waste, which is waste that does not release hazardous contaminants. The landfill has been used since the 1950s and there is some information that suggests that more hazardous waste has been left on the landfill in the past. Ullnatippen has a control program, consisting of 6 groundwater pipes where samples have been taken every year for many years. The purpose with the control program is to discover contaminants spreading from the landfill. This study also investigates whether the control program is designed in such a way that contaminants measured in the pipes actually derive from the landfill.  To be able to investigate this a groundwater model was built with the program Modflow. From this model, a particle tracking to see the possible routes for contaminants to spread was performed. The result showed that the groundwater from the landfill is moving towards the lake Ullnasjön. The model also confirmed that possible contaminants from the landfill are measured by the control program, but that there is room for improvement since the pipes are located with such long distances. The study also discusses general uncertainties with groundwater modeling and which improvements that have to be done to establish the result from this study.

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.

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.

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.

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.

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.

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.