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

This thesis aimed to evaluate the groundwater discharge distribution in the Krycklan catchment by developing a groundwater flow model using COMSOL Multiphysics and assuming a topography- controlled groundwater surface. Previous research has shown that the groundwater surface can be modeled as a subdued replica of the topography in humid climate regions where the permeability of the subsurface is low and where the groundwater surface is shallow. In earlier studies by Mojarrad (2021), it has been shown that the modeled infiltration becomes higher than the observed infiltration when a topography-controlled groundwater surface boundary is used and that a solution to this is to decrease the resolution in recharge areas. This method was therefore used in the thesis; however, the modeled infiltration was unsuccessfully lowered. This is thought to be due to differences between the model and the previous study and which are discussed further in this thesis. The discharge and recharge areas were identified using the direction of the vertical component of Darcy velocity, and the discharge flow distribution was evaluated in ArcMAP. The discharge flow distribution in the landscape was compared to real geographical data of surface water to identify a discharge threshold value for when the water balance is upheld by surface water flow or by evapotranspiration. The evapotranspiration discharge flow distribution was also evaluated, where the highest flow values were found in riparian zones of the landscape. / Syftet med denna avhandling var att utvärdera föredelningen av grundvattnets utflöde i Krycklans avrinningsområde genom att utveckla en grundvattenflödesmodell i COMSOL Multiphysics med antagandet av en topografikontrollerad grundvattenyta. Tidigare forskning har visat att grundvattenytan kan modelleras som en dämpad kopia av topografin i fuktiga klimatområden där permeabiliteten i underytan är låg och där grundvattenytan är grund. En implikation av att använda en topografikontrollerad grundvattenyta har visat sig vara att den modellerade infiltrationen blir högre jämfört med den observerade infiltrationen. Tidigare studier av Krycklans avrinningsområde har visat att genom att minska upplösningen i infiltrationsområden kan den modellerade infiltrationen framgångsrikt sänkas, därför användes denna mesh-utjämningsmetod i avhandlingen. För validering av modellen jämfördes den modellerade infiltrationen med den observerade infiltrationen i Krycklans avrinningsområde. Valideringen visade att mesh-utjämningen misslyckades med att minska infiltrationen, vilket tros bero på skillnader mellan modellen och den tidigare studien och som diskuteras vidare i denna avhandling. Grundvattnets infiltration- och utflödesområden identifierades med hjälp av riktningen på den vertikala komponenten av Darcy-hastighet, och utflödesfördelningen utvärderades i ArcMAP. Utflödesfördelningen i landskapet jämfördes med verkliga geografiska data för ytvatten för att identifiera ett tröskelvärde för utflödet när vattenbalansen upprätthålls av ytvattenflöde eller av evapotranspiration. Fördelningen av utflöden genom evapotranspirations utvärderades också, där de högsta flödesvärdena återfanns i områden nära ytvattenkroppar i landskapet.

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