There are many methods for cleaning up contaminated soil and groundwater. Phytoremediation is an engineered method that utilizes plants and trees to remove or immobilize inorganic and organic contaminants. The plants and trees can contain contaminant plumes, uptake the contaminants, or aid in the degradation of the contaminants through several poorly understood mechanisms. Hybrid poplar trees were planted to contain a creosote contaminant plume at the study-site in Oneida, Tennessee. This research looks at how the trees will affect groundwater flow in the site. This is accomplished with the groundwater modeling program MODFLOW. The trees are simulated using the Evapotranspiration Package within MODFLOW, within the GMS modeling platform, to produce a two-dimensional unconfined aquifer viewpoint groundwater model. Site characterization, setup, and rationale are provided. The modeling methodology including calibration, sensitivity analysis, non-unique solution check, and verification are also provided. The modeling methodology included steady-state model calibration at the study-site to match observed field data; precursory steady-state and subsequent practice transient calibrations at the site; and incorporation of the simulation of evapotranspiration in the final transient model calibrations at the site. The results show that a phytoremediation system consisting of densely-planted hybrid poplar trees can indeed impact groundwater flow, although not to the extent that clearly would contain a creosote contaminant plume. Various input parameters including specific yield, transient recharge, starting heads, evapotranspiration rates, and evapotranspiration extinction depths impacted MODFLOW model sensitivity in transient calibrations. Varying the time steps in post-precipitation stress periods did not significantly impact the model output. The interception trench conductance played a minimal role in the calibration, but trench groundwater collection data was lacking, and the trench was frequently in need of maintenance. Further suggested data requirements include more frequently collected rainfall and piezometer data, as well as the installation of more piezometers outside the model domain contained in this study. Using the Evapotranspiration Package in MODFLOW provided more realistic and authentic results than using the Well Package (used in a previous study of the site by Panhorst in 2000) to simulate evapotranspiration. The Evapotranspiration Package in MODFLOW incorporates transpiration extinction depths that prevent transpiration when the water table drops below a certain depth. Further suggested program development includes incorporating an asymptotic function for transpiration rates and allowing the Evapotranspiration Package to import evapotranspiration rates, extinction depths, and elevations. It may be deduced from this impact of flow that the tree system will aid in containment of a contaminant plume, but at the trees current growth stage, and with the coal layer present at the site, the containment is limited. / Master of Science

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.

Håbo municipality is looking for alternative drinking water sources for its residence city of Bålsta. One possible source is the Vreta-Bålsta esker located northeast of Bålsta, which could be used for artificial infiltration and extraction of groundwater. Located on this esker is an area called Dragets industrial area, in which several objects of potential contamination have been identified. One of these is a Landfill located in the northern part of the industrial area in which the local fire fighting forces has used this area for training exercises. During these exercises they have used aqueous film forming foams (AFFFs) containing Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). Some PFASs have demonstrated adverse health effects already at low concentrations and no more than 90ng l-1 is recommended in Swedish drinking water. In order to assess the suitability of the esker as a source for drinking water a model of the esker was created inside the program GMS (Groundwater modeling system). In GMS the package MODFLOW was used to create a groundwater flow model, and the package MT3DMS was used for contamination transport of PFAS from the landfill. The finished model showed a groundwater divide located in the central parts of Dragets industrial area, with the water either running south toward Lake Mälaren or north towards Lilla Ullfjärden. In total three different PFAS species were used in the transport model with the abbreviations PFOS, PFPeA and PFBA. The transport model was created as a point source to see the transport behavior of PFAS from the landfill. This showed that all the contamination transport that occurred would transport the PFAS north towards Lilla Ullfjärden. Based on this result this would mean that a use for artificial infiltration and extraction of groundwater in the southern part of the esker would not pose a contamination risk from the landfill.

The dispersion of contaminants deriving from landfills poses a risk to the surrounding environment and human health. Old landfills are treated with extra precaution, due to their poorer construction, less stringent operation and lack information regarding the waste content. Vetlanda municipality has identified 48 old landfills. One of them is Rösaberg inerta massor. It is one of the largest landfills in the region and is located close to numerous sensitive environmental receptors (such as the river Emån). During a phase 1 investigation (MIFO 1) in 2017, the landfill was designated the highest risk classification, class 1, and is considered a very high risk to environment and human health. No sampling was conducted during this time, but the level of contaminants was assumed to be very high.   The objective of this study was to investigate the prevalence of contaminants by determining the pollution levels in soil and groundwater in the landfill. Samples was obtained by completing a site investigation, involving trial pits examination and installing of monitoring wells. National as well as site-specific guideline values were used to determine the effects of the contaminant levels of the site. In the software Groundwater Modeling system (GMS) was used to study if the contaminant plumes reach the river Emån. A 50-year scenario was set up in GMS to investigate likely concentrations in the future. Finally, a new risk assessment of the site was done, based on the obtained results.   The results indicated that the landfill does not pose such a large environmental risk that initially was expected in the phase 1 investigation. The level of contaminants was higher in the groundwater than in the soil. High concentrations of PAH-Hs and 2,6-dichlorobenzamide were found in two of the groundwater samples. However, the risk assessment using the information obtained from the study indicated a lower risk than what was estimated in the MIFO 1 assessment 2017. In this study, the risk of the landfills current properties was evaluated to a risk 2. The 50-year scenario indicated that contaminants in the uppermost groundwater layer will have dispersed in a higher rate than the contaminants in the lower layer. The risk was estimated to a risk 3 in 50 years. It should be noted that no samples was conducted in river Emån which needs to be done before ruling out the necessity for remediating the groundwater. No remediation action for the soil was assessed to be necessary. / Spridning av föroreningar som härrör från deponier riskerar att påverka den omgivande miljön och människors hälsa negativt. Framför allt gamla, nedlagda deponier bör behandlas med extra försiktighet då de ofta ackompanjeras av otillräckliga sluttäckningskonstruktioner och bristande kunskap om deponins innehåll och utbredning.  Det finns i nuläget 48 kända nedlagda deponier i Vetlanda kommun, där en av dem är Rösaberg inerta massor. Den är bland de största deponierna i området och ligger nära ett flertal skyddsvärda objekt i området, såsom Emån. Under en MIFO 1-undersökning som utfördes 2017, ansågs deponin uppnå den högsta riskklassningen (riskklass 1) som innebär att området betraktas som en mycket hög risk för människors hälsa och omkringliggande natur. Inga prover genomfördes under denna undersökning, men föroreningsnivån antogs vara hög då liknande deponier i närheten uppvisat höga föroreningshalter.   Syftet med denna studie var att undersöka förekomsten av föroreningar och dess halter i området för att kunna dra slutsatser om deponins effekter på närliggande miljö och människor. Data för föroreningsförekomst och halter i mark och grundvatten erhölls genom att genomföra en platsundersökning där provgropar grävdes samt grundvattenrör installerades. För att kunna uppskatta effekterna som föroreningsnivåerna skulle ha på platsen togs generella såväl som platsspecifika riktvärden fram och jämfördes med de uppmätta halterna. För att kunna fastställa vilken risk som deponin utgör för Emån studerades föroreningsplymernas flödesmönster i grundvattnet i datorprogramvaran GMS. Spridningsgraden och den sannolika föroreningshalten i framtiden undersöktes genom att inrätta ett 50-årigt scenario i GMS. Slutligen gjordes en ny riskbedömning av området baserat på de erhållna resultaten.   Resultaten visade att deponin inte innehåller de höga föroreningshalter som initialt befarades. Generellt visade sig föroreningsnivåerna vara högre i grundvattnet än i marken. En riskbedömning genomfördes med hjälp av resultaten erhållen från studien och gav indikationer på en lägre risk än den ursprungliga klassningen. Klassningen resulterade i en riskklass 2 med strikt bedömning då några föroreningar stack ut från den generellt annars låga föroreningshalten, såsom PAH-H:er samt pesticiden 2,6-diklorbensamid i grundvatten. Scenariot för föroreningssituationen i ett 50-årsperspektiv visade att föroreningar från det övre grundvattenlagret sprids och minskar mer i halt än det undre skiktet. Riskklassningen för detta scenariot uppskattades till en riskklass 3. Det bedömdes att en åtgärd inte är nödvändig för mark på grund av dess låga föroreningshalt. För grundvatten rekommenderas vidare undersökningar på Emåns påverkan av föroreningar från deponin innan en avskrivning av åtgärder kan göras.

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.

På grund av ökad brist och ökad efterfrågan efter vatten på Gotland undersöks möjligheten att genom pumpning av salt grundvatten, lokalt sänka gränsen mellan salt och sött grundvatten som ligger under ön samt öka grundvattenbildningen. Med saltvattengränsen längre ner i marken skulle djupare brunnar kunna borras och större uttag skulle kunna ske vid upprättande av en grundvattentäkt. För att undersöka konceptet skapades en grundvattenmodell över delar av Sudret, ett område på södra delen av ön Gotland. För att kunna simulera förhållanden med pumpning i ett grundvattensystem där blandning sker mellan salt och sött grundvatten av olika densitet, utvecklades modellen i grundvattenmodelleringsprogrammet GMS i kombination med modulerna MODFLOW, MT3DMS samt SEAWAT. Tillsammans med modulerna kunde modellen hantera densitetsskillnader, förändring av saltkoncentrationer och påverkan av pumpar. Som grund vid utvecklingen av modellen användes en geologisk tredimensionell modell framtagen av SGU. Då inga platsspecifika undersökningar vad gäller grundvattennivåer och flödes/spridningsparametrar fanns att tillgå valdes modellparametrar utifrån litteraturvärden och tidigare undersökningar från liknande förhållanden. Först skapades en modell utan pumpning för att simulera fram ett stabilt läge för saltvattengränsen och en stabil tjocklek på språngskiktet. Modellens parametrar anpassades till dess att grundvattennivån låg nära markytan och språngskiktet låg runt övergången från kalksten till sandsten. När en relativt stabil saltvattengräns simulerats fram utvecklades modellen vidare med pumpning från det salta grundvattnet.  Resultaten från arbetet visar att det med pumpning går att sänka saltvattengränsen och att en ökning av grundvattenbildningen sker motsvarande 55 % av den bortpumpade volymen saltvatten. På grund av avsaknad av lokala materialparametrar bör resultaten inte ses som mer än en indikation på att konceptet fungerar.  Vidare föreslås att lokala geohydrologiska undersökningar genomförs för att i framtiden kunna skapa en modell som bygger på lokalt uppmätta flödes- och spridningsparametrar vilket skulle generera mer pålitliga resultat. I en framtida modell bör även pumpning från den söta delen av grundvattnet adderas till modellen för att se hur utvinnande av färskvatten skulle påverka språngskiktets utbredning  samt ge svar på hur stora uttag som skulle vara möjliga. / Because of an increased shortage and an increased demand of fresh water on Gotland, the possibility to pump saline groundwater and thereby locally lower the saltwater interface and increase recharge was investigated. With the saltwater interface further down in the bedrock, deeper wells could be drilled and extraction of more fresh water would therefore be possible. To examine the concept, a groundwater model was created to simulate the idea on a region of the peninsula Sudret on the southern part of the island of Gotland, Sweden. To be able to simulate the idea of pumping groundwater in an aquifer with a mix of saline and fresh groundwater of variable density, a model was built using the groundwater modelling program GMS in combination with the modules/program codes MODFLOW, MT3DMS and SEAWAT. With these modules, the model can handle the complex situation with extraction by pumping from groundwater of variable density and changes of salt concentration over time. A three dimensional geological model over the area produced by SGU was used as a foundation for building the model. Since no site specific surveys considering groundwater levels and flow/dispersion parameters have been previously undertaken in the study area, the parameters of the model were chosen according to literature and findings from similar projects conducted in the past. First, a model was developed to simulate a stable saltwater interface without pumps. Parameters were changed until a groundwater level close to the surface of the model was given and the saltwater interface ended up around the transition between limestone and sandstone. When the model generated desirable results, it was further developed to include the extraction of saltwater by pumping.  Results from the project showed that the concept of lowering the saltwater interface by pumping works, with an increased recharge corresponding to 55 % of the extracted saltwater volume. Because of a lack of site specific parameters, the results should not be seen as more than an indication that the concept works.  Furthermore, geohydrological measures should be made to provide local parameters regarding flow and dispersion for more reliable future models. To gain a greater understanding of how well the concept would work in reality, further development should be undertaken to include fresh groundwater extraction to assess how that would affect the position of the saltwater interface.

Seit mehr als 100 Jahren wird Oberflächenwasser mit verschiedenen Verfahren versickert, wobei sich dessen Qualität stark verbessert. Sie finden zunehmend weltweit Anwendung, um eine zuverlässige Versorgung mit sauberem Trinkwasser zu gewährleisten. Solche Verfahren erfordern nur einen geringen technischen Aufwand. Während bei der Versicherung mit Schluckbrunnen und bei künstlichen Infiltrationsbecken das Wasser noch gepumpt und oft auch vorgereinigt werden muss, reduziert die Nutzung eines natürlichen Gewässers den Aufwand nochmals. Am Beispiel eines Untersuchungsgebiets am Tegeler See in Berlin werden die hydraulischen Prozesse modelliert. Die regionale, instationäre und 3-dimensionale Modellierung eines langen Zeitraums zeigt, dass die bisher verwendeten linearen Ansätze zur Beschreibung der Durchlässigkeit der Kolmationsschicht sowohl die infiltrierten Wassermengen als auch die Infiltrationsprozesse nur unzureichend wiedergeben. Grundwasserpiegelschwankungen werden stärker als bisher angenommen gedämpft. Als Folge dieser Wasserspiegelschwankungen wird die Bodenluft in der ungesättigten Bodenzone ausgetauscht und Sauerstoff eingetragen. Auf diese Weise erhöht sich die Durchlässigkeit der Kolmationsschicht um mindestens eine Größenordnung. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurden eine instationäre Wasserbilanz aufgestellt und die Uferfiltratanteile bestimmt. Die genaue lokale Lage eines Grundwasserstauers wird mit Hilfe eines neu entwickelten inversen Modellkonzeptes bestimmt. Er wird mit räumlich verteilten Pilot Points und Überparameterisierung unter Nebenbedingungen kalibriert. Die Zielgröße sind Piezometerhöhenschwankungen. Kreuzvalidierung bestätigt, dass die Lage des Grundwasserstauers präzise bestimmt wird. Diese hat einen entscheidenden Einfluss auf das räumliche Strömungsfeld und liefert neue Anhaltspunkte zur Genese des Tegeler Sees. Ein Transportmodell liefert lediglich mit den hydraulisch kalibrierten Parametern eine genaue Anpassung der Durchbruchskurven von Chlorid, 18O und Temperatur. Dies kann als Vorhersage angesehen werden und zeigt die Güte des Modells. Es konnte gezeigt werden, dass der Sauerstoffeintrag die Redoxprozesse in der Infiltrationszone dominiert. In Kombination mit der Lage des Grundwasserstauers können so auch zuvor widersprüchliche und lokale geochemische Verhältnisse schlüssig interpretiert werden. Es wird eine Theorie entwickelt, die erklärt, wie die vertikale Schichtung von oxidiertem und reduziertem Wasser zu starker Verockerung der Brunnen führt. / Several kinds of managed aquifer recharge techniques provide very good purification of surface water since more than 100 years. In order to maintain a reliable supply of clean water, they are becoming increasingly popular all over the world. These methods require low technical effort. At Aquifer Storage and Recovery and ponded infiltration the recharged amounts are technically controlled. The infiltration water has to be pumped and often pretreated. At bank filtration this is dispensable, the approach, of using existing surface water bodies is even more consequent. Exemplarily, at a test site at Lake Tegel, Berlin, Germany, the hydraulic processes are modelled. By means of 3D long term regional and transient hydraulic modelling it was detected that the existing approaches for determining the leakance induce large errors in the water balance and describe the infiltration zone insufficiently. The leakance could be identified to be triggered by the groundwater table, causing air exchange and intrusion of atmospheric oxygen, which reduces clogging by altered redox conditions by at least one order of magnitude. This causes that changes of the groundwater table are mitigated much more than previously assumed. Taking these findings into account, a transient water balance is determined and bank filtration ratios are quantified. A new inverse modelling concept has been developed and applied to a 3D short term local and transient hydraulic model. It comprises spatially distributed pilot points and overparameterisation constrained by regularisation and calibration to head differences. Significance of the results is demonstrated by cross validation. With this approach the spatial distribution of an aquitard have been identified with high precision. The highly transient and heterogeneous flow conditions are specified and a new viewpoint on the geologic formation of Lake Tegel is obtained. The good fit of modelled and observed breakthrough curves of 18O, chloride and temperature by just using transferred parameters obtained with the previous hydraulic methods, show the very good model performance and predictive capabilities. The intrusion of atmospheric oxygen into the unsaturated zone is identified to be the principal redox determining factor during infiltration. Previously inconsistent and also local geochemical conditions are identified to be determined by interaction of infiltration processes with the spatial extent of the aquitard. A theory for chemical clogging of abstraction wells is developed, identifying the strong vertical redox zoning as principal factor of influence.

Deponering är globalt sett det vanligaste sättet att hantera avfall, men i Sverige får sedan 2001 enbart avfall som inte kan återanvändas deponeras. Innan deponiförordningen trädde i kraft 2001 deponerades många olika typer av avfall. En deponi används idag som ett slutförvar för avfall och för att minimera infiltration av regnvatten och eventuell föroreningsspridning sluttäcks gamla deponier. Sluttäckningen består av flera skikt som tillsammans ska täta deponin och leda bort vatten. Att förvara avfall i en sluttäckt deponi är miljöfarlig verksamhet och det är därför av intresse att kontrollera omgivningarna under och efter sluttäckning för att säkerställa att eventuell föroreningsspridning minskar. På Hovgårdens avfallsanläggning i Uppsala kommun har en deponi som använts sedan 1971 sluttäckts under hösten 2018. I två provtagningsrör vid deponin, i vilka provtagning och analys skett regelbundet sedan 1991, har förhöjda halter av vissa ämnen kunnat uppmätas efter att arbetet med sluttäckningen påbörjades. Syftet med detta examensarbete var att få ökad förståelse för trender i ämneshalter samt att utreda hur sluttäckning påverkar grundvattennivåer och ämneskoncentrationer runt deponin. Uppmätta halter i provtagningsrören sammanställdes och trender analyserades med statistiska verktyg i mjukvaran R. Dessutom konstruerades en grundvattenmodell över avfallsanläggningen i MODFLOW och MT3DMS. Stationära flödessimuleringar och transportsimuleringar med klorid utfördes. Tolv av 33 analyserade ämnen och parametrar uppvisar statistiskt signifikanta ökningar i antingen ett av provtagningsrören, båda eller båda analyserade tillsammans. Dessa är alkalinitet, elektrisk konduktivitet, sulfat, klorid, kalcium, natrium, svavel, kalium, magnesium, strontium, barium, och nitratkväve. Sex av dem minskar statistiskt signifikant och dessa är pH-värdet, kadmium, zink, kvicksilver, bly och arsenik. Grundvattenmodellen visar att grundvattnet under etapp 1 flödar mot resten av anläggningen men att flöden ut från deponin finns i de sydvästra och sydöstra hörnen. Sluttäckningen leder till lägre nivåer och en förändrad grundvattendelare vilket kommer minska läckaget, främst i den sydvästra delen. Modellsimuleringar med olika grundvattenbildningsmängder och kloridkoncentrationer visade att ökningar av kloridhalter inte kan förklaras med minskad grundvattenbildning i kombination med förhöjda koncentrationer. Förklaringen bör därmed vara andra fysikaliska och eventuellt kemiska processer som skett samtidigt som sluttäckningen. De parametrar som påverkade simulerade ämneshalter mest var konduktansen i diken och dränering samt moränens hydrauliska konduktivitet. / Landfills are globally the most common waste treatment method but in Sweden the method is since 2001 used only for waste that cannot be reused in any way. Before 2001, almost any type of waste could be landfilled. Today a landfill is used as a final storage and old landfills are capped to minimize infiltration and contaminant transport. A capping consists of several layers which together seal and drain the landfill surface. Storing waste in a capped landfill is considered an environmentally hazardous activity, therefore it is of great interest to monitor the surrounding groundwater during and after capping to make sure that any contaminant concentrations decreases. At Hovgården waste treatment plant in Uppsala, Sweden, a landfill used since 1971 was capped during 2018. Elevated contaminant concentrations have been measured in two monitoring wells close to the landfill after the capping procedure started. The aim of this master thesis was to increase the understanding of trends in contaminant concentrations and to investigate how capping affects groundwater levels and concentrations. Concentration data were compiled and statistical tools in R were used to analyze trends. Additionally, a groundwater model of the area was created in MODFLOW and MT3DMS. The model was used to simulate different steady state scenarios with and without chloride transport. Twelve of 33 analyzed substances and parameters show a statistically significant increase. These are alkalinity, electrical conductance, sulphate, chloride, calcium, sodium, sulfur, potassium, magnesium, strontium, barium and nitrate. Six show a decrease, these are pH, cadmium, zinc, mercury, lead and arsenic. The groundwater model indicates that the groundwater flow in the landfill is directed towards the rest of the waste treatment plant except for two places where leakage occurs: the southwest and southeast corners of the landfill. The capping results in lower groundwater levels and an altered groundwater divide, which will reduce the contaminant leakage, particularly in the southwest part. Model simulations with varying recharge and chloride concentrations showed that the increase in chloride levels cannot be explained with only decreased infiltration combined with increased concentrations. Therefore, the explanation is assumed to be other physical processes and possibly chemical reactions due to or at the same time as the capping. The model parameters that effected the simulated concentrations to the greatest extent are the conductances in drains, and the hydraulic conductivity of the till soil.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:03:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DavidSM_DISSERT.pdf: 4404688 bytes, checksum: cefb2ffb4814c4807d02e36db41b9291 (MD5) Previous issue date: 2012-11-20 / Urban centers in Pitimbu Watershed use significant groundwater sources for public supply. Therefore, studies in Dunas Barreiras aquifer are relevant to expand knowledge about it and help manage water resources in the region. An essential tool for this management is the numerical modeling of groundwater flow. In this work, we developed a groundwater flow model for Pitimbu Watershed, using the Visual Modflow, version 2.7.1., which uses finite difference method for solving the govern equation of the dynamics of groundwater flow. We carried out the numerical simulation of steady-state model for the entire region of the basin. The model was built in the geographical, geomorphological and hydrogeological study of the area, which defined the boundary conditions and the parameters required for the numerical calculation. Owing to unavailability of current data based on monitoring of the aquifer it was not possible to calibrate the model. However, the simulation results showed that the overall water balance approached zero, therefore satisfying the equation for the three-dimensional behavior of the head water in steady state. Variations in aquifer recharge data were made to verify the impact of this contribution on the water balance of the system, especially in the scenario in which recharge due to drains and sinks was removed. According to the results generated by Visual Modflow occurred significantly hydraulic head lowering, ranging from 16,4 to 82 feet of drawdown. With the results obtained, it can be said that modeling is performed as a valid tool for the management of water resources in Pitimbu River Basin, and to support new studies / Os centros urbanos existentes na Bacia Hidrogr?fica do Rio Pitimbu (BHRP) utilizam significativamente os mananciais subterr?neos para o abastecimento p?blico. Estudos referentes ao aqu?fero Dunas-Barreiras s?o relevantes para ampliar o conhecimento sobre o mesmo e auxiliar no gerenciamento dos recursos h?dricos da regi?o. Uma ferramenta imprescind?vel para esta gest?o ? a modelagem num?rica de fluxo de ?gua subterr?nea. Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo de fluxo subterr?neo para a BHRP, utilizando-se do aplicativo Visual Modflow, vers?o 2.7.1., que utiliza o m?todo das diferen?as finitas para a resolu??o da equa??o que governa a din?mica do fluxo subterr?neo. Realizou-se a simula??o num?rica do modelo em estado estacion?rio para toda a regi?o da bacia. O modelo foi elaborado segundo as caracter?sticas geogr?ficas, geomorfol?gicas e hidrogeol?gicas da ?rea de estudo, que definiram as condi??es de contorno e os par?metros necess?rios para o c?lculo num?rico. Foram considerados os po?os de explota??o de ?guas subterr?neas da Bacia. Devido ? indisponibilidade de dados atuais de monitoramento do aqu?fero n?o foi poss?vel realizar a calibra??o do modelo. Entretanto, os resultados das simula??es mostraram que o balan?o h?drico global aproximou-se de zero, satisfazendo, assim, a equa??o tridimensional para o comportamento da carga hidr?ulica em regime estacion?rio. Varia??es nos dados de recarga do aqu?fero foram feitas a fim de verificar o impacto dessa contribui??o no balan?o h?drico do sistema, em destaque para o cen?rio em que ? removida a recarga induzida por fossas e sumidouros. Segundo os resultados gerados pelo Visual Modflow, ocorreu rebaixamento significativo da carga hidr?ulica do aqu?fero, variando entre 5 a 25 metros de rebaixamento. Com os resultados obtidos, pode-se afirmar que a modelagem realizada ? v?lida como ferramenta no gerenciamento dos recursos h?dricos na BHRP, servindo de base para novos estudos

Les interactions entre la nappe phréatique peu profonde et les réseaux d’assainissement sont en général très complexes. Dans le but d’étudier l’impact des variations du niveau de la nappe phréatique sur les dégradations des conduites, un modèle hydrogéologique numérique tridimensionnel (3D) de la nappe phréatique ayant un aquifère multicouche au sein d’une zone de 83 km2 de l’agglomération bordelaise (Mérignac, Pessac, Talence) a été développé, calibré et validé. Pour ce faire, un modèle conceptuel de cet aquifère multicouche a dans un premier temps été défini sur la base des descriptions lithostratigraphiques des forages. Puis un travail géostatistique a été entrepris pour construire les limites des formations géologiques et les cartes piézométriques issues de campagnes de mesures de hauteurs d’eau de la nappe phréatique. Nous avons par la suite développé une méthodologie originale de transformation de l’information lithologique au droit des sondages en perméabilités, puis en champs de perméabilités en utilisant des méthodes géostatistiques. Dans un second temps, les conditions hydrogéologiques ont été simulées en utilisant le logiciel Visual Modflow ©. Les paramètres hydrogéologiques ont été calibrés manuellement et automatiquement sur la base des niveaux d’eau mesurés lors des campagnes de juillet 2010, octobre 2010 et mars 2011. La validation du modèle qui s’est effectuée en simulant les cotes piézométriques au pas mi-décadaire allant de juin 1993 à mai 2012 montre que les chroniques piézométriques observées sur les 35 piézomètres du domaine étudié sont correctement restituées et la dynamique de la nappe phréatique est reproduite. Dans un dernier temps, les distributions spatiales et temporelles des cotes piézométriques simulées ont permis d’identifier les zones d’ennoiement des réseaux d’assainissements en comparant les cotes piézométriques aux cotes des réseaux. Ces zones d’ennoiement ont été comparées aux principaux secteurs de casses de canalisations. Les secteurs de casses de canalisations sont localisés dans les zones à faible probabilité d’ennoiement des conduites. L’environnement naturel hydrogéologique pris comme paramètre isolé ne constitue donc pas un facteur explicatif au phénomène de casses des canalisations. / The interactions between shallow groundwater and sewer network are generally complex. The aim of this research is to study the impact of the water table level variation on the damages of the buried pipes. For this purpose, a three-dimensional (3D) numerical groundwater flow model of the shallow multi-aquifer of the Bordeaux urban area, within a 83 km2 area (Mérignac, Pessac, Talence), is developed, calibrated and validated. In order to do this, in a first step, a conceptual model was built based on stratigraphic descriptions of the boreholes. A geostastistical study was carried out to build the limits of the geological layers and the piezometrical maps from the measurement campaigns of water table levels. Then, an original methodology to transform the description of lithological units to local hydraulic conductivity values is proposed and the reconstruction of hydraulic conductivity fields at the urban scale was performed based on geostatistical methods. In a second step, hydrogeological conditions were simulated using the finite-difference groundwater flow model MODFLOW-2005 (Visual Modflow ©). The hydrogeological parameters were then calibrated manually and automatically based on water table elevation data measured in July 2010, October 2010 and March 2010. The model validation covered 6890 days, from June 1993 to may 2012. The results showed that the simulated heads are quite accurate and reproduce the main dynamics of the system at 35 piezometers. The spatial and temporal distribution of the heads of the piezometers simulated permitted to identify the flooding zones of the sewer network by comparing the piezometric head with the altitude of the networks. The sectors where the pipes are damaged were localized in the zone wherein there is low probability of flooding. Additionally, the natural hydrologic environment, taken as a sole factor, cannot explain the pipe breakage phenomena.