Estimation of the variation in the integrated hydraulic conductivity around the Tunåsen infiltration facility - An investigation of the effects of uncertainties in existing information Almost half of Sweden’s drinking water volume is produced from groundwater. The main fraction of this is extracted from eskers, some of which allow for very large extraction rates. Despite this, the groundwater volume is not sufficient in some areas. This has led to an extensive use of artificial recharge. In Uppsala, the total volume added through artificial recharge is divided between four infiltration facilities. The largest of these facilities is Tunåsen basin infiltration facility, which is situated along the Uppsala esker. For Tunåsen as well as for other recharge facilities, it is of great importance that the infiltrated water is allowed a sufficient transport time before it is extracted further down the flow path. This is in order to ensure that the water obtains characteristics similar to those of natural groundwater. A way to estimate the transport time is to model the groundwater flow in the area between the infiltration facility and the extraction site. However, due to the fact that groundwater flow in eskers often is very complex, modeling such a system requires data of high quality and resolution. The aim of this master’s thesis was to document the variation in estimated values of integrated horizontal hydraulic conductivity and to investigate how the variation was affected by uncertainties connected to existing information for the area between the Tunåsen infiltration facility and the extraction sites in Storvad and Galgbacken. The thesis was done as a pilot study for Uppsala vatten och avfall AB’s upcoming construction of a high-resolution model of the Uppsala and Vattholma eskers. The investigation began with a literature review, from which existing information was compiled. An integrated horizontal hydraulic conductivity was calculated based on two types of information: descriptions of the layers in borehole profiles and information from sieve analyses. The obtained values were then compared to a rough estimate based on information about groundwater flow and hydraulic gradient. The compilation of existing material showed that the largest uncertainties were related to borehole profiles. This was due to the use of different ways to describe soil layers and to lack of information of a soil layer’s true grain size composition. The calculations of integrated hydraulic conductivity showed the largest variation when based on descriptions of borehole profiles. The calculations that were made based on sieve analyses as well as the rough estimate based on groundwater flow and hydraulic gradient showed a smaller variation. However, without the existence of measurements of the actual hydraulic conductivity, it is impossible to say for certain how the documented uncertainties affect the variation. In the upcoming work with the construction of the high-resolution model it is therefore of great importance that such information is obtained, for example by performing pumping tests. / Skattning av den integrerade hydrauliska konduktivitetens variation kring Tunåsens infiltrationsanläggning - En utredning av påverkan från möjliga osäkerheter i befintlig information I Sverige utgörs nästan hälften av den totala dricksvattenvolymen av grundvatten. Den största delen av grundvattnet utvinns ur rullstensåsar, vilka i vissa fall tillåter mycket stora uttag. Trots detta är grundvattenvolymen på vissa håll inte tillräcklig. Detta har lett till att den naturliga grundvattenmängden i sex procent av landets grundvattentäkter kompletteras genom konstgjord infiltration. I Uppsala sker konstgjord infiltration på fyra platser, där Tunåsens infiltrationsanläggning belägen på Uppsalaåsen är den största. För Tunåsen såväl som för andra områden där konstgjord infiltration används, är det av stor betydelse att det infiltrerade vattnet har en tillräckligt lång transporttid mellan infiltrations- och uttagspunkt för att möjliggöra att det får grundvattenliknande egenskaper innan det pumpas upp. Ett sätt att uppskatta denna transporttid är genom att modellera grundvattenflödet i området mellan infiltrationsanläggningen och den eller de grundvattentäkter där vattnet pumpas upp. Till följd av att grundvattenströmningen i rullstensåsar ofta är komplex, ställer dock en modellering av ett sådant område stora krav på både kvalitet och upplösning hos den information från vilken modellen byggs upp. Syftet med detta examensarbete var att dokumentera variationen i en skattad integrerad horisontell hydraulisk konduktivitet och utvärdera hur denna påverkades av osäkerheter relaterade till den idag befintliga informationen för området mellan Tunåsens infiltrationsanläggning och Storvads respektive Galgbackens grundvattentäkt. Detta gjordes som en förstudie till Uppsala vatten och avfall ABs kommande arbete med upprättandet av en noggrann modell över hela Uppsala- och Vattholmaåsen. Arbetet började med en litteraturstudie och en informationsinsamling, genom vilka den idag tillgängliga informationen sammanställdes. Utifrån den sammanställda informationen beräknades sedan värden på hydraulisk konduktivitet baserat på beskrivningarna i de upprättade lagerföljderna och baserat på information från tidigare utförda siktanalyser. De beräknade värdena jämfördes därefter med värden framtagna genom en överslagsberäkning baserad på information om grundvattenflöde och hydraulisk gradient. Sammanställningen av befintlig information visade på att de mest betydande osäkerheterna var relaterade till jordlagerdata, där de kunde kopplas till såväl användandet av olika beskrivningssätt i lagerföljderna som till brister i informationen om verklig kornstorleksfördelning. Skattningarna av integrerad horisontell hydraulisk konduktivitet resulterade i störst variation när de baserades på jordlagerföljderna, då det högsta värdet i många fall var 107 gånger så stort som det lägsta. De beräkningar som utfördes på siktanalyser visade på en mer begränsad variation, vilket även var fallet för överslagsberäkningarna. Utan mätningar på den verkliga hydrauliska konduktiviteten går det dock inte att säkert avgöra hur mycket de funna osäkerheterna påverkar variationen. Inför utvecklingen av den kommande modellen är det därför nödvändigt att komplettera den idag befintliga informationen med ny data, till exempel genom att provpumpningar utförs.

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.