Vast quantities of coal combustion residues (ash) and effluents are produced simultaneously in the coal processing facilities of South African parastatals, Eskom and Sasol. The handling and disposal of saline effluents is a difficult and complex problem. The current practice used by these parastatals is to co-dispose the effluents with the ash in landfills; so-called ash dams. Although this practice provides a potentially elegant approach, at least from the viewpoint of the generator of both the ash and effluent, the co-disposal of ash and brine in a landfill could have dire consequences on the environment of the landfill site. This applies in particular to the release of environmentally deleterious and toxic constituents of the ash into the air, soil, surface and groundwater which can lead not only to environmental and land-use problems, but also jeopardize the health of organisms living in the surrounding ecosystem. The question therefore arises as to how Eskom and Sasol better manage their ash dams, to not only satisfy all legal requirements and possible pressure from social awareness groups, but also more importantly, prevent, or at least limit, pollution of the natural environment. The present investigation arose from a request by Eskom and Sasol to provide them with a detailed proposal for a framework with a view to increasing the competency of both organizations in the management of the co-disposal of ash and brine and the dissemination of knowledge with regard to the impacts of the sites. Two sites were selected by the organizations for this purpose: the Tutuka Power Station and the Secunda Synthetic Fuel Plant. The application of geohydrological models to assess the behaviour of a waste disposal site has historically often been viewed as an attempt to predict the future behaviour of the site. However, this would require information on relational parameters and known interactions whose behaviour far into the future cannot be determined with certainty. A geohydrological model should therefore never be viewed as an attempt to predict the future of a given waste site, but rather as an aid to assess how effectively the site is managed and controlled. The best way to achieve this is to investigate the waste site systematically, preferably utilizing wellestablished and accepted international methodology. Unfortunately, at this time, no documents exist that describe such a methodology, its implications and the steps necessary to implement it in practice in a way that can also be understood by interested members of the public. A two-dimensional transient model for flow through saturated/unsaturated porous ash dump media has been developed. This model numerically solves the governing partial differential equations, which are highly non-linear. The model code uses quadrilateral finite elements for the geometrical assembly: the bilinear Galerkin interpolation for the spatial integration, and the Gaussian elimination for the solution of the resulting matrix equations. In addition to the usual constant-flux and constanthead boundary conditions, the code is capable of applying pressure-dependent boundary conditions at the ground surface. Thus, infiltration into, or seepage from, this surface may be simulated. Each element may be assigned different material properties that allow the investigation of layered geologic formations. The results discussed in this work are all based on conclusions derived from a generic model for the Tutuka ash dumpsites. While such a model can provide valuable insight into the physical behaviour of such a study area, it can never replace field observations. Field observations and models must complement each other. An attempt was also made to provide guidelines for the development of site-specific data investigation methodology, based on the ISAM Safety Assessment Methodologies for Near Surface Disposal Facilities.

An integrated electromagnetic (EM) and seismic geophysical study was performed to evaluate non-invasive approaches to estimate depth to shallow groundwater in arid environments with elevated soil salinity where the installation of piezometers would be impractical or prohibited. Both methods were tested in two study areas (semi-arid and arid respectively), one in Palmyra, Utah, USA near the shore of Utah Lake where groundwater is shallow and unconfined in relatively homogeneous lacustrine sediments. The other area is Carson Slough, Nevada, USA near Ash Meadows National Wildlife Refuge in Amargosa Valley. The area is underlain by valley fill, with generally variable shallow depths to water in an ephemeral braided stream environment. The methods used include frequency domain electromagnetic induction allowing for multiple antenna-receiver spacings. High resolution compressional P-wave seismic profiles using a short (0.305 m) geophone spacing for common depth-point reflection stacking and first arrival modeling were also acquired. Both methods were deployed over several profiles where shallow piezometer control was present. The semi-arid Palmyra site with its simpler geohydrology serves as an independent calibration to be compared to the Carson Slough Site. EM results at both sites show that water surfaces correspond with a drop in conductivity. This is due to elevated concentrations of evaporative salts in the vadose zone immediately above the water table. EM and seismic profiles at the Palmyra site were readily correlated to depth to groundwater in monitoring wells demonstrating that the method is ideal under laterally homogeneous conditions. Interpreting the EM and seismic profiles at Carson Slough was challenging due to the laterally and vertically variable soil types, segmented perched water surfaces, and strong salinity variations. The high-resolution images and models provided by the seismic profiles confirm the simple soil and hydrological structure at the Palmyra site as well as the laterally complex structure at Carson Slough. The EM and seismic results indicate that an integrated geophysical approach is necessary for an area like Carson Slough, where continued leaching of salts combined with braided stream deposition has created a geophysically complex soil and groundwater system.

<p>Certain types of waste, e.g. bottom ash originating from municipal solid waste incineration (MSWI bottom ash) can be used as road construction materials. A potential problem is the possibility of substances leaching out of the road and spreading in the surrounding groundwater.</p><p>The aim of this master’s thesis is to conclude whether hydrogeological type settings can be employed to, based on local conditions, provide an estimate of the probable spreading of these substances in the surrounding groundwater, and whether certain types of soils can be identified as being less suitable for the localization of a MSWI bottom ash road. A hydrogeological type setting is defined as a mappable unit with similar hydrogeological properties. An advantage of this approach would be that mainly existing maps and surveys could form the basis for the assessment.</p><p>The work has been performed by placing a hypothetical road construction in different hydrogeological type settings. The expected patterns of spreading has then been evaluated using theoretical reasoning and analytical and numerical models.</p><p>The method can be used. In the report various type settings are defined. In several cases further information will be required to render possible a more exact estimate of the spreading. By locating the road on less permeable soils to reduce the local spreading of substances in groundwater, a greater proportion of the water will be drained as surface water. Thus it becomes important to take into account surface water transport aswell. In the report a procedure to estimate the maximum concentrations in groundwater at locations situated downstream the road is presented. This estimate could be used as basis for a more balanced valuation of appropriateness, e.g. by relating the estimated concentrations to background values.</p> / <p>Vissa typer av avfall, exempelvis slaggrus (sorterad bottenaska från avfallsförbränning), kan användas som vägbyggnadsmaterial. Ett potentiellt problem är möjligheten att ämnen lakas ut ur vägen och sprids i omgivande grundvatten.</p><p>Syftet med detta examensarbete är att avgöra om hydrogeologiska typmiljöer kan användas för att, utifrån omgivningens förutsättningar, ge en bild av hur den vidare spridningen av dessa ämnen i omgivande grundvatten sannolikt ser ut, och om vissa typer av mark kan pekas ut som mindre lämpade för lokalisering av en slaggrusväg. En hydrogeologisk typmiljö definieras som ett område möjligt att avgränsa med avseende på karakteristiska hydrogeologiska förhållanden. En fördel med angreppssättet skulle vara att underlagsmaterialet till bedömningen då kan utgöras av i huvudsak befintligt kartmaterial.</p><p>Studien har utförts genom att en hypotetisk vägkonstruktion placerats in i olika hydrogeologiska typmiljöer. De troliga spridningsscenarierna har sedan utvärderats genom teoretiska resonemang, samt genom användande av analytiska och numeriska modeller.</p><p>Metodiken går att använda och i rapporten definieras olika typmiljöer. I flera fall kommer platsspecifik kunskap behöva inhämtas för en närmare beskrivning av spridningsbilden. Genom placering av vägen på tätare mark för att minska lokal spridning av ämnen i grundvatten kommer en större andel av vattnet att avledas som ytvatten. Därmed blir det viktigt att även inhämta kunskap om transport med ytvatten. I rapporten presenteras också en metod för uppskattning av maximala halter i grundvatten nedströms en väg. Denna metod kan användas som underlag för en mer nyanserad värdering av lämplighet, genom att de uppskattade halterna relateras till bakgrundsvärden eller lämpliga riktvärden.</p>

<p>The aim of this report was to do a case study at a geothermal heating system which has been in operation for about 5 years, and study if its performance has changed during this period of time. A literature study about the processes involved was also done in purpose of background knowledge.</p><p>The tenant-owner’s association Duvan at Petterslundsgatan in Uppsala installed year 1999-2000 a geothermal heating system. The purpose of this installation was that they hoped it would lead to a smaller usage of district heating which would lead to a reduction of the heating expenses for their buildings. The geothermal heating system consists of 19 energy wells and 4 geothermal heat pumps, and it is one of the first systems of that size in the region of Uppsala. Due to that, the system at Duvan is referred to as a reference project for geothermal heating system of this size. The reason that the study was made after 5 years is that it takes about 5 years before the heat equilibrium in the bedrock has been stabilized after a geothermal heat system has been installed. The temperature in the bedrock will decrease during this 5 year period and the performance of the system will change.</p><p>In this report factors such as geology, groundwater levels and temperature changes are examined to get a summery of the processes that extract heat from the bedrock and convert it to conventional energy. Data from the compressors has been examined, energy usage before and after the installation of the system has been compared and finally an economical calculation of the tenant-owner’s association energy consumption has been made. All the main points in this report point to the fact that the system is working properly and that it has contributed to an economical benefit regarding to the energy usage.</p> / <p>Syftet med detta examensarbete var att göra en fallstudie på ett befintligt bergvärmesystem som har varit i drift i 5 år, och studera om dess prestanda har förändrats under den tid som systemet använts. Som bakgrund genomfördes även en litteraturstudie över de processer som äger rum då geotermisk energi kan utvinnas samt hur denna energi konverteras till konventionell energi för uppvärmning av lokaler.</p><p>Bostadsrättsföreningen Duvan på Petterslundsgatan i Uppsala installerade under år 1999-2000 ett bergvärmesystem som skulle leda till ett mindre användande av fjärrvärme och således bidra till att utgifterna för inköp av energi skulle minska. Systemet består av 19 energibrunnar och 4 värmepumpar, och är en av de första anläggningarna av denna storlek i Uppsala regionen. Detta gör att Bostadsrättsföreningen Duvan ses som ett referensobjekt för anläggningar av denna storlek. Anledningen till att studien gjordes vid denna tidpunkt var att det tar ungefär 5 år innan värmebalansen i berggrunden stabiliseras när ett bergvärmesystem installeras, och temperaturen i berggrunden kommer under denna period minska vilket leder till prestandaförändringar hos värmepumpen. Denna femårsperiod har nu gått och en relevant undersökning av systemet har kunnat göras.</p><p>I denna rapport beskrivs bakomliggande parametrar så som geologi, grundvattennivåer och temperaturförändringar som behövs för att få en överblick över situationen och kunna ge en inblick i vad som påverkar utvinningen av energi i berggrunden. Data från kompressorernas drifttider och förbrukning av energi före och efter installationen av bergvärmesystemet jämförs och slutligen görs en ekonomisk kalkyl för bostadsrättsföreningens energiförbrukning. Alla de punkter som rapporten undersöker visar att systemet fungerar väl och att det bidragit till en ekonomisk vinst med avseende på energianvändandet.</p>

The aim of this report was to do a case study at a geothermal heating system which has been in operation for about 5 years, and study if its performance has changed during this period of time. A literature study about the processes involved was also done in purpose of background knowledge. The tenant-owner’s association Duvan at Petterslundsgatan in Uppsala installed year 1999-2000 a geothermal heating system. The purpose of this installation was that they hoped it would lead to a smaller usage of district heating which would lead to a reduction of the heating expenses for their buildings. The geothermal heating system consists of 19 energy wells and 4 geothermal heat pumps, and it is one of the first systems of that size in the region of Uppsala. Due to that, the system at Duvan is referred to as a reference project for geothermal heating system of this size. The reason that the study was made after 5 years is that it takes about 5 years before the heat equilibrium in the bedrock has been stabilized after a geothermal heat system has been installed. The temperature in the bedrock will decrease during this 5 year period and the performance of the system will change. In this report factors such as geology, groundwater levels and temperature changes are examined to get a summery of the processes that extract heat from the bedrock and convert it to conventional energy. Data from the compressors has been examined, energy usage before and after the installation of the system has been compared and finally an economical calculation of the tenant-owner’s association energy consumption has been made. All the main points in this report point to the fact that the system is working properly and that it has contributed to an economical benefit regarding to the energy usage. / Syftet med detta examensarbete var att göra en fallstudie på ett befintligt bergvärmesystem som har varit i drift i 5 år, och studera om dess prestanda har förändrats under den tid som systemet använts. Som bakgrund genomfördes även en litteraturstudie över de processer som äger rum då geotermisk energi kan utvinnas samt hur denna energi konverteras till konventionell energi för uppvärmning av lokaler. Bostadsrättsföreningen Duvan på Petterslundsgatan i Uppsala installerade under år 1999-2000 ett bergvärmesystem som skulle leda till ett mindre användande av fjärrvärme och således bidra till att utgifterna för inköp av energi skulle minska. Systemet består av 19 energibrunnar och 4 värmepumpar, och är en av de första anläggningarna av denna storlek i Uppsala regionen. Detta gör att Bostadsrättsföreningen Duvan ses som ett referensobjekt för anläggningar av denna storlek. Anledningen till att studien gjordes vid denna tidpunkt var att det tar ungefär 5 år innan värmebalansen i berggrunden stabiliseras när ett bergvärmesystem installeras, och temperaturen i berggrunden kommer under denna period minska vilket leder till prestandaförändringar hos värmepumpen. Denna femårsperiod har nu gått och en relevant undersökning av systemet har kunnat göras. I denna rapport beskrivs bakomliggande parametrar så som geologi, grundvattennivåer och temperaturförändringar som behövs för att få en överblick över situationen och kunna ge en inblick i vad som påverkar utvinningen av energi i berggrunden. Data från kompressorernas drifttider och förbrukning av energi före och efter installationen av bergvärmesystemet jämförs och slutligen görs en ekonomisk kalkyl för bostadsrättsföreningens energiförbrukning. Alla de punkter som rapporten undersöker visar att systemet fungerar väl och att det bidragit till en ekonomisk vinst med avseende på energianvändandet.

A mathematical model is developed for quantification of aquifer deformation due to ground-water withdrawal and, with some modifications, is potentially applicable to petroleum reservoirs. A porous medium saturated with water is conceptually treated in the model as a nonlinearly viscous fluid continuum. The model employs a new three-dimensional extension, made in this thesis, of Helm's poroviscosity as a constitutive law governing the stress-strain relation of material deformation and Gersevanov's generalization of Darcy's law for fluid flow in porous media. Relative to the classical linear poroelasticity, the proposed model provides a more realistic tool, yet with greater simplicity, in modeling and prediction of aquifer movement. Based on laboratory consolidation tests conducted on clastic sedimentary materials, three phases of skeletal compaction are recognized. They are referred to as "instantaneous compression", "primary consolidation" and "secondary compression" according to Terzaghi and Biot's theory of poroelasticity. Among the three modes of consolidation, material behavior during the secondary compression phase has a nonlinear stress-strain relationship and is strongly time-dependent, exhibiting a phenomenon often known as "creep". In poroelasticity, the primary and secondary compressions have been conceptually considered as two separate physical processes that require two sets of material parameters to be evaluated. In contrast, the proposed poroviscosity model is a unified theory of time-dependent skeletal compression that realistically describes the physical phenomena of sediment compression as one single transient process. As a general model, two sets of governing equations are formulated for Cartesian and cylindrical coordinates, respectively, and allow for mechanical anisotropy and the assumption of principal hydraulic directions. Further simplifications of the governing equations are formulated by assuming mechanical isotropy, irrotational deformation and mechanical axisymmetry, which are more suitable for field applications. Incremental forms of the governing equations are also provided. / Ph. D.

<p>When protection zones for wells are delineated, it is important to acquire good knowledge about possible travel time from different points in the catchment area to the well. Often, simple analytical methods are used for estimating travel times and the assumption is made that the hydraulic conductivity is relatively homogenous within the aquifer. Nevertheless, many aquifers are strongly heterogeneous which may lead to differences between estimates and actual travel times. As a part of the process to develop improved methods for delineating protection zones for groundwater supply wells, a tracer experiment was performed in a glaciofluvial esker formation in Järlåsa. On the basis of the experiment, a numerical flow model was created for the test site.</p><p>The purpose of this master’s thesis was to apply the flow model to an aquifer where the hydraulic conductivity shows great variability and should be described by a stochastic distribution. The purpose was also to determine the statistical properties of the hydraulic conductivity and to simulate the transport times and their variation from different locations in the aquifer to the pumping well.</p><p>The hydraulic conductivity was estimated from grain size distributions in soil samples that were taken at various locations within the test site. The analysis of the hydraulic conductivity showed a large variation and confirmed the hypothesis that the aquifer is heterogeneous. Using the statistics, a large number of stochastic conductivity fields were created and flow simulation was performed for each realization. From the simulation result, frequency distributions of the transport times were produced describing the probability for the transit time for a water particle between a certain location in the aquifer and the pumping well. A comparison with the tracer experiment shows higher simulated transport times implying the need for improved model calibration. The conclusion is that the method used in this project is suitable for glaciofluvial esker aquifers. When protection zones are delineated, stochastic modeling can be used to express the zone boundaries in statistical terms.</p> / <p>När skyddsområden för grundvattentäkter skapas är det viktigt att ha god kännedom om vattnets transporttider från olika delar i tillrinningsområdet till uttagsplatsen av grundvattnet. Metoderna för att bestämma dessa tider är ofta enkla och vanligen görs antagandet att områdets hydrauliska konduktivitet är relativt homogen. Många akviferer är dock kraftigt heterogena och de verkliga transporttiderna kan då skilja sig från de uppskattade. Som ett led i metodutvecklingen för bättre avgränsning av skyddsområden genomfördes ett spårämnesförsök i en isälvsavlagring i Järlåsa. Med utgångspunkt från försöket har en numerisk flödesmodell konstruerats över försöksområdet.</p><p>Syftet med examensarbetet var att tillämpa flödesmodellen i en akvifer där den hydrauliska konduktiviteten visar sådana variationer att den beskrivs bäst av en stokastisk fördelning. Vidare var syftet att bestämma den hydrauliska konduktivitetens statistiska egenskaper och att simulera transporttiderna och deras variation från olika punkter i akviferen till pumpbrunnen.</p><p>Den hydrauliska konduktiviteten uppskattades utifrån kornstorleksfördelningar i jordprover som togs på en mängd platser i försöksområdet. Analysen av den hydrauliska konduktiviteten visar stora variationer i området vilket bekräftar att akviferen är heterogen.</p><p>Utifrån konduktivitetens statistik genererades ett stort antal stokastiska konduktivitetsfält och transporttiderna beräknades för varje realisering. Resultatet från simuleringarna gav frekvensfördelningar för transporttiderna som beskriver sannolikheten för hur lång uppehållstid en vattenpartikel har i marken mellan en startpunkt och pumpbrunnen. Jämfört med spårämnesförsöket blev de simulerade transporttiderna något större vilket tyder på att flödesmodellen kräver en bättre kalibrering mot fältmätningar. Slutsatsen är att metodiken är lämplig för att studera vattnets transporttider i isälvsavlagringen och när ett skyddsområde skapas för den här typen av akvifer kan stokastisk modellering användas för att beskriva skyddszoner i form av statistiska termer.</p>

Over the past several decades, the use of groundwater modelling has been increasing in order to better evaluate the complexities inherent in hydrogeological calculations. Information required for groundwater modelling is for example elevation of soil and bedrock layers, which often is collected by drilling. This is both time consuming and expensive, making it impossible to collect an unlimited number of data points. It is not uncommon that smaller hydrogeological investigations are based on only three or four sample points. To approximate values of unknown points in the study area, the known values of the measured data is interpolated. The interpolation can be done with different methods, and the estimations of the elevation of geological layers at the unknown points might vary with different methods. How the uncertainty of the interpolations then affects the modelling results is generally unknown when simulating groundwater flow. The aim of the thesis work is to investigate how hydrogeological results from groundwater models are affected by choice of interpolation method and by sample size of which the interpolation is based on. The hydrogeological models were simulated within the framework of a Swedish railway project where an unusually large number of probing data was available. The study focuses on two-dimensional, steady-state groundwater flow modelled in the software SEEP/W. Consequently, the objective of the modelling work was to simulate groundwater flow where the difference between the models was how the geometry of the geological layers was defined. The definition of the geometry was done with interpolations of the probing data with different interpolation methods and with interpolation based on different sample sizes. Twelve different interpolation methods in the software Surfer was used to interpolate the total of 357 data points. The interpolations that were estimated to be reliable were then used in the groundwater modelling. Groundwater models were also simulated based on a reduced amount of data in order to investigate the importance of sample size. The total amount of data points was reduced to 50%, 25%, 5% and 1% of the initial sample size before it was interpolated and then used to define the geometry in the groundwater models. The study showed that although the choice of interpolation method and sample size affected the results of the modelled groundwater flow rate, none of the deviations between the model results were larger than what would be considered as acceptable in a hydrogeological context. The models based on at least 90 data points showed good precision while the precision of modelled groundwater flow decreased when sample size decreased. Thus, when interpolating data for groundwater modelling, the sample size should be determined by the required precision of the study. For the modelling of the 1% data, only one of the six models was possible to simulate. This since at least three data points are required for each geological layer in order to perform interpolations, and this was only obtained in one of six randomly selected data sets. The study indicates that around 10-20 sample points is a minimum for a study area with similar conditions as the reference project in order to have a high probability of obtaining enough data of all geological layers of interest. Finally, the study indicates that there are other parameters in groundwater modelling, for example hydraulic conductivity and boundary conditions, that might have an equal of higher impact on the model results. These parameters should therefore also be determined with a high precision in order to gain accurate modelling results. / Under de senaste årtiondena har användandet av grundvattenmodeller ökat för att bättre kunna hantera komplexitet inom hydrogeologiska beräkningar. För att kunna skapa en grundvattenmodell krävs exempelvis data över hur lager av jord och berg är beläget. Dessa geologiska data samlas vanligen i borrpunkter, vilket är både tidskrävande och dyrt. Detta gör det omöjligt att erhålla ett obegränsat antal mätpunkter och det är vanligt att mindre hydrogeologiska undersökningar endast utgår ifrån tre till fyra mätpunkter. Utifrån det begränsade antalet mätpunkter interpoleras kända nivåer av jord- och berglager för att approximera nivåer i okända punkter. Interpolering görs med hjälp av olika matematiska metoder och resultatet av dessa kan variera mellan olika metoder. Hur osäkerheter i interpolering sedan påverkar resultat från grundvattenmodellering är vanligtvis okänt. Syftet med examensarbetet är att undersöka hur hydrogeologiska resultat från grundvattenmodeller påverkas av val av interpolerings metod samt av antal mätpunkter som interpoleringen är baserad på. Grundvattenmodellerna skapades inom ramen av ett svenskt järnvägsprojekt där ovanligt stora mängder sonderingsdata fanns tillgängligt. Undersökningen fokuserar på steady-state grundvattenflöden i två dimensioner, modellerat i programmet SEEP/W. Undersökningen utgick därmed från sonderingsdata i referensprojektet för att skapa ett antal grundvattenmodeller, där skillnaden mellan dessa var hur nivån av de geologiska lagren definierades. Detta gjordes med hjälp av olika interpoleringsmetoder och med interpolering baserad på olika mängder data punkter. Tolv olika interpoleringsmetoder i programmet Surfer användes för att interpolera de totalt 357 data punkterna. De interpoleringar som kunde antas vara rimliga användes sedan för att definiera geometrin i olika grundvattenmodeller. Grundvattenmodeller skapades även utifrån en reducerad mängd data för att undersöka betydelsen av antal mätpunkter vid interpolering. Antal mätpunkter reducerades till 50%, 25%, 5% och 1% och interpolering av dessa användes sedan för att definiera geometrin i olika grundvattenmodeller. Studien visade att även om modeller baserade på olika interpoleringsmetoder och interpolering av olika antal mätpunkter genererade något olika resultat med avseende på modellerat grundvattenflöde, så var inget av resultaten mer avvikande än vad som i ett hydrogeologiskt sammanhang skulle klassas som acceptabelt. Vidare visade resultaten att modeller baserade på 90 data punkter eller mer hade en bra precision av modellerat grundvattenflöde samt att minskat antal mätpunkter ledde till minskad precision. Antal mätpunkter i en undersökning bör därmed väljas utifrån hur bra precision som bör uppnås. Dock kan ett lägre antal mätpunkter försvaras om erhållen precision vägs mot hur resurskrävande insamling av data är. Modelleringen av 1% data visade att endast en av de sex modellerna gick att skapa. Detta var på grund av att minst tre datapunkter för varje geologiskt lager krävdes för att interpolera data och detta uppnåddes alltså bara i en av de slumpade data seten. För att ha en hög sannolikhet att erhålla tillräckligt med data för varje jord- eller berglager av intresse indikerar denna studien på att 10 till 20 mätpunkter är tillräckligt i en undersökning med liknande förutsättningar som i referensprojektet. Slutligen så indikerar studien på att det finns andra parametrar, exempelvis hydraulisk konduktivitet och randvillkor, som kan ha liknande eller större inverkan på modellerat grundvattenflöde och för att få noggranna resultat bör även dessa parametrar bestämmas med hög precision.

When protection zones for wells are delineated, it is important to acquire good knowledge about possible travel time from different points in the catchment area to the well. Often, simple analytical methods are used for estimating travel times and the assumption is made that the hydraulic conductivity is relatively homogenous within the aquifer. Nevertheless, many aquifers are strongly heterogeneous which may lead to differences between estimates and actual travel times. As a part of the process to develop improved methods for delineating protection zones for groundwater supply wells, a tracer experiment was performed in a glaciofluvial esker formation in Järlåsa. On the basis of the experiment, a numerical flow model was created for the test site. The purpose of this master’s thesis was to apply the flow model to an aquifer where the hydraulic conductivity shows great variability and should be described by a stochastic distribution. The purpose was also to determine the statistical properties of the hydraulic conductivity and to simulate the transport times and their variation from different locations in the aquifer to the pumping well. The hydraulic conductivity was estimated from grain size distributions in soil samples that were taken at various locations within the test site. The analysis of the hydraulic conductivity showed a large variation and confirmed the hypothesis that the aquifer is heterogeneous. Using the statistics, a large number of stochastic conductivity fields were created and flow simulation was performed for each realization. From the simulation result, frequency distributions of the transport times were produced describing the probability for the transit time for a water particle between a certain location in the aquifer and the pumping well. A comparison with the tracer experiment shows higher simulated transport times implying the need for improved model calibration. The conclusion is that the method used in this project is suitable for glaciofluvial esker aquifers. When protection zones are delineated, stochastic modeling can be used to express the zone boundaries in statistical terms. / När skyddsområden för grundvattentäkter skapas är det viktigt att ha god kännedom om vattnets transporttider från olika delar i tillrinningsområdet till uttagsplatsen av grundvattnet. Metoderna för att bestämma dessa tider är ofta enkla och vanligen görs antagandet att områdets hydrauliska konduktivitet är relativt homogen. Många akviferer är dock kraftigt heterogena och de verkliga transporttiderna kan då skilja sig från de uppskattade. Som ett led i metodutvecklingen för bättre avgränsning av skyddsområden genomfördes ett spårämnesförsök i en isälvsavlagring i Järlåsa. Med utgångspunkt från försöket har en numerisk flödesmodell konstruerats över försöksområdet. Syftet med examensarbetet var att tillämpa flödesmodellen i en akvifer där den hydrauliska konduktiviteten visar sådana variationer att den beskrivs bäst av en stokastisk fördelning. Vidare var syftet att bestämma den hydrauliska konduktivitetens statistiska egenskaper och att simulera transporttiderna och deras variation från olika punkter i akviferen till pumpbrunnen. Den hydrauliska konduktiviteten uppskattades utifrån kornstorleksfördelningar i jordprover som togs på en mängd platser i försöksområdet. Analysen av den hydrauliska konduktiviteten visar stora variationer i området vilket bekräftar att akviferen är heterogen. Utifrån konduktivitetens statistik genererades ett stort antal stokastiska konduktivitetsfält och transporttiderna beräknades för varje realisering. Resultatet från simuleringarna gav frekvensfördelningar för transporttiderna som beskriver sannolikheten för hur lång uppehållstid en vattenpartikel har i marken mellan en startpunkt och pumpbrunnen. Jämfört med spårämnesförsöket blev de simulerade transporttiderna något större vilket tyder på att flödesmodellen kräver en bättre kalibrering mot fältmätningar. Slutsatsen är att metodiken är lämplig för att studera vattnets transporttider i isälvsavlagringen och när ett skyddsområde skapas för den här typen av akvifer kan stokastisk modellering användas för att beskriva skyddszoner i form av statistiska termer.

Certain types of waste, e.g. bottom ash originating from municipal solid waste incineration (MSWI bottom ash) can be used as road construction materials. A potential problem is the possibility of substances leaching out of the road and spreading in the surrounding groundwater. The aim of this master’s thesis is to conclude whether hydrogeological type settings can be employed to, based on local conditions, provide an estimate of the probable spreading of these substances in the surrounding groundwater, and whether certain types of soils can be identified as being less suitable for the localization of a MSWI bottom ash road. A hydrogeological type setting is defined as a mappable unit with similar hydrogeological properties. An advantage of this approach would be that mainly existing maps and surveys could form the basis for the assessment. The work has been performed by placing a hypothetical road construction in different hydrogeological type settings. The expected patterns of spreading has then been evaluated using theoretical reasoning and analytical and numerical models. The method can be used. In the report various type settings are defined. In several cases further information will be required to render possible a more exact estimate of the spreading. By locating the road on less permeable soils to reduce the local spreading of substances in groundwater, a greater proportion of the water will be drained as surface water. Thus it becomes important to take into account surface water transport aswell. In the report a procedure to estimate the maximum concentrations in groundwater at locations situated downstream the road is presented. This estimate could be used as basis for a more balanced valuation of appropriateness, e.g. by relating the estimated concentrations to background values. / Vissa typer av avfall, exempelvis slaggrus (sorterad bottenaska från avfallsförbränning), kan användas som vägbyggnadsmaterial. Ett potentiellt problem är möjligheten att ämnen lakas ut ur vägen och sprids i omgivande grundvatten. Syftet med detta examensarbete är att avgöra om hydrogeologiska typmiljöer kan användas för att, utifrån omgivningens förutsättningar, ge en bild av hur den vidare spridningen av dessa ämnen i omgivande grundvatten sannolikt ser ut, och om vissa typer av mark kan pekas ut som mindre lämpade för lokalisering av en slaggrusväg. En hydrogeologisk typmiljö definieras som ett område möjligt att avgränsa med avseende på karakteristiska hydrogeologiska förhållanden. En fördel med angreppssättet skulle vara att underlagsmaterialet till bedömningen då kan utgöras av i huvudsak befintligt kartmaterial. Studien har utförts genom att en hypotetisk vägkonstruktion placerats in i olika hydrogeologiska typmiljöer. De troliga spridningsscenarierna har sedan utvärderats genom teoretiska resonemang, samt genom användande av analytiska och numeriska modeller. Metodiken går att använda och i rapporten definieras olika typmiljöer. I flera fall kommer platsspecifik kunskap behöva inhämtas för en närmare beskrivning av spridningsbilden. Genom placering av vägen på tätare mark för att minska lokal spridning av ämnen i grundvatten kommer en större andel av vattnet att avledas som ytvatten. Därmed blir det viktigt att även inhämta kunskap om transport med ytvatten. I rapporten presenteras också en metod för uppskattning av maximala halter i grundvatten nedströms en väg. Denna metod kan användas som underlag för en mer nyanserad värdering av lämplighet, genom att de uppskattade halterna relateras till bakgrundsvärden eller lämpliga riktvärden.