Detta projekt behandlar hur vatten rör sig i Gävleåsen, det vill säga åsens hydrogeologiska förhållanden. Gävle kommun tar sitt dricksvatten från Gävleåsens grundvattenmagasin. För att öka grundvattenbildningen i åsen används konstgjord infiltration av åvatten och grundvatten genom infiltrationsbassänger, infiltrationsbrunnar och en sprinkleranläggning. Projektet initierades med bakgrund att grundvattennivåerna i Gävle kommuns grundvattentäkt sjunker på grund av vattenuttaget. Syftet med projektet var att bestämma om variationer i halt löst syre, organiskt material, an- och katjoner samt stabila syre- och väteisotoper kunde användas för att förklara de hydrogeologiska förhållandena i Gävleåsen. Även storleken på flödet uppströms och nedströms om infiltrationsanläggningen samt blandningsförhållandet nedströms skulle fastställas. Tre modeller över hur flödet varierade i åsen utformades på grund av den stora osäkerhet som fanns vid uppskattning av åsens mättade hydrauliska konduktivitet som användes vid flödesberäkningarna. I den första modellen antogs att flödesmassbalansen i åsen stämde, det vill säga att flödet nedströms var en summa av flödet uppströms om och flödet från infiltrationsanläggningen. Den andra modellen byggde på att det skedde ett okänt nettoutflöde från åsen mellan flödet uppströms och flödet nedströms om infiltrationsanläggningen. Att vatten istället skulle ha tillkommit till akviferen från exempelvis Gavleån eller genom inträngning av äldre grundvatten undersöktes med den tredje modellen. Uppställning av en isotopmassbalans för de olika modellerna tydde på att alla modeller kunde vara en möjlig bild av hur flödena i Gävleåsens akvifer förhöll sig till varandra och infiltrationsflödet genom infiltrationsanläggningen. Vid beräkning av blandningsförhållandet mellan grund- och åvatten nedströms om infiltrationsanläggningen visade både syreisotopsberäkningar och beräkningar med kloridjoner att cirka 25 procent åvatten tillkommit i akviferen. De kemiska parametrarna löst syre och organiskt material visade sig inte vara lämpliga som spårämnen för att bestämma källor till ett flöde. Dock kan dessa parametrar användas för att bedöma om det skett en förändring i vattenkvaliteten.

Fosforutsläpp kan leda till övergödning i vattenrecipienten om kritiska nivåer överskrids. De enskilda avloppen står idag för en relativt stor andel av Sveriges fosforutsläpp jämfört med de kommunala avloppen. Detta kan sättas i bakgrund av att staten, alltsedan 1970-talet, har lagt ner stora resurser på att reducera utsläppen hos kommunala avlopp, medan en motsvarande satsning på de enskilda avloppen uteblivit. Merparten av dagens enskilda avlopp utgörs av markbaserade reningssystem, det vill säga avloppslösningar där avloppsvattnet får passera genom markmaterial för att renas. Fosforreningen i markbaserade reningssystem har forskningshistoriskt sett inte varit en prioriterad fråga, vilket har lett till kunskapsbrist inom området. Naturvårdsverket har i och med miljöbalkens införande skärpt sina krav på fosforreningen hos enskilda avlopp. Trots att Naturvårdsverket nu har satt upp exakta kravgränser på fosforutsläpp, exempelvis att en normal skyddsnivå motsvarar en rening på 70 %, saknas dock råd för hur gemene man, inför byggandet av ett markbaserat reningssystem, ska kunna uppskatta fosforreningsförmågan i markmaterialet. Emellertid rekommenderar Naturvårdsverket att man inför byggandet ska uppskatta markmaterialets hydrauliska konduktivitet, en uppskattning som ofta utförs genom att mäta markmaterialets kornstorleksfördelning. Det finns även forskning som tyder på att kornstorleksfördelningen skulle kunna ha samband med fosforreningen. Syftet med detta examensarbete var framförallt att utvärdera om kornstorleks- fördelningen kan användas som ett mått på fosforreningen. Som ett sidospår till detta utvärderades även om den hydrauliska konduktiviteten kan bestämmas ur kornstorleks- fördelningen. Empiriska formler har vid tidigare studier etablerats för detta, men frågan är om dylika empiriska formler gäller för de undersökta markbaserade reningssystemen. Undersökningens resultat tydde på ett samband mellan kornstorlek och hydraulisk konduktivitet medan det inte kunde påvisas något samband mellan kornstorleks- fördelning och fosforrening. Det är därmed önskvärt att finna ett annat mått på fosforreningen i markbaserade reningssystem. Kan vi inte uppskatta hur mycket de markbaserade reningssystemen bidrar till övergödningen kan vi inte heller väga denna negativa miljöpåverkan mot de markbaserade systemens fördelar, såsom relativt låg energiförbrukning och relativt små utsläpp av växthusgaser. / Release of phosphorus is one of the contributing factors of eutrophication in aquatic recipients. In Sweden, on-site wastewater treatment represents large emissions of phosphorous per person in comparison to municipal wastewater treatment. This can be put in the context of the Government’s large investments for reducing phosphorus in municipal wastewater treatment plants, while no corresponding investment has yet been made in the field of on-site wastewater treatment. In Sweden, the on-site wastewater treatment systems of today mainly consist of WSAS (Wastewater soil absorption systems), i.e. systems where wastewater is cleaned by passing though soil material. During the history of research about WSAS issues of phosphorous removal have not been first priority, which has led to a considerable lack of knowledge regarding these issues. Since 1999, when the Swedish regulations of environmental law were established, the SEPA (Swedish Environmental Protection Agency) has tightened up their demands of phosphorus removal in on-site wastewater treatment systems, for instance by stating that a phosphorous removal of 70% shall be reached to accomplish a “normal level of protection”. Despite this fact, there are no recommendations of how to estimate phosphorus removal in the soil material. However, the SEPA recommends estimation of hydraulic conductivity before building WSAS. This estimation is usually made by measuring grain size distribution in the soil material. One interesting fact is that there, according to some scientists, might be a connection between grain size distribution and phosphorus removal. The aim of this thesis was mainly to investigate if measure of grain size distribution can be used in order to estimate phosphorus removal. The aim was also to evaluate if grain size distribution is a good indicator of hydraulic conductivity in the investigated WSAS. It was concluded that grain size distribution is a suitable indicator of hydraulic conductivity, but not a suitable indicator of phosphorus removal. Thus, we still need to find an easy way to estimate the phosphorus removal in WSAS. If we do not know the extent of impact on eutrophication by WSAS, we cannot weigh this negative impact against the positive aspects of relatively low energy usage and low release of green house gases compared to other on-site wastewater treatment systems.

The Swedish municipalities of Gävle and Älvkarleby need new sources of drinking water as the population grows. Gästrike vatten AB has employed the consultant firm Midvatten AB to assess the possibility of a new groundwater extraction site on the Uppsala esker between Älvkarleby and Skutskär in northern Uppland county. It has been observed that the natural recharge to the aquifer in the Uppsala esker might be too low to compensate for a future groundwater extraction and that there is a risk of induced infiltration from the river Dalälven if the water table is lowered. River water might bring organic contaminants into the aquifer and negatively affect the groundwater quality.A solution proposed by Midvatten is to infiltrate the esker with river water free from organic contaminants at infiltration sites. This artificial infiltration is estimated to create new groundwater to compensate for the extraction and stop river water from reaching the extraction wells. There is however, a need to estimate the magnitude of infiltrating river water when the infiltration sites are active.The aim of this study was to estimate the flow of water between the river and a section of the Uppsala esker for a test period during 2017, specifically, the infiltration from the river. In addition to this, changes in flow depending on proposed pumping and infiltration scenarios were modelled.A MODFLOW model was developed in the graphical user interface Groundwater Modeling System (GMS) and its performance was validated against observed aquifer head. The model could accurately represent the head close to the river but was less accurate with increasing distance from the river. Average infiltration from the river varied from 3 to 25 l s-1. The calculated infiltration depended on which extraction well or artificial infiltration site was active and the rate of flow.It was concluded that the distribution of hydraulic conductivity in the aquifer was not sufficiently detailed. A solution could have been to use stratigraphic data from borehole logs instead of a general quaternary deposits map as basis for the distribution of hydraulic conductivity. Artificial infiltration close to the river prevented large volumes of induced infiltration. The accuracy of the model could have been improved if the results were compared to other methods such as particle-tracking, tracer tests and with measurements of the streambed such as seepage meters. / Gävle och Älvkarlebys kommuner är i behov av nya grundvattentäkter för att kunna försörja invånarna med dricksvatten i framtiden. Ett område som är av intresse för de två kommunerna är ett grundvattenmagasin i Uppsalaåsen intill Dalälven mellan Älvkarleby och Skutskär. Vid ett dricksvattenuttag kan vattenbalansen i magasinet ändras. I magasinet uppskattas grundvattenbildningen vara för låg för att pumpa upp nog mycket vatten och bibehålla en stabil dricksvattenförsörjning. När uttaget av grundvatten är högre än grundvattenbildningen sänks grundvattenytan och vatten flödar från andra delar av magasinet eller älven för att kompensera. Älvvattnet bedöms ha en stark hydraulisk koppling med grundvattnet, vilket innebär att det finns en risk att älvvattnet infiltrerar i magasinet och sänker kvalitén på framtida dricksvatten.Konsultföretaget Midvatten AB har i uppdrag att bedöma möjligheten till ett framtida dricksvattenuttag. Midvatten har som lösning anlagt stationer med sprinklerinfiltration för att i framtiden kunna infiltrera avhumifierat älvvatten som på sikt omvandlas till grundvatten. Denna konstgjorda infiltration är också tänkt att hindra älvvatten från att ta sig in i magasinet genom att förse magasinet med den mängd vatten som går förlorad av dricksvattenuttag. Hur mycket älvvatten som tar sig in till grundvattenmagasinet och når brunnarna vid ett framtida uttag och konstgjord infiltration, är dock oklart.Syftet med denna studie var att uppskatta flödet mellan åsens grundvattenmagasin och Dalälven och specifikt infiltrationen av älvvatten. Detta gjordes genom att utveckla en digital MODFLOW-flödesmodell i programmet GMS. Modellen kunde, med hjälp av uppmätta vattennivåer i grundvattenmagasinet och älven, räkna ut hur mycket vatten som flödade in från älven (infiltrerade). Den uträknade infiltrationen låg i genomsnitt på 3-25 l s-1. Infiltrationsmängden berodde på vilken brunn som vattnet pumpades ur, hur mycket som pumpades ut och hur mycket artificiell infiltration som tillfördes i de tre infiltrationsområdena under en period av 2017. Modellen användes även till att uppskatta flödet från älven för 28 tilltänkta scenarier under 2017 med konstant pumpning och konstgjord infiltration i de olika brunnarna och infiltrationsstationerna.Resultaten visade att modellen kunde uppskatta grundvattenmagasinets vattennivåer nära älven men inte på längre avstånd ifrån älven. Detta berodde på att magasinets hydrauliska parametrar inte var korrekt fördelade. Fördelningen kunde ha förbättrats om de baserats på jordarter från borrprotokoll istället för en jordartskarta. Modellen visade att mycket lite älvvatten flödar in i akviferen om vatten artificiellt infiltreras nära älven. För att resultaten av den här studien ska bli tillförlitliga krävs det att resultaten jämförs med andra metoder som använder sig av förslagsvis partikelspårningsmodeller, spårämnesstudier eller flödesmätningar av flodbädden.

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.