Grundvattendagarna 2017

1. Konceptuell och matematisk
grundvattenmodell för
Uppsalas vattenförsörjning
Presentation vid Grundvattendagarna, 2017-11-07
Per-Olof Johansson, Håkan Djurberg, Duncan McConnachie, Philip McCleaf

2. 27 000 pers. 56 000 pers.
130 000
pers.
170 000
pers.
2050
Uppsala stad
220 000 – 300 000
pers.
Uppsalaåsen som bas för stadens vattenförsörjning
Idag: Uttag ca 650 L/s
Infiltration ca 275 L/s

3. Grundvattenmodellering
Tidigare grundvattenmodeller för Uppsalas vattenförsörjning
 VBB, 1979. 2-D finita-element modell.
 Golder/Geosystem, 1990 och Golder 1995. 2-D analytiska-element modell.
Målsättning med den nya modelleringen:
 Att sätta upp och kalibrera en 3-D grundvattenmodell baserad på uppdaterad
information avseende:
 Jordlagerförhållanden
 Grundvattenbildning
 Grundvattennivåer
 Yt- och grundvattenkemi
 Infiltration
 Uttag
 Prognoser för framtida vattenbehov
 Att skapa ett verktyg för simulering av grundvattennivåer, upphållstider och
strömningsvägar för olika driftscenarier, framtida utbyggnad av uttags- och
infiltrationsområden och vid riskbedömningar.
 Att utbilda Uppsala Vattens personal i att använda modellen.

4. Modellområdesavgränsning:
Avgränsning i huvudsak baserad på
åsens tillrinningsområde
294 km2, ca 42 km långt
Typer av gränser:
Vattendelare
Konstant grundvattennivå
Konstant flöde
Yt- och grundvattennivå-
beroende flöde
(Uttag och infiltration, medelvärde 2008-2015)
Konceptuell modell – matematisk modell
Programkod: Feflow – 3D FEM

5. 3-D jordlagermodell skapad i Subsurface Viewer
Initialt ansatta parametervärden
Material K (m/s) Sy (-)
Ospec. fyllning 1 x 10-6
0,05
Org mtrl 3 x 10-7
0,01
Svall 1 x 10-4
0,15
Lera, silt 3 x 10-7
0,01
Isälvsmtrl 6 x 10
-3
0,18
Morän 1 x 10
-6
0,05
Berg 1 x 10
-7
0,001
Från Subsurface Viewer
Efter överföring till den matematisk
grundvattenmodellen
Jordlagerföljder i drygt 1100 punkter och ett 40-tal geofysiska profiler
Exempel på tvärsektion över åsen i jämnhöjd med Uppsala slott
(samarbete med SGU)

6. Naturlig grundvattenbildning
• Skillnaden mellan kommunens uttag och
infiltration var 2015 410 L/s söder om
vattendelaren till Björklinge-Sandbromagasinet.
• Om inflöde från Ekoln antas motsvara övriga
uttag krävs alltså 410 L/s i form av
grundvattenbildning och nettoinflöde från åarna
för att systemet ska vara i balans.
Principer för uppskattning:
• SGU: indelning i primära, sekundära och tertiära
tillrinningsområden (lila, röda resp gröna
konturer).
• Primära områden utgör 6 % av hela
modellområdet.
• Modellberäkningar för svenska typjordar (147-318
mm/år) (Rodhe et al., 2006).
• Primära områden: Totalt 150 L/s,varav 75 L/s i
Läby- och Björklinge-Sandbromagasinen.
• Grundvattenbildning+nettoinflöde från åarna 410-
75=335 L/s söder om vattendelaren till Björklinge-
Sandbromagasiet.
• Om nettoinflödet från åarna är noll så motsvarar
335 L/s i genomsnitt 23 % av
grundvattenbildningen enl Rodhe et al i de
tertiära områdena.
• Denna preliminära vattenbalans utgjorde
startpunkten för kalibreringen.
Björklinge-
Sandbromagasinet
Läbymagasinet
Grundvattendelare i
åsen

7. Grundvattenbildning, forts
Yt-grundvattenkontakt:
Förhållande mellan yt- och grundvattennivå (varierar
naturligt över tid och påverkas av kommunens infiltration
och uttag)
Kontaktzonens genomsläpplighet kan bero av
ytvattennivån och påverkas av igensättning/erosion
Områden där åsmaterialet har direktkontakt med yt-
vatten har identifierats och vissa fältundersökningar har
genomförts (fältbesiktning, nivå- och temperaturmätning,
kemi- och isotopanalyser.
Svårt att kvantifiera yt-grundvattenutbytet
kalibrering
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
DOC,mg/L
Brunn 1 Brunn 2 Brunn 3 Brunn 4 Brunn 5
Ytvattenpåverkan
Sunnersta
Förhöjd DOC
Påverkas av uttag

8. Kalibrering för stationära förhållanden, situationer med drastiska förändringar i
infiltration/uttag och mot uppehållstider bestämda med 18O och 2H
y = 0,9921x + 0,0571
R² = 0,9978
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0
Simuleradgrundvattennivå
(m,RH2000)
Mätt grundvattennivå (m, RH2000)
Totalt 95 punkter
Medelfel -0,06 m, absolut medelfel 0,26 m
10 000 partiklar
Kinematisk porositet: 15 %
Longitudinell dispersivitet: 2,0 m
Transversell dispersivitet: 0,1 m
Tunaåsen
Galgbacken
Stationärt, medel 2008-15
Avstängn infilt Tunåsen o Vallskog, dec -15
Uppehållstider Tunåsen-Galgbacken, particle-tracking

9. Några utvalda vattenbalans-
komponenter från den
kalibrerade modellen för
medeluttag och infiltration 2008-15
Naturlig grundvattenbildning
(exkl Läby- och Björklinge-Sandbro-
magasinen och ner till Sunnersta): 370 L/s
Nettoutflöde till åarna: 40 L/s

10. Grundvattennivåer LMW-MW-HMW enligt miljökonsekvensbeskrivningen i gällande vattendom
”10-årstorka” resp halverad infiltration, 2 år Ingen infiltration och ingen grundvattenbildn, 6 mån
Exempel på modellsimuleringar

11. Simuleringar av infiltrations- och uttagsscenarier
för den framtida vattenförsörjningen
 Tre infiltrations- och uttagsscenarier för en i stort sett fördubblad
dricksvattenproduktion (uttag 1200 L/s, infiltration 900 L/s)
 I Scenario 1 förutsattes hela åssträckan ned till Sunnersta utnyttjas
 I Scenario 2 förutsattes inget uttag ske längre söderut än Galgbacken
 I Scenario 3 inkluderades infiltration av mälarvatten i Sunnersta
 Krav på scenarierna att:
 Grundvattennivåerna ingenstans skulle ändras mer än 1 m jämfört med medel
2008--15
 Nivåerna i de punkter där ett intervall anges i vattendomen från 2004 skulle ligga
inom det angivna intervallet för LMW och HMW
 Ca 50 L/s skulle flöda söderut vid Sunnersta och ut i Mälaren
 Infiltrationsvatten förutsattes finnas i tillräcklig mängd

12. Exempel: Scenario 2 – framlänges partikelspårning 1 år från Tunåsen
Medel 2008-20015 Tunåsen, Forward 1 år Scenario 2 Tunåsen, Forward 1 år
Startpunkt för partikelspårning
Storvad
400 L/s, nivåsänkn 0,5 m
Drygt 100 L/s från Tunåsen
Galgbacken
150 L/s, nivåsänkn 0,3 m
Tunåsen
350 L/s, nivåhöjn 0,1 m
Tunåsen
153 L/s
Galgbacken
94 L/s
Galgbacken
Ökad andel infiltrationsvatten från 80-85 till >95 %, förkortad uppehållstid från 8 till 6-7 mån

13. Scenariosimuleringarna indikerar att:
 Det är möjligt att i alla tre scenarierna hydrauliskt hantera de antagna
uttagen 1200 L/s och infiltration av drygt 900 L/s och uppfylla de ställda
kraven på grundvattennivåer och förbiflöde i Sunnersta.
 Ökningen av uttag och infiltration kräver etablering av nya uttags- och
infiltrationsområden.
 En koncentration av vattenförsörjningen till områdena norr om Uppsala
(Scenario 2) medför en ökad känslighet för störningar pga begränsade
möjlighet att fördela om infiltration och uttag.
 Vatten med infiltrationsursprung kommer att helt dominera i Storvad,
Galgbacken, Fullerö och Svista (80 - >95 %), där huvuddelen av uttagen
kommer att ske. Uppehållstiderna blir något kortare än idag.
 Den ökande andelen infiltrationsvatten innebär att med oförändrad
råvattenkvalitet (idag ca 15 mg/L DOC) så kommer halterna organiskt
material i uttaget vatten att stiga.