Grundvattenbildningens storlek i sandig silt

1. Grundvattenbildningens storlek i siltig sand
magnus.liedholm@sweco.se
1

2. Grundvattenbildningens storlek – intressant?
• ”Vi är många hydrogeologer som inte
känner till annat än otillfredsställande
osäkra storleksordningar…”
• Handlar här om naturlig vertikal
grundvattenbildning i medeltal på lång sikt
(≈10 år), ej förhöjd grundvattenbildning
genom ökat uttag.
• Bra för bedömning av uttagspotential för
vattentäkt
• Bra för sårbarhetsbedömning
• Bra för bedömning av
återhämtningshastighet vid överuttag
• Bra för bedömning av naturlig
vattenomsättning och därmed naturlig
föroreningsreduktion från inerta
föroreningar
• Bra för grundvattenhastighets-
uppskattningar om K och i saknas
209/10/2015

3. Kallebäck
09/10/2015 3
Inga ytvatten-
drag här
Vid Rb7207 i mitten:
0-17 m Sandig silt
17-17,7 m Sand
d60=0,3 mm d10=0,08
mm
I söder:
Sand, grusig, siltig,
(ler)
Sand, fingrus; 3-10
meter
P&L
KK GS
A
P

4. Enkla modeller för uppskattning av
grundvattenbildningens storlek är…
• Beräkning av grundvattenflöde från ett väl definierat magasin
• Indirekt beräkning av grundvattenflöde från ett magasin genom
vattenbalans (Q=T·i·B=W·A)
• Uppskattning av grundvattenbildningen W med
schabloner/formler
• Uppskattning av grundvattenbildningen W genom
kloridbalansmetoden (W≈NN·(ClN+T/ClGr)
• Perioduppskattning genom summering av nivåhöjningar
W=Q/A=S·Sdhi
• Stort långtidsuttag nära möjlig potential utan magasinstömning
09/10/2015 4

5. Vattenbalansmetoden
Exempelvis i Wood, Use and Misuse of the Chloride-Mass Balance Method in Estimating
Ground Water Recharge, Ground Water Vol 37, No 1, Jan-Feb 1999.
• Kontinuitetsekvation (flerårs): Qut=Qin
Qut = K·i·A = T·i·B
T kan beräknas eller uppskattas
i kan beräknas eller uppskattas
B kan uppskattas
Qin = W·A
W sökes
A kan beräknas
Lös genom passningsräkning:
T·i·B- W·A = 0
09/10/2015 5
Qut =T·i·B
Qin=W·A
T
Qut

6. Vattenbalansekvationen löses genom
passning med ”Solver” (”Problemlösaren”) i
Excel
09/10/2015 6
Plats: Villan
Ange indata:
Initial uppskattning Optimerat T samt Ds Minsta uppskattning Högsta uppskattning
Gradient i 4,00E-02 4,00E-02 5,00E-02
Transmissivitet T: m2
/s 4,96E-03 5,00E-04 5,00E-03
Flödesbredd B: m 40,0 35 45
Grundvattenbildning W: m/år 0,50 0,300 0,600
Nederbördsyta A: km2
0,50 0,45 0,5
Ekv: 0,000001 ska vara ~0 för korrekt lösning.
TiB 7,9
QW 7,9
Resultat:
Flödet blir: 7,9 L/s 686 m3
/d
T·i·B- W·A = 0
Ange indata:
Initial
uppskattning
Optimerat T samt
Ds Minsta uppskattning Högsta uppskattning
Gradient i 4,00E-02 4,00E-02 5,00E-02
Transmissivitet T: m2/s 5,85E-03 5,00E-04 5,00E-02
Flödesbredd B: m 35,4 35 45
Grundvattenbildning W: m/år 0,538 0,300 0,600
Nederbördsyta A: km2 0,49 0,45 0,5
Q 8 7,7 9
Ekv: 0,000651 ska vara ~0 för korrekt lösning.
TiB 8,3
QW 8,3
Resultat:
Flödet blir: 8,3 L/s 716 m3/d

7. Simuleringsutfall från olika startegenskaper
inom angivna osäkerhetsintervall
09/10/2015 7
Minsta uppskattning Högsta uppskattning
i 4,00E-02 5,00E-02
T 5,00E-04 5,00E-02
B 35 45
W 0,300 0,600
A 0,45 0,5
Q 7,7 9
Beräknad grundvattenbildning (mm/år)
Normalfördelningsdiagram
Ack.rel.frekvens(%)
300 350 400 450 500 550 600
0,1
1
5
20
50
80
95
99
99,9

8. Rohde el al (2006), enligt karta, öster om Göteborg:
• Infiltrationskoefficienten (W/N) allmänt ≈ (0,3)-0,6 (?) i aktuell jordart
• Nederbörden i Kallebäck är (minst) ca 900 mm
W ≈ (270)-540 mm/år
09/10/2015 8
Knutsson & Morfeldt:
W ≈ 525-600 mm/år
Vad bedömer man annars om
grundvattenbildningens storlek?

9. Kloridbalansmetoden
• Jungfrulig opåverkad kloridhalt i magasinet var ca 20 mg/L på 1940 talet
• Våt kloridhalt i nederbörden uppskattas vara ca 2-3 mg/L i området
• Torrdeposition uppskattas vara ca 10 mg/L i området
• (Parentetiskt: W≈NN·(ClN+T/ClGr) => W/NN ≈ ClN+T/ClGr ≈ infiltrationsfaktorn)
W ≈ 900·(12,5/20) ≈ 560 mm/år
09/10/2015 9

10. Sammanfattning:
1. W är >380 mm/år (Kallebäcks källa, historiskt belagt > 6 L/s) samt troligen
också W>460 mm/år (Vattendom Prippsbrunnarna 7,3 L/s)
2. Bästa uppskattning W≈ 550 mm/år =>
3. Infiltrationskoefficienten W/N ≈ 0,6 (=550/900)
4. Infiltrationsfaktorn W/NN ≈ 0,9 (=550/600)
5. Oberoende angreppssätt ger likartat resultat DW~±10 %
• Kontroller av randvillkor: W<N, W<NN. OK.
• W≈[500, 540, 560] => W ≈ 460-610 mm/år (~95 % konfidensgrad) =>
• Infiltrationskoefficienten W/N ≈ 0,51-0,67, Wmin/N = 0,42 (>380 mm/år)
• Infiltrationsfaktorn W/NN ≈ 0,76-1,0, Wmin/NN = 0,63 (>380 mm/år)
• Osäkerheter i indata ~±10 % för N, NN, ClN+T ger osäkerhet i utdata på lika
mycket, vilket ungefär kan stämma enligt resultatet (~550 ± 55)
09/10/2015 10

11. Diskussion:
1. Williams et al;”Sand and gravel aquifers…are able to accept nearly all
effective rainfall”,, A National Groundwater Map of Ireland, National
Hydrology Conference 2011.
2. Relativt väldefinerat område, små osäkerheter här i arean. Relativt plant.
3. Uttagspotentialen är väl belagd genom sammanlagt uttag av ca 7,7-8,8 L/s
under flera år i två täkter, (6-6,7 L/s) samt nedströms (1,7-2,1 L/s). (Jämfört
med vattenbalansens bästa lösning; Q=7,9 L/s).
4. Om Q>7,9 L/s, blir W större, men W är inte mindre än 7,7 L/s, dvs A·W>7,7
L/s.
5. Inget talar för att W<450 mm/år, dvs att infiltrationskoefficienten W/N är inte
<0,5, och att infiltrationsfaktorn W/NN är inte <0,7.
6. Något talar för att W möjligen är >600 mm/år, dvs att
infiltrationskoefficienten W/N>0,67, eller att infiltrationsfaktorn W/NN≈1.
Detta beror på att nederbörden är osäker, och kan vara >900 mm/år.
• Underskattar många operativt arbetande hydrogeologer
grundvattenbildningen i liknande hydrogeologiska miljöer?...
09/10/2015 11