Grundvattenavsänkning - En jämförelse mellan numerisk och analytisk modellering

Sammanfattning

Grundvattnet har en viktig roll för ekosystem, vår dricksvattenförsörjning och har en påverkan på markstabiliteten. Uttag av grundvatten och sänkning av grundvattennivån kan påverka dessa system negativt, vilket understryker vikten av att kunna förutse eventuella konsekvenser. För att minimera risken för skador på fastigheter, infrastruktur och naturmiljö krävs tillförlitliga modeller som kan simulera effekterna av ett grundvattenuttag. Syftet med detta examensarbete är att jämföra och utvärdera tre olika modelleringsfall med avseende på avsänkning och påverkansområde vid en grundvattenavsänkning under stationära förhållanden. Två fall av grundvattenavsänkning vid en provpumpning och ett fall av grundvattenavsänkning i samband med schaktning vid byggnation. Modelleringsmetoder som jämförts och utvärderats är numerisk och analytisk metod. De numeriska modellerna har skapats i programvaran GMS med tillhörande analyskod Modflow som bygger på finita differens metoden. De analytiska modellerna som användes i arbetet var: Thiems ekvation, SGU:s beräkningsmodell 1 och 3. Thiems ekvation användes i varianter av: ekvationen för öppen akvifer samt ekvationen för sluten akvifer tillsammans med superpositionsprincipen för simulering av de hydrauliska gränser som fanns inom modellområdet. Modellerad avsänkning och påverkansområde har jämförts mot verkligt utfall för avsänkning samt påverkansområde om sådant kunde fastställas. Verkligt utfall motsvarar uppmätta grundvattennivåer i utvalda observationsrör i slutet av en provpumpningsperiod/schaktperiod. För att utvärdera modellens känslighet vid parameterförändringar utfördes en känslighetsanalys. Generellt sett så underskattades avsänkningen och påverkansradien hos de analytiska modellerna med undantag för fall 2, där avsänkningen hade en hög träffsäkerhet jämfört med verkligt utfall medan påverkansradien bedömdes vara överskattat. De numeriska modellerna hade ett varierat resultat för modellerad avsänkning; för fall 1 överskattades avsänkningen, för fall 2 hade avsänkningen en god träffsäkerhet generellt sett och för fall 3 hade avsänkningen en god träffsäkerhet för västra sidan om schaktet medan den östra sidan om schaktet var avsänkningen underskattad.I den numeriska modellen för fall 1 var påverkansområdets något överskattat i större delen av modellområdet, verkligt påverkansområde i östlig riktning kunde inte fastställas och därmed inte heller träffsäkerheten utvärderas för modellen. För övriga fall kunde inte verkligt påverkansområde fastställas och därmed kunde inte heller träffsäkerheten för modellerat påverkansområde utvärderas. Känslighetsanalysen visade på att parametrarna hydraulisk konduktivitet, transmissivitet, trycknivå i brunn och akviferens mäktighet har en betydande inverkan i Thiems ekvation. Grundvattenbildningen mindre betydande påverkan för resultatet i den analytiska metoden, SGU:s beräkningsmodell 1 och den numeriska modellen, Modflow. På grund av att analytiska metoder bygger på antaganden om att akviferen är homogen och isotrop begränsas dessa vid användning till komplexa system som kräver hög precision, där en numerisk metod är att fördra.