Grundvattenbildning, grundvattenkemi ochGrundvattenbildning, grundvattenkemi ochgrundvattenmodellering i sprickigt berggrundvattenmodellering i sprickigt berg

11/24/2013 2

Fennoscandia – en av jordens äldsta urbergsområden

11/24/2013 3

Plattektonik

11/24/2013 4

(Larsson and Tullborg, 1993)

Tänk strukturgeologiskt och bergmekaniskt!

11/24/2013 5

Bra att tänka på ...

n Ju äldre berget är desto fler perioder med sprickbildning har det varit med om

n Vid varje tillfälle reaktiveras gamla sprickor och ett fåtal nya bildasn Ju längre deformationszonerna och sprickorna är, desto större

rörelser har de som regel tagit upp. Deras uppbyggnad är som regel också mer komplex

n Förståelse för varför spricksystemet ser ut som det gör får man bäst genom att analysera den geologiska historien

11/24/2013 6

Vattenströmning och transport i sprickor

Presentationens innehåll

n Transmissvitetsbegreppet – poröst mtrl vs sprickigtn Förekommande modelleringskoncept – vad ska man välja och

varför?n Grundvattenbildning, grundvattenkemi och grundvattenmodellering i

Forsmark (SKB, www.skb.se)n Rekommendationern Kommande artiklar

11/24/2013 8

Transmissivitet i jord och berg

11/24/2013 9

bKbkgT ==µ

ρ12

3bgTµ

ρ=

Hur ska man förstå den kubiska lagen?

n Tio stycken parallella sprickor med en sammanlagd apertur på 100 µm leder ungefär 100 ggr mindre flöde vatten än 1 spricka med aperturen 100 µm!

n En spricka med aperturen 1 mm har ungefär samma transmissivitet som ett 1 m mäktigt sandlager

Ø Sprickaperturen är oftast en avgörande egenskap för flödet i bergØ En annan viktig egenskap är sammanlänkningen av sprickor (Eng.

connectivity)Ø Sprickor har olika riktningar, frekvens och apertur vilket orsakar

hydraulisk anisotropi och heterogenitet. Det påverkar flöde och transport

11/24/2013 10

Hur bygga en hydromodell för sprickigt berg ... ?

11/24/2013 11

Ett bra angreppssätt – Dela in berggrunden i deformationzoner och sprickdomäner

11/24/2013 12

Förekommande modelleringskoncept – vad ska man välja och varför?

11/24/2013 13

n Frågeställningq Flöde o/e transport?

n Skala och topografiq Lokal eller regional?

Undulationer? Djup?n Tillgång på data

q Litteraturuppgifter, tidigare erfarenhet, platsdata?

Grundvattenbildning, grundvattenkemi och grundvattenmodellering i Forsmark (Uppland)

November 24, 2013 14

SKB:s metodik – Integrerad multidisciplär förståelse

11/24/2013 15

25 kärnborrhål, 38 hammarborrhål, 70 jordrör – sex års undersökningar till en kostnad av 650 Mkr

11/24/2013 16

Två modelleringsverktyg – ConnectFlow (bergrunden) och MIKE SHE (ytsystemet)

11/24/2013 17

Gränssnitt mellan modelleringsverktygen

11/24/2013 18

Modelleringsprotokoll med 4 dataset för modell-kalibrering (borrhålstester, grundvattennivåer/-kemi)

11/24/2013 19

Veckolånga mellanhålstester över stora km-avstånd

11/24/2013 20

Uppmätt och simulerad avsänkning i berggrunden

11/24/2013 21

Avrinningsmätningar

November 24, 2013 22

Grundvattennivåmätningar i jordrör och borrhål

November 24, 2013 23

Kalibrering mot flöden och ytliga nivåer

11/24/2013 24

Vattenbalans MIKE SHE

11/24/2013 25

Klimatets utveckling under Holocene – Strandlinjeförändringar i Östersjön resp Forsmark

11/24/2013 26

Paleoclimatisk evolution (topprandvillkor)

11/24/2013 27

Paleoclimatic evolution – chemical indicators

n Chloride (Cl) was used as a general indicator of saline groundwater; n The bromide to chloride ratio (Br/Cl) was used to indicate the

position of transition of the origin of this salinity, i.e. whether the saline water is dominated by Deep saline water from below (high Br/Cl) or Littorina Sea water from above (low Br/Cl);

n Oxygen-18 (δ18O) was used to indicate any pockets with remnants of Glacial meltwater (depleted δ18O); and

n Alkalinity (HCO3) was used to indicate the penetration of Present meteoric water.

11/24/2013 28

Result from ten simulations of the evolution during Holocene time using ConnectFlow

11/24/2013 29

Vertical flux – Comparison between flow models

11/24/2013 30

Rekommendationer vid modellering av sprickigt berg

n Lägg tyngd på att utveckla den konceptuella förståelsenq Tänk strukturgeologiskt och bergmekanisktq Dela in berggrunden i deformationzoner och sprickdomäner

n Välj modelleringsverktyg som passar Ditt problem. Tänk på att:q Sprickornas geometriska egenskaper orsakar betydande

hydraulisk anisotropi och heterogenitetq Grundvattnetskemin i berget speglar klimatets utveckling och

beror i hög grad av flödesvägarnas geometri och transmissivitetn Jobba multidisciplinärt (nyttja geologisk, geofysisk, bergmekanisk,

hydraulisk, kemisk, och ekologisk information där så är möjligt)

11/24/2013 31

Kommande artiklar i Hydrogeology Journal

n A transmissivity model for deformation zones in fractured crystalline rock and its possible correlation to in situ stress at the Forsmark site, Sweden

n A methodology to constrain the parameters of a hydrogeological discrete fracture network model for sparsely fractured crystalline rock, exemplified by data from the Forsmark site, Sweden

n Approaches to confirmatory testing of a site-scale groundwater flow model for sparsely fractured crystalline rock, exemplified by data from the Forsmark site, Sweden

11/24/2013 32

Tack föruppmärksamheten!

November 24, 2013 33