LÄNSHÅLLNING AV GRUNDVATTEN

Transkript

1 RAPPORT LÄNSHÅLLNING AV GRUNDVATTEN BOSTADSOMRÅDET SÖDRA FALKTRÄSKET SKELLEFTEÅ KOMMUN SLUTRAPPORT

2 Uppdrag , Utredningar och projektering för nytt planområde Falkträsket Titel på rapport: Länshållning av grundvatten Bostadsområdet södra Falkträsket, Skellefteå kommun Status: Datum: Medverkande Beställare: Kontaktperson: Skellefteå kommun Rebecca Bohman Konsult: Uppdragsansvarig: Kvalitetsgranskare: Jeffrey Lewis, Tyréns AB Frida Lindberg, Tyréns AB Anna Sjöstedt, Tyréns AB Revideringar Revideringsdatum Version: Initialer: ÅR-MÅN-DAG Namn, Företag Namn, Företag Tyréns AB Västra Norrlandsgatan 10B Umeå Tel: Säte: Stockholm Org.Nr: O:\UME\247252\01_Tyréns uppdrag\019_utleverans\alla rapporter med justerade namn \Original word_indesign\rapport Falkträsket

3 Sammanfattning Tyréns AB har på uppdrag av Skellefteå kommun utrett effekter av en grundvattensänkning vid Falkträskets planområde. Utredningen har bestått av manuella grundvattenmätningar i fält under våren 2015 samt automatisk loggning av grundvattennivåerna under samma tidsperiod. Ett slugtest för att beräkna den hydrauliska konduktiviteten genomfördes också. Därefter konstruerades en numerisk modellering av hydrogeologin för planområdet. Den hydrogeologiska modellen kalibrerades mot inmätta fältdata. Därefter utfördes modellering av två alternativ, ett som beskriver grundvattnets flöde idag samt ett där man kunde se effekterna av en grundvattensänkning med hjälp av länshållning. Den modellerade situation förutsätter att länshållningen sker som ett täckdikessystem som läggs ner i samma schakt som VA ledningar, på en djup av 2,5 m under ytan. Modellen visar att då sjunker grundvattennivån med 0,5 m på en avstånd av 100 m från täckdiket. Inom täckdikens inramade yta ska grundvattennivån sjunka minst 1,5 m. Modellen visar även att länshållningens påverkan på både Falkträskbäcken och Falkträsket är liten. I Falkträskbäcken innbär länshållningen en ökning av vatten med ca 2000 m 3 per år vid stabil jämvikt. Stabil jämvikt bedöms uppnås efter drygt 1 år. Under första året kan flödet vara något högre. Ökningen i flödevolymen är sker nedströms från länshållningsvattnets inflöde och representerar mindre än 4% av bäckens totala årsavrinning. Falkträskbäckens flöde har antagits som 100 l/min ( m 3 /år). Detta har inte bekräftats med mätningar men bedöms som en konservativ volym vatten. I Falkträsket skulle påverkan av länshållning innebära att inflödet av grundvatten till sjön minskar med ca 2000 m 3 varje år. Vid stabil jämvikt, flera år efter länshållningen införs, skulle det innebära att vattenståndet i Falkträsket sjunker mindre än 2 mm. I verkligheten är det osannolikt att man okulärt skulle se någon förändring. Numerisk modellering av hydrogeologin för det nya planområdet vid Falkträsket tyder på att länshållning skulle vara ett effektivt sätt att sänka grundvattnets nivå. Länshållningen bedöms inte påverka Falkträskbäcken eller Falkträsket på ett märkbart sätt. 3(20)

4 Innehållsförteckning 1 Inledning Förutsättningar Områdesbeskrivning Områdets geologi och topografi Fältundersökningar Resultat Manuella mätningar Automatiserade mätningar Slugtest Grundvattenmodell Grundvattenmodellens randvillkor och geometri Länshållningssystemet Kalibrering av modellen Genomförd modellering Resultat modellering Avstånd från länshållningssystemet för grundvattensänkning Ändringar i grundvattnets strömningsriktningar Påverkan på Falkträsket av länshållningen Påverkan på Falkträskbäcken av länshållningen Slutsats och rekommendationer Bilagor: Bilaga 1 Resultat slugtest 4(20)

5 1 Inledning Under våren 2014 har Skellefteå kommun beslutat att revidera planförslag för Västra Falkträskområdet, med utökat antal tomter. I och med detta har grundvattensituationen vid Falkträsket aktualiserats eftersom grundvattnet ligger nära markytan. Syftet med denna utredning är att beskriva förutsättningar och möjligheter för länshållning av grundvatten inom området samt konsekvenser av detta. Följande utgångspunkter gäller för planförslaget. Falkträskbäckens status (beskriven i VISS Vatten Informations System Sverige) ska inte försämras, helst förbättras. Planen eftersträvar tomter i området med storlek ca 1000 m 2 och till antalet ca 120 st. God bebyggd miljö med attraktivt område, som tillvaratar både närhet till Falkträsket och Falkträskbäcken. Utifrån dessa punkter har utredningen studerat principlösningar för länshållning av grundvattnet. För att kunna göra denna bedömning utifrån ett helhetsperspektiv har även förutsättningar relaterat till Falkträskbäckens status identifierats. Platsbesök har utförts i omgångar och utredningen har genomförts av hydrogeolog Jeffrey Lewis, Tyréns AB med stöd av Berith Juvonen och Anna Pantze, båda Tyréns AB. I första skedet av utredningen studerades grundvattenytans naturliga variation i fält. Därefter tog man fram en numerisk grundvattenmodell över området som kalibrerades mot insamlade fältmätningar. Modellen användes sedan för att utvärdera länshållningen och dess påverkan på Falkträsket och Falkträskbäcken. 2 Förutsättningar 2.1 Områdesbeskrivning Västra Falkträskområdet ligger i stadsdelen Sunnanås södra del och gränsar till sjön Falkträsket i söder och skog i öst och väst, se figur 1. Planområdet sträcker sig även en bit längs Falkträskvägen. Området ligger ca 3 km från Skellefteås centrala delar, på södra sidan om Skellefte älv. Aktuellt planområde har en storlek om drygt 40 ha. Figur 1. Flygbild över Västra Falkträsket. 5(20)

6 Befintligt bostadsområde norr om planområdet är byggt på 90-talet, och vid Falkträsket finns ett mindre antal fritidshus. Genom området sträcker sig Falkträskbäcken, där vatten rinner från Falkträsket och norrtill utlopp i Skellefteå älv. Preliminär utformning av planförslaget består av tre delområden, med en placering enligt beskrivning i figur 2. Delområdet av särskilt intresse för denna utredning är det som ligger i mitten bredvid Falkträskbäcken eftersom grundvattnet ligger ytligaste inom detta område. Området är inringat i figur 2. Figur 2. Planförslag för Västra Falkträskområdet, Områdets geologi och topografi Figur 3 visar SGUs jordartskarta över aktuellt planområde och figur 4 visar SGU:s karta med jorddjup över samma område. Området består generellt av morän med en mäktighet av m. På norra sidan av Falkträsket påträffas även siltiga/leriga jordarter med en mäktighet på upp till 50 m. Figur 3. Jordartskarta, Falkträsket (SGU) 6(20)

7 Figur 4. Jordarternas mäktighet (SGU) Falkträskbäcken ligger i en grund dal mellan Rösberget och Fällan, se figur 5. Bäcken är det enda utloppet för Falkträsket, som ligger på en höjd av 45,5 m över havet. Figur 5. Topografin vid Falkträsket ( Lantmateriet). 3 Fältundersökningar Genomförda fältundersökningar utgjordes av manuella mätningar av grundvattenytans läge med s.k. piplod. Manuella mätningar genomfördes vid fyra tillfällen under perioden på 11 st. installerade grundvattenrör. Grundvattenrörens placering visas i figur 6. 7(20)

8 Figur 6. Lokalisering av grundvattenrör. T012 bedöms som mest relevant för att visa grundvattenytans variationer inom området som utreds. Samtliga genomförda grundvattenmätningar redovisas nedan i Tabell 1. Tabell 1. Manuella grundvattenmätningar vid Västra Falkträsket GV nivå (RH2000) GV djup (m u my) GV nivå (RH2000) GV djup (m u my) GV nivå (RH2000) GV djup (m u my) GV nivå (RH2000) GV djup (m u my) Rörlängd under markyta (m) Rörlängd ovan my (m) Marknivå (RH200) Rör T04 39,35 0,84 0,18 39,17 0,02 39,33 0,1 39,25 0,13 39,22 T07 47,93 0,89 3,47 0,59 47,34 0,22 47,71 0,26 47,67 0,23 47,7 T011 38,22 1,62 2,45 0,31 37,91 0,25 37,97 0,16 38,06 0,19 38,03 T012 43,6 0,94 1,67 0,36 43, ,6 0,15 43,45 0,08 42,8 T023 42,58 0,81 0,1 42, ,58 0,05 42,53 0,03 42,55 T024 46,02 0,95 0,57 45, ,02 0,31 45,71 0,24 45,78 T025 40,51 1,54 1,45 0,17 40,34 0,12 40,39 0,13 40,38 T027 45,17 1,11 0,65 44,52 0,66 44,51 0,5 44,67 0,42 44,75 T031 55,87 1,04 1,02 54,85 1,53 54,34 1,41 54,46 1,53 54,34 T034 51,38 1,17 2,33 49,05 2,83 48,55 1,97 50,41 T035 43,15 0,94 0,64 42, ,15 0,26 42,89 8(20)

9 Manuella mätningar kompletterades med automatiserade grundvattenmätningar som utfördes med hjälp av dataloggers (Diver) som mäter grundvattenytans läge. Dataloggning av grundvattenytans läge genomfördes under perioden i grundvattenrören T025, T011, T07 och T012. Slugtest genomfördes på grundvattenrör T025 för att bedöma moränens hydrauliska konduktivitet. 4 Resultat 4.1 Manuella mätningar Tabell 1 visar att grundvattnet på Västra Falkträsket ligger när markytan, särskild i närheten till Falkträskbäcken. Högre upp på Fällan, i rör T031 och T034, ligger grundvattnet något djupare. I de rör där grundvattnet ligger väldigt nära markytan varierar inte grundvattenytans nivå så mycket under en årscykel. Mätningar av grundvattenytans nivå i november förväntas dock ligga djupare än mätningar i maj månad. I grundvattenrör T012, som bedöms som mest relevant för denna utredning, skiljer grundvattennivån mindre än 10 cm mellan mätningar i november respektive mätningar i mars. 4.2 Automatiserade mätningar Resultaten av automatiserade grundvattenmätningar i grundvattenrör T025, T011, T07 och T012 visas i figur 7. Mätningar genomfördes från mars till maj 2015, en period med höga flöden då snön smälter och de högsta årliga grundvattennivåerna kan förväntas. Mätningar i grundvattenrör T025, T011 och T07 visar att grundvattennivåerna redan hade nått ett maximum när mätningarna påbörjades SMHI:s data över snödjup i Kusmark, Skellefteå visar att snösmältningen var ovanligt tidigt i 2015, och när mätningar började mätningar hade över hälften av snön redan tinat. Data över snödjupet redovisas i figur 8. Figur 7. Kontinuerlig grundvattennivå mätningar i T05, T011, T07 och T012 mellan och (20)

10 Figur 8. Snödjup, vår Röd linje visar period av grundvattenmätning i figur 4 och 5. SMHI station Kusmark, Skellefteå Efter kan man förvänta sig att den mesta snön vid Falkträsket har smält. Toppar och dalar som ses i figur 7 efter detta datum tyder på en annan infiltrationskälla. Figur 9 visar att tillfälliga ökningar i grundvattennivåer stämmer väl överens med perioder av regn. Ändringar i grundvattennivå i figur 9 händer ganska snabbt - inom 24 timmars efter regnen vilket visar på att jorden i området har en låg hydraulisk konduktivitet, dvs. den är relativt genomsläpplig. Figur 9. Jämförelse mellan grundvattnnivåer och nederbord data från SMHI. Ett bra samband finns mellan perioder av regn och tillfälliga ökningar i grundvattennivåer. 4.3 Slugtest Resultaten från slugtestet redovisas i Bilaga 1. Hydrauliska konduktiviteten beräknades utifrån resultatet till 3,7 x 10-6 m/s, vilken överensstämmer med förväntade resultat och moränen är tillräckligt genomsläpplig för att förklara grundvattenytans nivåer i Figur 9. 10(20)

11 5 Grundvattenmodell 5.1 Grundvattenmodellens randvillkor och geometri Grundvattnets flödebeteende är komplext. För att beräkna grundvattnets flödebeteende krävs partiella differentialekvationer som löses med numeriska metoder. För ett tillförlitligt resultat krävs att modellens randvillkor är väldefinierade. Av denna anledning har följande randvillkor satts: Modellerat område har inkluderat hela ytan mellan Falkträsket och Skellefteälven, se figur 10 och figur 11. Absolut grundvattenhöjd på gränsen av Falkträsket är en konstant, nivå +45,5 m (höjd över havet; höh) och på gränsen vid Skellefteälven är absolut grundvattenhöjd +3 m höh. Östra och västra gränsen av modellen korsar tvärs över lokala höjdkurvor och på så sätt tillåts inte grundvattenflöde in till eller utifrån modellen. Botten av modellen är ett sprickfritt, icke permeabelt berg som inte tillåter någon grundvatteninträngning. Övre delen av modellen tillåter grundvattenbildning via en funktion som är härrör från SMHIs historiska data för nederbörd och avdunstning. Denna funktion beräknar grundvattenbildning över året utifrån data från SGU och Uppsala universitet (figur 12). Höjddata har erhållits från Lantmäteriets laserscanning. Figur 10. Numerisk modellens utformning element och 10 lager. Mest förfining av modellen har genomförts vid Falkträskbäcken och det planerade delområdet som ligger närmast Falkträskbäcken. 5.2 Länshållningssystemet Modellens länshållningssystem har utformats utifrån att länshållningen installeras i samma schakt som VA-ledningar. VA-ledningar installeras vanligtvis under eller parallellt till vägnätverket och på ett djup av minst 2,5 m under markytan. Länshållningen modellerades som en täckdikesystem med horisontella dräneringsrör som följer planerade vägar och på så sätt inringar en yta. Vattnet leds bort till Falkträskbäcken, ungefär 150 m nordväst om delområdet, se figur (20)

12 N Figur 11. Modellens randvillkor och länshållningens utlopp. Norra gränsen: Skellefteälven, konstant grundvattenhöjd av +3m; södra gränsen: Falkträsket, konstant grundvattenhöjd av +45,5 m; Östra och Västra gränsar: inget grundvattenflöde in eller ut. Röd pil visar möjligt utloppet för länshållningen som kopplas till Falkträskbäcken. Grundvattenbildning m/dygn. Dagar Figur 12. Funktion av den årliga grundvattenbildningen. Högst grundvattenbildning sker på våren när snön smälter och på hösten när avdunstning är som lägst. 5.3 Kalibrering av modellen. Kalibrering genomfördes för att få modellens grundvattennivåer att spegla uppmätta grundvattennivåer i grundvattenrör T012, vilket bedöms påverkas mest vid bildandet av det nya delområdet. Hydraulisk konduktivitet, randvillkoren och grundvattenbildning justerades i modellen för att överensstämma med uppmätta värden så bra som möjligt, se figur 13. Modellerade grundvattennivåer för punkt T012 i modellen är ca tio cm högre än uppmätt fältdata under samma tidsperiod, vilket bedöms som bra. För att få detta resultat har den hydrauliska konduktiviteten satts till 5,0 x 10-6 m/s, något högre än resultaten från slugtestet men ändå inom ramen av vad som bedöms som en rimlig hydraulisk konduktivitet. Slutliga randvillkor och grundvattenbildningsfunktion gäller enligt det som beskrivs under punkt 5.1 Grundvattenmodellens randvillkor och geometri. 12(20)

13 Figur 13. Modellerade vs. fält data för grundvattennivåer vid gv-rör T012. Modellerade resultat är inom 10 cm av verkligheten. 6 Genomförd modellering Modellering genomfördes för två stycken scenarion, grundvattnets flöde under naturliga förhållanden samt under länshållning. Grundvattnets flöde utifrån naturliga förhållanden bedöms spegla situationen som det är idag. Då modellen överensstämde med uppmätta värden modellerades ett länshållningssystem enligt beskrivningen under punkt 5.2 Grundvattenmodellens randvillkor och geometri. Följande skillnader mellan grundvattnets flöde under naturliga förhållanden kontra länshållning noterades. 1) Grundvattennivån sjönk med 0,5 m eller mer vid länshållning. 2) Länshållningen kan påverka grundvattnets strömningsriktningar lokalt. 3) Länshållningen kommer inte att påverka Falkträsket. 4) Länshållningen kommer att öka flödesvolymen i Falkträskbäcken med ungefär 5% en gång systemet har varit i drift längre än ett år. 7 Resultat modellering 7.1 Avstånd från länshållningssystemet för grundvattensänkning Figur 14 visar på fem punkter där grundvattennivån mättes under modellering. Figur 15 visar modellerade grundvattennivåer i dessa punkter utan länshållning. Variationer i grundvattenytans nivå är naturliga variationer orsakade av grundvattenbildning. Figur 16 visar att samma grundvattennivåer sjunker vid modellering av länshållning. Enligt modellen sjunker grundvattnet med 0,6 m 100 m öster om täckdiket, vid punkt 5, efter ett år. Enligt samma modell så har grundvattennivåerna stabiliserat sig efter 2 års länshållning, se figur 17. Vid den södra sidan av delområdet, mot Falkträsket, ger länshållningen en något mindre grundvattensänkning på grund av sjöns stabiliserande effekt på grundvattnet. En grundvattensänkning med 0,5 m nås 50 m söder om täktdiket. 13(20)

14 Figur 14. Mätpunkter för grundvattennivå under modellering. Länhålningen modellerades på en djup av 2,5 m på den röd rektangel. Figur 15. Grundvattennivåer över en ettårsperiod vid fem mätpunkter i Figur 14, under naturliga förhållanden (ingen länshållning). Variationer orsakades av grundvattenbildning (snösmältning och nederbörd enligt figur 12) Figur 16. Grundvattennivåer under första året av länshållningen. Grundvattnet sjunker mellan 0,6m och 1,6 m. 14(20)

15 Figur 17. Grundvattennivåer under andra året av länshållningen. Grundvattnets nivå har stabiliserat sig. 7.2 Ändringar i grundvattnets strömningsriktningar Grundvattnets strömningsriktning påverkas av länshållningen. Figur 18 visar den naturliga grundvattenströmningen och figur 19 visar grundvattenströmningen under länshållning. Länshållningen medför att en del av grundvattnet leds bort via täckdiket. Observera att vatten strömmar ut från Falkträskbäcken och bildar grundvatten. Figur 18. Grundvattenströmning (röda streck) innan länshållningen. Vattnet strömmar ut från Falkträskbäcken. Figur 19. Grundvattenströmning (röda streck) under länshållningen. Täktdikesystemet fångar och leder bort en del av grundvattnet. 15(20)

16 7.3 Påverkan på Falkträsket av länshållningen Topografin i området medför att det finns mycket begränsade stråk i närheten till Falkträskbäcken där grundvatten strömmar ut från Falkträsket. Fällan och Rösbergets orientering till Falkträsket gör att grundvatten strömmar in till sjön istället för tvärtom. Modellen bekräftar detta fenomen. Figur 20 visar grundvattnets strömning från elva punkter i närheten till Falkträskets nordliga strand under naturliga förhållanden, det vill säga utan länshållning. Det är bara i närheten till bäcken som ytvattnet från Falkträsket bildar grundvatten som strömmar norr mot Skellefteälven. Figur 20. Grundvattenströmningsriktning (röda streck) från 11 st punkter vid Falkträskets nordliga strand. Eventuell länshållning på det nya delområdet påverkar bara grundvattnet som korsar över det gula sträcket i figur 21. Det gula strecket är ett tvådimensionellt plan som går rakt ner från ytan till det icke permeabla berget, genom 20 m av jord. Allt vatten som strömmar genom planet har modellerats under både naturliga förhållanden och under länshållning. Modellen visar på att länshållning skulle öka utflödet av vatten från Falkträsket med ca 1200 m 3 vatten per år, vilket ger en skillnad i ytvattenstånd av ca 1,2 mm över Falkträsket. Det bedöms som sannolikt att skillnaden i vattenståndet kommer att kompenseras med ett marginellt ökande grundvattenflöde från alla andra stranddelar av Falkträsket, huvudsakligen Falkliden och Rosberget. Det bedöms därför som osannolikt att en skillnad i vattenståndet kommer att observeras. Figur 21. Gult streck visar var gränsen för vattnets utflöde från Falkträsket modelleras. 16(20)

17 7.4 Påverkan på Falkträskbäcken av länshållningen Påverkan av länshållningen på Falkträskbäcken modelleras genom att beräkna hur mycket grundvatten som strömmar genom det tvådimensionella planet, som ligger mellan Falkträskbäcken och det nya delområdet. Modellen visar att länshållningen skulle ha en måttlig effekt på volymen vatten som skulle försvinna från Falkträskbacken. Ändringen är ungefär 50 m 3 per år. Det finns ingen kontinuerlig mätning av årligt flöde i Falkträskbäcken men en rimlig och konservativ bedömning är 100 l/minut över året, vilket ger ett totalt m 3 flöde. Det vatten som försvinner från bäcken är ungefär 0,1% av det årliga flödet. Inflödet av vatten från täktdikesystemet vid den röda pilen i figur 11 kommer att ha en större effekt på Falkträskbäcken. Första året med länshållning kommer att bidra med ungefär 4000 m 3 extra vatten till bäcken, är en ökning med 10%. Efter första året, när jorden är avvattnad beräknas denna volym minska till ungefär 2000 m 3 /år. Figur 22. Gula strecket visar gränsen för var vattnets utflöde från Falkträskbäcken modellerades. 7.5 Utsträckning av länshållnings effekt Figur 23 visar grundvattnets approximativ djup under ytan i dagsläget, utan länshållning. Figuren visar interpolerad värden från modellen under våren när grundvattnet är ytligast. Figur 24 visar effekten av länshållning under detsamma förhållanden. Länshållning i den västra delområde har en marginell effekt eftersom grundvattnet ligger djupare. Länshållning i den centrala och östlig delområden har en större effekt. Figur 24 visar den förväntade utbredningen av länshållningen en gång systemet har varit i drift ett år och har nådde stabilitet. 17(20)

18 Figur 23. Interpolerad djup av grundvatten under ytan i meters innan länshållning. Röda diamanter visar planerad vägnätet Figur 24. Interpolerad djup under ytan i meters av grundvatten med länshållning. Röda diamanter visar placeringen av horisontella dräneringsrör under vägnätet 7.6 Järnhalt i grundvattnet Att grundvattnet ligger inom en halv meter av jordytan i morän innebär att det är i kontakt med atmosfären. Det finns ingen tydlig lukt av svavel i grundvattnet som har provtagits i området vilken också tyder på att grundvattnet har icke-reducerande. Det innebär att när grundvattnet länshålls och leds bort det är osannolikt att redox potentialen kommer att förändras. Det 18(20)

19 innebär i sin tur att järnutfällning från bortled grundvatten är osannolikt. För att bekräfta detta skulle behöver provtagning av grundvatten från alla rör i området och mätning av redox potentialen och järn halter, vilket rekommenderas. 7.7 Sättningar Eftersom området består huvudsakligen av morän, sättningar borde inte vara ett problem. 7.8 Påverkan på brunnar Det finns inga brunnar i området som skulle påverkas av länshållningen. 8 Slutsats och rekommendationer Om länshållningen av delområdet genomförs som ett täckt dikesystem på ett djup av 2,5 m under markytan i nivå med VA-ledningar, borde detta vara ett effektivt sätt att sjunka grundvattnet. Önskad grundvattensänkning bedöms vara uppfylld inom ett år. Länshållning bedöms ha en måttlig effekt på Falkträsksbäcken och kommer sannolikt inte medföra någon märkbar effekt alls på Falkträsket. Den största volymen vatten kommer att förflyttas under första året efter täckdikesystemet installerats. Önskvärt är anläggandet av detta genomförs sent på sommaren eller på hösten så området hinner avvattnas innan den förväntade flödestoppen av grundvatten på våren. 19(20)

20 20(20)