Utströmningsmönster för grundvatten och radioisotoper i ytvatten Anders Wörman Professor i vattendragsteknik KTH Morteza Mojarrad Doktorand KTH Med bidrag från: Lars Marklund,Thyréns Shulan Xu, SSM Björn Dverstorp, SSM Aaron Packman, Northwestern University, USA And a few more
Innehåll Samverkan mellan yt- och grundvatten och betydelse för utströmningsmönster av läckage från ett djupförvar Retention i det ytnära hydrologiska systemet och betydelse för doser till biota och människa Ett nytt forskningsprojekt från 1:a juli 2015 - Studie av naturliga isotoper i det ytnära hydrologiska systemet
Analys av grundvattenströmning för utvärdering av radiologiska doser Dosmodell Hydrogeologi - Permeabilitet Storregional modell för groundvattenströmning - Kopplad till ytvattenmodell Fördelning i landskapet? Hur länge blir aktiviteten kvar? Ekologisk modell Transportväg från slutförvar Flöde och transportvägar i grundvatten
Hur styr ytvattnet grundvattencirkulationen? Olika typer av randvillkor modell och verklighet Randvillkor från nederbörd
Grundvattenströmning som styrs av topografi och infiltration (Marklund, 2009, PhD thesis, KTH; SSM funded research) Topography driven Recharge driven Water Table Ratio (WTR) Haitjema and Mitchell Bruker [2005] Topografistyrd grundvattenströmning vid följande villkor Fuktigt klimat enligt det uppdaterade Ko ppen-geiger klimatklassificeringssystem (Kottek et al. 2006) Marktyp: - Tunna avlagringar - Låg permeabilitet
Fraktal topografi styr storskalig grundvattenomsättning [1/2] (Marklund, 2009, PhD thesis, KTH; SSM funded research)
Fraktal topografi styr storskalig grundvattenomsättning [2/2] Fraktal topografi både i landskap och vattendrag Ytvattenflöden styrs främst av mindre landskapsformationer, men inte enbart Grundvattenomsättning Wörman et al., Geophys.Res.Lett., 2007 Boano et al., Rev. of Geophys. 2014
Depth (m) Tunna kvartära avlagringar begränsar inverkan av stora landskapsformationer Genomsnittlig profil för grundvattenflux i Sverige (20 st. områden, 6,25 625 km 2 ) Vertical flux (mm/year) 1,E-01 1,E+00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Kvartära avlagringar 1,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 2% of surface value 0% of surface value Berggrund Depth decaying K and included QD Depth decaying K and no QD Constant K and no QD (homogenity) Homogeneous Var HC Var HC + QD
Simulerat utströmningsmönster Spårpartiklar släpps (numeriskt) i uniform grid på 500 m djup Olika tänkbara utsläppspunkter Slutförvar på 500 m djup
Utsrömningsområden - Hot-Spots i vattendrag och våtmarker Leakage from a Single canister Hot-spots sammanfaller med - Dalgångar och vattendrag - tunna kvartära avlagringar - Sprickzoner
Residence time [years] Retention av radionuklider (RN) i kvartära avlagringar och vattendrag Stonedahl et al., WRR, 2010 Exempel för Forsmark Långa uppehållstider för RN i marklager RN exponeras för biota i mark och i vattendrag Transport through Quaternary deposits No RN Discharge RN Discharge
Retention av metaller och radionuklider i vattendrag Flödeshastighet, U Spårämnesförsök med Cr(III)-51 Sorption och filtrering av lösta ämnen U Effective velocity = ( 1+ F ( 1+ K d )) Jonsson et al., J. Hydrol., 2003 Retention av Cr(III)-51 efter 200 timmar Sorptionsparameter ~ 0-20,000 Hyporheiska zonens flödesparameter ~ 1-2 1 dag för en flytande barkbåt kan motsvara 50 år för en tungmetall
Nystartat projekt: Utströmningsmönster i vattendrag med hjälp av naurliga isotoper Modell över vattenflöden Temperaturmätningar Spårämnen från berggrund och mark: Th- 232 och U-238 serierna
Krycklans avrinningsområde Omfattande infrastruktur för mätningar Laudon, et al., Water Resour. Res., 2013 Hyrologi Nederbörd och klimat Snödjup Grundvattenstånd Flöden Vattenkvalité Vattendragsekologi Geologi och mark Topografi Spårämnesmätningar, Th-232 och U-238 Discharge weir Concentration of thorium in surface soils (SGU, consent Dnr: 30-495/2008) Myrmark kvarhåller Torium och Uran kraftigt 14 Lidman et al.., 2013
Inledande grundvattenmodellering COMSOL Multi-Physics Modeling GIS Shape File with Lidar data 2x2 m 15
Slutsatser Utflödet av radionuklider i landskapet styrs av fraktal topografi Landskapsformationer har minskad betydelse för ytlig grundvattenströmning med ökande storlek Utströmning från förvarsdjup sker huvudsakligen i vattendrag, våtmarker och sjöar Radionuklider kvarhålls i kvartära avlagringar och vattendrag