Analys av grundvattennivåer vid undermarksbyggande i urban miljö

Analys av grundvattennivåer vid undermarksbyggande i urban miljö Annika Lundmark Handledare: Universitetslektor Bo Olofsson, Institutionen för Mark- och Vattenteknik, KTH Stockholm Examensarbete Examensarbetsserie :32 Institutionen för Mark- och Vattenteknik Kungl Tekniska Högskolan

Förord Detta examensarbete omfattar analys av grundvattennivåer i urban miljö, hur de varierar naturligt och påverkan av mänsklig aktivitet. Huvudfrågan är hur långt före byggstart mätningarna av grundvattennivåerna måste påbörjas för att kunna särskilja de naturliga fluktuationerna från förändringar orsakade av mänsklig aktivitet. Examensarbetet initierades av Bo Olofsson, institutionen för Mark- och Vattenteknik, Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), där arbetet utförts under sommaren och hösten. Bo Olofsson har också varit min handledare och även utvecklat en rad datorprogram för behandling av grundvattennivådata som förenklade arbetet väsentligt. Jag vill därför rikta ett speciellt stort tack till Bosse för hans stöd och aldrig sinande engagemang. Jag vill också tacka min opponent, Christer Jansson vid institutionen för Mark- och Vattenteknik, KTH, för den mycket noggranna genomgången av rapporten och alla värdefulla synpunkter och kommentarer. Ett stort tack också till Hana Liszka, Vägverket Region Stockholm, för all hjälp med grundvattennivådata och övrigt material rörande Norra Länken. Tack också till Bo Thunholm, Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) i Uppsala, som bidragit med uppgifter och grundvattennivådata från grundvattennätet. Stockholm, december Annika Lundmark i

Sammanfattning Undermarksbyggande i urban miljö leder ofta till påverkan på grundvattennivåerna i omgivningen. Sjunkande nivåer är vanligt, vilket kan leda till sättningsskador på byggnader och mark och ibland också påverkan på vegetation. För att undvika sådana skador är det viktigt att kontrollera grundvattennivåerna runt ett bygge för att i tid upptäcka eventuella förändringar. Mätning av grundvattennivåer är därför en vanlig del i det kontrollprogram som upprättas för större byggprojekt i urbana miljöer. Det kan dock i många fall vara svårt att skilja mellan naturliga fluktuationer av grundvattennivån och förändringar orsakade av mänsklig aktivitet. Grundvattennivåerna i urban miljö är ofta påverkade av olika faktorer, såsom läckande ledningar, dränerande tunnlar och hårdgjorda ytor, vilket försvårar fastställandet av de naturliga variationerna. För att kunna avgöra om en förändring av grundvattennivån härrör från en mänsklig aktivitet eller är en naturlig företeelse, räcker det inte med enstaka mätningar av grundvattennivån. Det krävs i stället en längre mätserie som visar grundvattennivåns naturliga variation med tiden. Frågan är då hur lång denna mätserie behöver vara. För att försöka ge ett svar på frågan har grundvattennivåer längs Norra Länkens planerade sträckning mellan Roslagstull och Frescati i Stockholm studerats. Grundvattenrören är i huvudsak placerade i små slutna moränakviferer. Statistiska analyser av grundvattennivåerna har gjorts, främst med metoderna double mass och stegvis regression. Analyserna visar att observationsrör som sitter i klart urbana miljöer uppvisar ett komplext variationsmönster hos grundvattennivån. Stora skillnader finns mellan rör inom ett och samma område. Det krävs därför flera års mätningar för att kunna klargöra grundvattennivåns fluktuation. Mätningar i klart urbana rör bör således starta så långt i förväg som möjligt. Rör som sitter i mer naturliga områden uppvisar relativt tydliga årstidsvariationer av grundvattennivån. Dessa rör kräver vanligtvis en 15-18 månader lång mätserie för att fastställa grundvattennivåns naturliga variation. Analyserna visar också att grundvattennivåerna i flera fall påverkats tidigare av byggen och andra aktiviteter i området, med avsänkta nivåer som följd. De statistiska metoderna som använts kräver en referensmätserie till varje rör som ska analyseras. Referensröret ska visa god samvariation med teströret och bör helst sitta i ett område som är opåverkat av lokala mänskliga aktiviteter. SGU:s grundvattenmätningar inom det s.k. grundvattennätet utgör därför bra referensmätserier. Det är viktigt med rätt val av referensrör för att med tillräcklig säkerhet kunna beräkna och visa en avsänknings storlek och tidpunkt. Vad gäller de urbana rören har det dock visat sig svårt att hitta bra referensrör. Nyckelord: Grundvattennivå, fluktuation, avsänkning, urban miljö, undermarksbygge, Norra Länken, kontrollprogram, mätning, statistisk analys. iii

Summary Underground construction in urban areas often lead to impact on the groundwater levels in the surroundings. Drawdown of the groundwater level is common, which in turn can cause ground subsidence, decay of foundations and sometimes impact on vegetation. To avoid detrimental effects on the environment, it is necessary to monitor the groundwater levels during the construction of underground tunnels and rock caverns, in order to detect changes in time. Measuring of groundwater levels is therefore a common part of the monitoring programs at major soil and rock construction projects in urban areas. Separation between natural fluctuations and man-made effects can though be difficult. A wide range of urban factors such as leaking water tubes, draining tunnels and impermeable top layers, often affects the groundwater levels in urban areas and makes the estimation of the natural fluctuations more difficult. In order to distinguish between the natural and the manmade effects, there is a need for a time series of groundwater level measurements. The question is then how long this time series must be. The aim of this project is to find out how long before the start of a construction, measuring of groundwater levels has to begin. The groundwater levels in relation to the major ring road construction project, Norra Länken, in Stockholm have therefore been studied. The groundwater tubes are mainly located in small confined reservoirs composed of till. Statistical analyses of the groundwater levels have been carried out, mainly with the stepwise regression method and a modified double mass method. The analyses show that observation tubes in urban areas usually have a strongly complex fluctuation pattern of the groundwater levels. Observation tubes within the same area can show very different fluctuation patterns. Several years of preconstruction measurements are therefore required in order to define the pattern of the fluctuation. Observation tubes in more natural terrains show rather distinct seasonal fluctuations of the groundwater levels. These tubes usually require a measuring period of 15-18 months. The analyses also show that groundwater levels in the area have been influenced of earlier constructions and human activities, with a resulting drawdown of the levels. The statistical methods used need a reference series to every tube that is to be analysed. A suitable reference station should show good correlation with the measurement site and be located in an undisturbed area. It is important to select a good reference series, in order to rightly calculate and display the magnitude and time of the drawdown. Selection of suitable reference tubes for the urban measurement sites has shown to be difficult. Key words: Groundwater level, fluctuation, drawdown, urban areas, underground construction, monitoring program, measurement, statistical analyse. v

Innehållsförteckning Förord... i Sammanfattning... iii Summary... v Innehållsförteckning... vii 1 Inledning... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte... 1 1.3 Omfattning och begränsningar... 1 2 Litteraturstudie... 3 2.1 Grundvattnets förekomst och bildning... 3 2.1.1 Grundvattenbildning... 3 2.2 Grundvattennivåns naturliga variation... 4 2.2.1 Korttidsvariationer... 4 2.2.2 Årstidsvariationer... 5 2.2.3 Långtidsvariationer... 6 2.2.4 Inverkan av geologi och terrängläge... 6 2.3 Mänsklig påverkan på grundvattennivån... 10 2.3.1 Urbaniseringens inverkan på de naturliga variationerna... 10 2.3.2 Grundvattennivåsänkning vid undermarksbygge... 11 2.4 Effekter av grundvattennivåsänkning... 13 2.5 Mätning av grundvattennivåer... 13 2.5.1 Hur tillförlitliga är grundvattennivådata?... 14 2.6 Statistiska analyser av grundvattennivåns variationer... 14 2.6.1 Tidsserieanalyser... 15 2.6.2 Double mass - metoden... 16 2.6.3 Linjär regression... 17 3 Områdesbeskrivning... 19 3.1 Norra Länken, Roslagstull-Frescati... 19 3.1.1 Geologi och hydrogeologi... 20 3.1.2 Inläckage till tunnlar och annan påverkan... 23 4 Mätdata... 25 4.1 Norra Länken... 25 4.2 Referensmätserie... 25 4.3 Val av observationsrör för fortsatt analys... 27 5 Analys av grundvattennivåer... 29 5.1 Grundvattennivåns variation i opåverkad miljö... 29 5.1.1 Naturliga nivåvariationer i Stockholmstrakten under 1990-talet... 30 5.2 Grundvattennivåns variation i urban miljö... 31 5.2.1 Avvikelser från naturliga grundvattennivåvariationer... 34 5.3 Hur långa tidsserier behövs?... 36 5.3.1 Analys av tidsseriers längd genom att återskapa grundvattennivå... 36 5.3.2 Analys av tidsseriers längd med double mass... 38 5.3.3 Val av referensrör... 40 6 Diskussion... 43 7 Slutsats... 45 Referenser... 47 Appendix vii

Kapitel 1 1 Inledning 1.1 Bakgrund Vid undermarksbyggande och andra schaktningar under grundvattenytan är det viktigt att ha kännedom om grundvattenförhållandena. Byggandet medför normalt att grundvattennivåerna i området påverkas och sjunkande nivåer är vanligt. Dessa förändringar av grundvattennivån kan orsaka problem av olika slag. När grundvattennivån sänks kan sättningsskador på både mark och byggnader uppkomma. Problem kan även uppstå med påverkan på vegetation och uttorkning av brunnar. Även förhöjda grundvattennivåer kan leda till problem, såsom försumpning och skred. Det är därför viktigt att vid byggande kontrollera grundvattennivån för att i tid upptäcka förändringar, så att skador till följd av förändringar av grundvattennivåer kan undvikas. Mätning av grundvattennivåer är därför en vanlig del i det kontrollprogram som upprättas för större byggprojekt. Svårigheter kan dock uppkomma när det gäller att bedöma avvikelser från grundvattennivåns naturliga fluktuation. För att kunna säga om en förändring i grundvattennivån härrör från en mänsklig aktivitet eller inte, är det viktigt att den naturliga variationen av grundvattennivån redan är känd innan aktiviteten sätts igång. Eftersom grundvattennivån varierar naturligt både på kort och på lång sikt räcker det inte med enstaka mätningar för att avgöra om en mänsklig påverkan på grundvattennivån har skett. För att bestämma den naturliga variationen krävs istället en tidsserie över grundvattennivåns fluktuation för den aktuella platsen. Tidsserien ska omfatta mätningar både före och efter ingreppet. Frågan är då hur lång denna tidsserie behöver vara för att med tillräcklig säkerhet kunna fastställa de naturliga variationerna, och således kunna bedöma om en avsänkning av grundvattennivån är orsakad av ett mänskligt ingrepp eller inte. Bestämningen av grundvattennivåns variationer blir bättre ju längre tidsserierna är, men vid vissa projekt är det inte möjligt att starta upp mätningarna så långt i förväg. Det är därför intressant att studera hur långt i förväg mätningarna bör påbörjas, och med vilken säkerhet som grundvattennivåns naturliga variation då kan bestämmas. Eftersom den lokala geologin inverkar på variationerna måste analysen av tidsseriens längd även knytas till hur grundvattennivån i olika geologiska miljöer varierar och kanske samvarierar. 1.2 Syfte Examensarbetet är ett försök att bidra till utformandet av effektiva kontrollprogram för grundvattennivåer vid byggande. Grundvattennivåns naturliga variation och eventuell påverkan av mänsklig aktivitet studeras i syfte att fastställa hur långa tidsserier som behövs för att klargöra de naturliga variationerna i olika miljöer. När de naturliga variationerna är kända kan en avsänkning av grundvattennivån, som följd av mänsklig aktivitet, tydligt urskiljas. 1.3 Omfattning och begränsningar Trafikleden Norra Länken i Stockholm omfattar tunnelbyggen som till största del kommer att utföras under grundvattennivån. Inläckage i tunnlarna kan orsaka en grundvattensänkning med risk för sättningsskador på mark och byggnader som följd. Grundvattennivåerna längs Norra Länken anses därför relevanta att studera närmare. I kontrollprogrammet för Norra Länkens drift- och byggskede ingår mätning av grundvattennivån före, under och efter byggandet. 1

Inledning Studier av hela Norra Länkens sträckning ryms inte inom ramen för detta arbete. Endast en viss del har därför studerats, nämligen området kring Roslagstull och Länkens fortsättning mot Frescati. Data från grundvattennivåmätningar i detta område har tillhandahållits av Vägverket, Region Stockholm. Arbetet med mätdata från grundvattennivåmätningarna kan delas in i fyra olika delar: Val av observationsrör för fortsatt analys. Analys av grundvattennivåns naturliga fluktuation i olika miljöer. Beräkning och analys av avvikelser från de naturliga variationerna. Analys av hur långa tidsserier som krävs för att fastställa grundvattennivåns naturliga variation i olika miljöer. En litteraturstudie över grundvattennivåvariationer och vilka faktorer som påverkar fluktuationerna har också gjorts. Detta inkluderar även mänsklig påverkan på grundvattennivåerna och vilka effekter en sådan påverkan får på omgivningen. Speciellt stor vikt läggs vid de geologiska faktorerna, både vad gäller de naturliga grundvattennivåvariationerna och grundvattennivåer påverkade av mänsklig aktivitet. Till sist följer en genomgång av vilka statistiska metoder som finns för att analysera grundvattennivådata. Berarbetningen av mätdata har gjorts i datorprogrammen GCPTrans, GCP (Groundwater Control Program) och ANALAMP, som alla utvecklats av Bo Olofsson, KTH. Vissa statistiska analyser är utförda i statistikprogrammet STATISTICA. 2

Kapitel 2 2 Litteraturstudie 2.1 Grundvattnets förekomst och bildning Den andel av nederbörden som når markytan kan antingen infiltrera, avdunsta eller avrinna som ytvatten. Vattnet som infiltrerar i marken stannar antingen kvar i den omättade zonen som markvatten, eller bildar grundvatten genom att perkolera ner genom den omättade zonen till den mättade grundvattenzonen. Övergången mellan markvattenzonen och grundvattenzonen utgör grundvattenytan. Här är vattnets tryck lika med atmosfärstrycket. Grundvattnet bildas i inströmningsområden och strömmar ut i utströmningsområden. I allmänhet utgör höjdområden inströmningsområden och sjöar, åar, bäckar och kärr utströmningsområden. Grundvattnet strömmar således vanligtvis från högre terrängläge mot lägre och följer på så sätt topografin. Gränsen mellan in- och utströmningsområde är inte fast utan varierar med grundvattennivån under året. Figur 2.1 visar schematiskt grundvattnets bildning och strömning. Nederbörd Grundvattenbildning Infiltration Perkolation Omättad zon Ytavrinning Transpiration Grundvattenyta Avdunstning Mättad zon ~~ ~~ Bäck ~~ Figur 2.1 Schematisk bild över grundvattnets bildning och strömning. 2.1.1 Grundvattenbildning Av den nederbörd som faller över Sverige avdunstar ungefär hälften och nästan hela återstoden infiltrerar i marken (Aastrup, ). Bara en liten del rinner av från markytan som ytvatten till sjöar och vattendrag. Grundvattenbildningen är således direkt kopplad till nederbörd och avdunstning, som i sin tur är betingade av luftfuktighet och temperatur, vindar, årstidsväxlingar, vegetation, geografiskt läge och topografi. Förutom dessa faktorer styrs grundvattenbildningen även av geologin i området. Hur stor del av nederbörden som infiltrerar i marken beror framför allt på jordlagrens och berggrundens vattengenomsläpplighet. 3

Litteraturstudie I urban miljö försvåras infiltrationen p.g.a. stor andel hårdgjorda ytor. Regn eller snö som faller på hårdgjorda ytor, såsom gator, vägar och hustak, tas om hand av dagvattensystemet och leds bort från området. Grundvattenbildningen i dessa områden är därför begränsad. Vattenbalans Det vatten som finns tillgängligt för att bilda grundvatten kan beräknas med hjälp av vattenbalansekvationen: P = E + Q + S (2.1) där P = nederbörd, E = evapotranspiration, Q = avrinning (grundvatten och ytvatten), S = förändring av yt-, grund- och markvattenmagasin. I Stockholmsområdet är den årliga nederbörden ca 650 mm, avrinningen av yt- och grundvatten i storleksordningen 200 mm per år och evapotranspirationen blir då ca 450 mm per år (Engqvist & Fogdestam, 1984). För de mer urbana delarna blir siffrorna annorlunda p.g.a. fördelningen mellan hårdgjorda ytor och grönområden. Beräkning av grundvattenbildningens storlek bör därför göras för varje område för sig. Grundvattenbildningens storlek behövs bland annat för att kunna bedöma möjliga grundvattenuttag vid anläggningsarbeten under grundvattenytan eller vid lokalisering och utformning av avfallsupplag. 2.2 Grundvattennivåns naturliga variation Variationen i grundvattennivån är ett resultat av förändringar i förhållandet mellan in- och utflöde från en akvifer. Grundvattennivån fluktuerar därför naturligt på både kort och lång sikt. Ändrade nederbördsförhållanden och klimatförändringar leder t.ex. till sådana förändringar i grundvattennivån. Grundvattennivån varierar också med årstiden. Avsnitt 2.2.1-2.2.3 tar upp de olika tidsvariationerna av grundvattennivån. Grundvattennivåns variation beror även på geologin och läget i terrängen, vilket redogörs för i avsnitt 2.2.4. 2.2.1 Korttidsvariationer Grundvattennivåns korttidsvariation hänger till stor del samman med nederbördsförhållandena. Kortvariga, intensiva regn åtföljda av torrperioder ger upphov till grundvattennivåns fluktuation under kortare tidsperspektiv. Grundvattnets respons på nederbörden kan variera beroende på jordens fuktighet, jordmaterialets dränerbara och kinematiska porositet, samt grundvattenytans läge. I en tät morän med ytlig grundvattennivå kan den fasförskjutning som uppstår mätas i timmar och dagar, medan det i mäktiga komplexa lagerföljder med djup grundvattennivå kan ta månader och år mellan nederbörd och grundvattennivåförändring (Knutsson & Morfeldt, ). Grundvattennivån stiger (vid torra situationer) till följd av nederbörd mer i vattensjuka områden än i torra områden, där regnvattnet främst inlagras som markvatten (Lundin, 1982). 4

Kapitel 2 Andra orsaker till korttidsfluktuationer kan vara variationer i tyngdkraftens storlek, som i borrhål i kristallin berggrund kan ge upphov till att grundvattennivån fluktuerar regelbundet med en dygnsamplitud på upp till en decimeter (Knutsson & Morfeldt, ). 2.2.2 Årstidsvariationer Grundvattennivån varierar naturligt med årstiden. Figur 2.2 visar hur grundvattennivån varierar under året i olika delar av Sverige. I vårt land sker vanligtvis grundvattenbildning under våren i samband med tjällossning och snösmältning och i vissa delar av landet även under senhösten då nederbörden är stor och evapotranspirationen låg. Under dessa perioder höjs grundvattennivån. Under sommaren sänks däremot grundvattennivån då avdunstningen och växternas vattenupptagning är så stor att det inte sker någon tillförsel till grundvattenmagasinen. Figur 2.2 Grundvattennivåns årstidsvariation i Sverige, indelat i fyra huvudmönster. Diagramrutornas höjd motsvarar skillnaden mellan högsta och lägsta månadsmedelvärde. Diagrammens längd är kalenderåret (från Nordberg, 1978). Hur stor grundvattennivåns variation är under året beror förutom på geografiskt läge och aktuell klimatsituation, även på markens infiltrationskapacitet, den omättade zonens mäktighet och storleken på grundvattenmagasinet. Stora magasin, såsom isälvsavlagringar, uppvisar små årstidsvariationer på endast någon decimeter. Dessa magasin ligger dessutom vanligen på relativt stort djup. De små magasinen, t.ex. morän och kristallin berggrund, visar desto större variationer. I dessa magasin är skillnaden mellan högsta och lägsta nivå under året normalt 1-3 m (Figur 2.3). 5

Litteraturstudie Figur 2.3 Typiska grundvattennivåvariationer i olika geologiska bildningar. Mätningarna är från SGU:s mätstation i Tärnsjö, Uppland (från Nordberg, 1978). 2.2.3 Långtidsvariationer På lång sikt kan grundvattennivån uppvisa en generell trend mot sänkning eller höjning. Denna trend överlagrar årstidsvariationerna och kan bero på flera olika orsaker. Stora magasin kan sakta påverkas av långsamma svängningar i klimatet. Små magasin påverkas ofta av lokala ändringar, exempelvis skogsbruk eller dikning. 2.2.4 Inverkan av geologi och terrängläge Naturliga variationer i grundvattennivån, såväl årstidsvariationer som kort- och långtidsvariationer, får olika utslag i olika geologiska miljöer. De viktigaste faktorerna är knutna till egenskaper hos topografi, markyta, omättad zon och akvifermaterial (Nordberg, 1978). Topografin och markytans egenskaper styr infiltrationen och den omättade zonen perkolationsförloppet. Akvifermaterialets sammansättning och utsträckning avgör responsen i själva grundvattenmagasinet. Olika geologiska bildningar Figur 2.3 visar hur grundvattennivåns fluktuationsmönster kan skilja sig åt i olika geologiska bildningar, som morän, kristallin berggrund och isälvsavlagringar. Naturvårdsverket () har i samarbete med SGU (Aastrup, ) utarbetat olika bedömningsgrunder för grundvattenpåverkan som följd av mänsklig aktivitet i olika geologiska miljöer. En indelning har gjorts i fem olika typiska grundvattenmiljöer (Figur 2.4). Den vanligaste geologiska miljön i Sverige består av morän på kristallin berggrund (typ 1 och 3 i Figur 2.4). Ytliga lager av torv, lera och svallsediment kan förekomma. Den kristallina berggrunden domineras av gnejser och graniter. Grundvattnet finns i sprickor i bergmassan och grundvattennivån ligger vanligtvis inte mer än några meter under markytan, antingen i jordlagren eller i berget. Moränens sammansättning och mäktighet varierar. Grundvattennivån i moränen ligger vanligen nära markytan på grund av jordartens ofta låga hydrauliska 6

Kapitel 2 konduktivitet. Morän är en osorterad jordart med mycket varierande hydraulisk konduktivitet, som ofta blir lägre djupare ner (Figur 2.5). Svallsedimenten kan också ha en varierande sammansättning och består av både grus, sand och silt. Mäktigheten varierar, men är vanligen 1-2 m. Svallsedimenten förekommer under högsta kustlinjen i anslutning till isälvsavlagringar och moränområden. Figur 2.4 Typiska lokala grundvattenmiljöer i Sverige (efter Naturvårdsverket,, ritad av Karin Holmgren, CTH, Göteborg). I dalgångar och lågområden under högsta kustlinjen överlagras ofta moränen av lera med varierande mäktighet (typ 5 i Figur 2.4). Även isälvsavlagringar kan förekomma under leran. Moränen och isälvsavlagringarna bildar då slutna akviferer. Isälvsavlagringar består av sand och grus och förekommer som åsar, deltan, terrasser m.m. Dessa grovkorniga jordarter är mycket vattengenomsläppliga och grundvattenytan kan därför ligga långt under markytan. Isälvsavlagringarna utgör normalt våra största grundvattenmagasin. I områden med isälvsavlagringar förekommer ofta flera olika grundvattenytor skilda åt av tätande lerskikt (typ 4 och 5 i Figur 2.4). 7

Litteraturstudie Figur 2.5 Generell variation i hydraulisk konduktivitet (K) med jorddjup i morän (från Lundin, 1990). Grundvattnets uppträdande i jordlager Grundvattennivåns fluktuation i jord styrs av ett komplext samspel mellan olika faktorer. De geologiska och hydrogeologiska förhållandena har stor betydelse. Även nederbördens tids- och rumsfördelning är av betydelse. Andra faktorer som inverkar är vilken typ av grundvattensystem som det är fråga om (öppen eller sluten), den omättade zonens mäktighet och områdets topografi. De hydrauliska förhållandena skiljer sig mellan olika jordarter. Grundvattenströmningen i jordlager sker i porutrymmet mellan mineralkornen, ju finkornigare en jordart är desto lägre är dess vattengenomsläpplighet. Tabell 2.1 visar typiska värden på hydraulisk konduktivitet hos olika jordarter. I välsorterad sand och grus råder relativt homogena förhållanden, medan morän uppvisar heterogena förhållanden. Morän kan ha mycket olika kornstorlekssammansättning. Struktur och uppbyggnad varierar också kraftigt. Det finns således inte samma tydliga samband mellan kornstorleksförhållanden och porositet-permeabilitet som i sorterade jordarter (Knutsson & Morfeldt, ). Det föreligger därför stora svårigheter att hydrogeologiskt klassificera moränavlagringarna. Tabell 2.1 Typiska värden på hydraulisk konduktivitet (K) hos olika jordarter (efter Axelsson & Follin, ). Sorteringsgrad Jordart Hydraulisk konduktivitet (m/s) Sorterade jordarter Grus 10 0 10-3 Sand 10-2 10-5 Silt 10-5 10-9 Lera 10-9 10-11 Osorterade jordarter Grusig morän 10-5 10-7 Sandig morän 10-6 10-8 Siltig morän 10-7 10-9 Lerig morän 10-8 10-10 8

Kapitel 2 Grundvattenlagringskapaciteten i jord är normalt ca 10-1000 gånger högre än i kristallint berg (Olofsson, 1991a), vilket gör att de kvartära avlagringarna agerar som stora grundvattenmagasin på toppen av berggrundsytan. Grundvattnets uppträdande i kristallint berg I berggrunden utgör enskilda sprickor och sprickzoner, med betydligt större vattengenomsläpplighet än omgivande bergmassa, de huvudsakliga transportvägarna för grundvattnet. Undersökningar av berggrunden vid Äspölaboratoriet (främst granit och diorit) har visat att vattengenomsläppligheten i bergmassan är 100-1000 gånger lägre än i omgivande vattenförande sprickzoner (Axelsson & Follin, ). Sprickornas orientering och kopplingar mellan olika sprickgrupper styr flödet lokalt. De hydrauliska förhållandena i bergmassan kan därför betraktas som anisotropa och heterogena, vilket gör grundvattenströmningen svår att förutsäga (Olofsson et al., ). Kristallint berg räknas normalt som ett litet grundvattenmagasin. Det kan dock vara större i de översta delarna närmast jordlagren, där berggrunden kan vara starkt uppsprucken och påverkad av vittringsprocesser. Grundvattenflöde från jord till berg Kontaktzonen mellan jord och berg är mycket varierande och avgör till stor del hur grundvattenflödet kan ske från jord till berg. Grundvattenflödet är beroende av jordlagrens varierande hydrauliska konduktivitet i förhållande till de hydrauliska egenskaperna hos de flödesbestämmande strukturerna i berggrunden (Olofsson et al., ). Endast då permeabla jordlager står i hydraulisk förbindelse med öppna eller delvis öppna strukturer i berget, kan grundvattenflöde från jord till berg uppkomma. Om jordlagren består av genomsläppliga, sorterade sand- och gruslager kommer flödet till berg att huvudsakligen styras av bergets strukturer och deras permeabilitet. Består jordlagren istället av morän kommer flödet från jord till berg att vara beroende av moränens kornstorleksfördelning, struktur, hydrauliska heterogenitet och anisotropi (Olofsson et al., ). Blockrika och grusiga moräner kan gynna flöde till berggrunden. Leriga moräner och moränleror kan däremot helt förhindra flödet. Terrängläge Grundvattennivåns variationer kan i en och samma grundvattenförande bildning vara olika stora beroende på var i terrängen observationerna görs. Årstidsfluktuationerna är mycket större i ett inströmningsområde än i ett utströmningsområde (Knutsson & Morfeldt, ). Eftersom inströmningsområdet främst ligger i övre delen av en sluttning, uppvisar grundvattennivån där större variation än i den nedre delen (Figur 2.6). Det beror delvis på att de övre delarna endast får tillskott av vatten vid själva nederbördstillfället, medan grundvattnet i dalbotten får tillskott under en längre tid från grundvatten som strömmar ner från sluttningarna. Fluktuationerna jämnas på så sätt ut. De lägsta terrängområdena är ofta relaterade till en ökad sprickighet i berggrunden, vilket ger en bra infiltration av vatten från jordlagren till berg. Genom vittring och erosion har de största sprickzonerna kommit att bli lågpunkter i terrängen. Eftersom svenskt urberg har låg vattengenomsläpplighet och jordtäcket ofta är ganska tunt, följer i regel grundvattenytan topografin. 9

Litteraturstudie Figur 2.6 Grundvattennivåns variation i lågt terrängläge (övre kurvan) och högt terrängläge (nedre kurvan). Variationerna är större i högläge än i lågläge (från Svensson & Sällfors, 1988). 2.3 Mänsklig påverkan på grundvattennivån Mänskliga ingrepp i naturen har kommit att störa de naturliga variationerna av grundvattennivån. Hårdgöring av ytor och bortledande av nederbördsvattnet är några av urbaniseringens följder som påverkar grundvattennivåerna och tas upp i avsnitt 2.3.1. Byggande av tunnlar och bergrumsanläggningar medför i många fall en dränering av grundvattenmagasin med sjunkande grundvattennivåer som följd. Detta problem tas upp i avsnitt 2.3.2. Andra ingrepp, såsom djupa schaktningar under grundvattenytan och pumpning ur brunnar, kan också medföra avsänkta grundvattennivåer i omgivningen. Bjurström (1977) och Nordberg (1978) tar upp fler exempel på ingrepp som kan leda till förändringar i grundvattenförhållandena. 2.3.1 Urbaniseringens inverkan på de naturliga variationerna Vid tätortsbygge påverkas de naturliga variationerna i grundvattennivån på många sätt. När ytor bebyggs eller hårdgörs minskar infiltrationen och ytavrinningen ökar. Dagvattensystem byggs som tar hand om ytvattnet och leder bort det från området. Därutöver påverkas grundvattnet av dränerande effekter från ledningar, kulvertar och tunnlar m.m. Effekten av minskad grundvattenbildning och dränering av grundvatten kan bli en sänkt grundvattenyta med marksättningar och sättningsskador på byggnader som följd. Hultén () har analyserat hur grundvattennivån varierar i urban miljö. Undersökningen är gjord i Göteborg och Hultén förklarar grundvattennivåns variationer i tid och rum olika beroende på var observationsröret är placerat. I områden med permeabla ytmaterial, som således påverkas av nederbörd, avdunstning och transpiration, uppvisar grundvattennivån relativt stor variationsbredd (1-2 m) och god korrelation med variationerna i ostörd miljö. Där grundvattennivån har liten variationsbredd, men fortfarande god korrelation med de i ostörd miljö, har de naturliga variationerna jämnats ut av olika styrande nivåer, såsom dränering eller läckande ledningar. Om markytans beläggning kring observationsröret är impermeabel visar grundvattennivån där liten variationsbredd och dålig samvariation med grundvattennivåerna i ostörd miljö. 10

Kapitel 2 2.3.2 Grundvattennivåsänkning vid undermarksbygge Vid undermarksbyggande finns risken för inläckage av grundvatten i undermarksanläggningen, vilket kan leda till en sänkning av grundvattennivån i jord och berg. Den naturliga grundvattenströmningen förändras och grundvattnet strömmar i berggrundens spricksystem in mot anläggningen (Figur 2.7 a, b). När grundvattenflödet ändras kan utströmningsområden ändras till inströmningsområden. Trycksänkningen i den ytnära berggrunden kan även medföra ett ökat grundvattenflöde från jordlagren till berggrunden. Vid byggandet av Juktans vattenkraftverk i norra Sverige beräknades grundvattenbildningen öka med en faktor tre till bergakviferen på grund av sänkningen av grundvattennivån i berget till följd av tunneldrivningen (Olsson, 1979). Det ökade grundvattenflödet från jord till berg kan sedan leda till en sänkning av grundvattennivån i jordlagren om inte grundvattenbildningen till jordakviferen är tillräckligt stor. Omättad zon Grundvattenbildning Grundvattennivå i jord Grundvattennivå i berg Mättad zon Läckage till berg Horisontellt grundvattenflöde i jord Jord Berg Grundvattenbildning Horisontellt grundvattenflöde i jord Läckage till berg Omättad zon Mättad zon Jord Berg Inflöde Figur 2.7 a, b Grundvattenströmningen i jord och berg under a) naturliga förhållanden och under b) störda förhållanden p.g.a. inläckage till en tunnel (efter Axelsson & Follin, ). 11

Litteraturstudie Grundvattenmagasinets storlek och läge i terrängen Storleken på grundvattenmagasinet är en viktig faktor som påverkar sänkningen av grundvattennivån i jordlagren (Olofsson, 1991a). Ett stort grundvattenmagasin påverkas bara i mindre utsträckning av dränering till underliggande berg, medan ett litet grundvattenmagasin kan bli starkt påverkat. Olofsson (1991a) har i samband med byggandet av Bolmentunneln undersökt hur tunnelbyggande i kristallint berg påverkar grundvattennivån i området kring tunneln. Beroende på grundvattenmagasinets storlek och läge i terrängen påverkades grundvattennivån olika. Små, högt konduktiva magasin, såsom sand och grus, som är i hydrauliskt förbindelse med sprickor i berggrunden påverkades starkt. Stora magasin, såsom åsar, kunde vara helt opåverkade eller visade endast liten påverkan. I moränområden, som ofta är starkt heterogena och med i allmänhet en låg hydraulisk konduktivitet, var grundvattennivåsänkningen moderat till låg (<0,5 m). Ett mindre inläckage till en undermarksanläggning från små grundvattenmagasin i berg kombinerat med små magasin i jord kan leda till avsevärda sänkningar av grundvattennivån både i berggrunden och i överliggande jordlager. Jordlagrens vattengenomsläpplighet och vattenhållande förmåga bestämmer tillsammans med grundvattenbildningen hur stor påverkan blir i jordlagren. Grundvattenbildningen till jordlagren motverkar en eventuell sänkning av grundvattennivån. Ju större grundvattenbildningen är desto mindre blir grundvattensänkningen. Grundvattensänkningen i jordlagren är i allmänhet mindre än i berg beroende bl.a. på de annorlunda geologiska förhållandena och den större grundvattenbildningen (Axelsson & Follin, ). Om det förekommer tätare horisontella skikt eller lager i jorden kan dessa medföra att grundvattnet i jordlagren ovan detta tätare skikt utgör ett eget isolerat system från grundvattnet i berggrunden. Ingen eller obetydlig grundvattensänkning sker då i dessa jordlager. Även läget i terrängen styr hur grundvattennivån påverkas av ett tunnelbygge. Runt Bolmentunneln påverkades platta områden och de topografiskt lägst belägna terrängavsnitten mer än sluttningar och höjdområden (Olofsson, 1991a). En hög topografi ger ett ökat vattenflöde, som kan bidra till en minskad sänkning av grundvattennivån. Tektoniska förhållanden i berggrunden En viktig faktor som påverkar sänkningen är de tektoniska förhållandena i berggrunden. Längs sprickzoner som är i hydraulisk förbindelse med överliggande jordlager förekommer sänkningar av grundvattennivån i jordlagren även på stort avstånd från tunneln. Byggandet av Juktans vattenkraftstation i norra Sverige ledde till avsänkningar i grundvattennivåerna på avsevärt avstånd från tunneln (Olsson, 1979). Influenszonens storlek ökade från 1 km i homogent berg till 1,5-10 km längs tektoniska zoner. Undersökningarna från Bolmentunneln visade att grundvattennivån i jordlagren längs med en sprickzon sänktes upp till 800 m från tunneln (Olofsson, 1991a). Det finns en stor skillnad mellan olika berggrunder. Vattengenomsläppligheten var hög i berggrunden vid Juktans kraftstation, medan den var förhållandevis låg i berggrunden vid Bolmentunneln. 12

Kapitel 2 2.4 Effekter av grundvattennivåsänkning Problem med sänkning av grundvattennivån kan t.ex. vara: Sättningar i lerområden. Ruttnande träpålar. Påverkan på grundvattenuttag ur brunnar. Kemiska förändringar av grundvattnet. Påverkan på vegetation. Saltvatteninträngning. En sänkning av grundvattennivån under den normala kan ge oönskade effekter på omgivningen. I lerområden kan sättningar uppkomma. Det finns även en ökad risk för vegetationsstörningar. Grundläggning av byggnader på träpålar kan angripas av röta om grundvattennivån sänks så att träkonstruktionerna inte längre befinner sig under vatten. Bjurström (1977) tar upp ett flertal fall som visar olika konsekvenser av grundvattennivåns förändring. Lindskoug & Nilsson (1974) visar på flera exempel där exploatering av områden och tunnelbyggande har lett till en avsänkning av grundvattennivån, med sättningar i lerområden som följd. Sättningarna ger i sin tur upphov till skador på mark och byggnader. Även påverkan på vegetation och bakteriell nedbrytning av grundläggningsvirke har konstaterats. Vegetationen är främst enbart beroende av vattnet i den omättade zonen ovan grundvattenytan och är därför vanligtvis inte känslig för en grundvattennivåsänkning (Axelsson & Follin, ). Större effekt på vegetationen blir det dock i områden med naturligt hög grundvattennivå, såsom utströmningsområden. En sänkning av grundvattennivån i berg kan påverka uttaget i närbelägna bergborrade brunnar och kan även medföra saltvatteninträngning. Saltvattenpåverkan i bergborrade brunnar är ett vanligt förekommande problem längs med den svenska östkusten och i Mälardalen, där stora områden varit täckta av tidigare salta stadier av Östersjön; Yoldiahavet och Littorinahavet. 2.5 Mätning av grundvattennivåer Som kontroll före tunnelbyggnad mäts grundvattennivån i borrhål och grundvattenrör längs tunnelsträckningen. För att kunna göra tillförlitliga analyser och prognoser är mätseriernas längd och mätintervall av största vikt. När resurserna är små ökas ofta mätintervallet. Detta får till följd att de kortvariga variationerna inte framgår och variationsbredden minskar eftersom extremvärdena uteblir (Svensson, 1984). Grundvattennivån fluktuerar med årstiden, vilket ställer krav på antalet mätningar som behövs för att fastställa variationerna. Små magasin fluktuerar mer än stora och kräver således mer frekventa mätningar. Inom Stockholms stad finns ca 1200 rör för kontroll av grundvattennivåer (Miljöförvaltningen, ). I ca 800 av dessa mäts grundvattennivån med viss regelbundenhet. Mätfrekvensen varierar mellan 2 gånger i månaden till 2-3 gånger vartannat år, beroende på områdets känslighet för förändringar i grundvattennivån. Sveriges geologiska undersökning (SGU) är ansvarig för ett 80-tal kontrollområden för grundvattennivåer i Sverige. Grundvattennätet är rikstäckande med ca 400 nivåstationer i drift. Grundvattennivån mäts regelbundet 2 gånger i månaden för att kunna fastställa de naturliga variationerna. Mätningarna utgör därför bra referensserier. 13

Litteraturstudie Mätseriens längd är också av stor betydelse för att kunna fastställa variationerna i grundvattennivån. Naturvårdsverket () rekommenderar att mätserien bör påbörjas minst sex månader före ingreppet och pågå lika länge efter ingreppet. Bjurström (1977) menar att regelbundna mätningar av grundvattennivåer bör starta minst ett år före byggnationerna börjar. Någon mer omfattande studie i frågan saknas dock. 2.5.1 Hur tillförlitliga är grundvattennivådata? Olika typer av fel kan förekomma hos mätserier med grundvattennivådata. Dessa kan enligt Olofsson (1991a) delas upp i: 1) Slumpmässiga fel a) mätfel, b) fel i datainlagring, c) skriv- eller ritfel. 2) Systematiska fel a) ändring av referensnivå, ex. omläggning av brunn. 3) Specifika fel a) pumpning av vatten eller ökat uttag, b) torra eller istäckta brunnar. Avläsningsfel och skrivfel är svåra att undvika vid mätningar p.g.a. den mänskliga faktorn. När felet är på hel meter, vilket är vanligt, kan det dock relativt lätt upptäckas (Svensson, 1984). Andra slumpmässiga fel i mindre storleksordning är mycket svåra att identifiera. Om referensnivån ändras, t.ex. vid omläggning av en mätbrunn eller om mätröret förlängs eller förkortas, måste tidigare mätdata räknas om till ny referensnivå. Görs inte detta blir följden ett konstant fel. Vid plottning av grundvattennivån mot tid framgår ett sådant fel ganska tydligt i form av ett trappstegsliknande hopp (Figur 2.8). 118 117 116 115 114 113 112 111 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 Figur 2.8 Exempel på ett konstant systematiskt fel vid mätning av grundvattennivåer i södra Sverige. 2.6 Statistiska analyser av grundvattennivåns variationer Analys av grundvattennivådata i syfte att fastställa de naturliga variationerna och eventuell påverkan på dessa kan göras med olika typer av statistiska metoder. Svensson (1984, 1988) beskriver ett flertal av de olika statistiska metoder som finns. Grundvattennivådata från en enda mätplats kan analyseras med tidsserieanalys, vilket tas upp i avsnitt 2.6.1. Finns däremot även tillgång till en mätserie i ett opåverkat område, en referensserie, kan olika korrelations- och regressionsanalyser utföras. Double mass-metoden förklaras närmare i avsnitt 2.6.2 och avsnitt 2.6.3 beskriver hur linjär regression kan användas för analys. 14

Kapitel 2 2.6.1 Tidsserieanalyser Tidsserieanalys syftar till att mer eller mindre formellt beskriva mönstret hos den observerade tidsserien. Olofsson () beskriver hur analys av en mätserie av grundvattennivån kan göras genom tidsserieanalys. Vid tidsserieanalyser är det en fördel om mätningarna är utförda med konstanta tidsintervall, en ekvivalent tidsserie, för att få tillräcklig information för att matematiskt kunna beskriva variationerna av grundvattennivån. Om tidsserien inte är ekvivalent, vilket ofta är fallet, kan en interpolation göras för att skapa en ekvivalent tidsserie. En tidsserie kan antingen vara stationär och kan delas upp i delar som har liknande medelvärden och varianser, eller vara icke-stationär, vilket är en tidsserie med trender eller andra förändringar med tiden. Grundvattennivåmätningar är vanligtvis en icke-stationär tidsserie med trender, periodiska förändringar och stokastiska komponenter (Figur 2.9). Figur 2.9 Schematisk bild över hur orginalkurvan kan delas upp i tre delar; a) trend, b) periodicitet och c) stokastisk del (efter Olofsson, ). De olika delarna av orginalkurvan måste hanteras separat. Trenden kan uppskattas genom att skapa en ny tidsserie från beräkning av stegvisa medelvärden: y medel 1 = n n i= 1 a x i i (2.2) där y medel är ett stegvist medelvärde, a i är viktvärden, x i är värden efter specifika tider och n är antal mätvärden inkluderade i beräkningen. Kurvan som visar trenden kan sedan subtraheras från orginalkurvan. Den periodiska delen av tidsserien kan uppskattas från medelvärden över tidsperioden, eller genom spektrumanalys. Meningen med spektrumanalys är att identifiera periodiska fluktuationer av olika längd. Detta görs genom att anpassa ett antal sinus- och cosinusfunktioner med olika frekvens till tidsserien. De viktigaste frekvenserna eller perioderna som tidsserien uppvisar ges sedan av det resulterande periodogrammet (Figur 2.10). När trenden och den periodiska delen har plockats bort från orginalkurvan är det bara den stokastiska delen och eventuell påverkan från mänsklig aktivitet som återstår. 15

Litteraturstudie 70 Spectral analysis: RÖR_12 No. of cases: 656 70 60 60 50 50 Periodogram Values 40 30 20 40 30 20 10 10 0 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Period Figur 2.10 Periodogram för SGU:s rör 12, Vaxholm, som visar de viktigaste periodiciteterna; period 24, 82 och 164. Period 24 avser 12 månader. Tidsserieanalys har använts i ett flertal grundvattenstudier. Zhou () har med hjälp av tidsserieanalys bestämt den mätfrekvens som behövs för att kunna övervaka grundvattennivåerna runt en pumpstation i Nederländerna. Samma metod för att fastställa mätfrekvensen har också använts av Ting et al., (). Nevulis et al., (1989) har använt tidsserieanalys av naturliga grundvattennivåvariationer för att bestämma egenskaperna hos en akvifer i ett område där pumptest inte kunde utföras. 2.6.2 Double mass - metoden Mätningar av grundvattennivåer utförs vanligtvis inte så ofta eller så kontinuerligt som behövs för att kunna fastställa de naturliga variationerna genom tidsserieanalyser. Om det i stället finns tillgång till en referensserie av mätningar från ett område som inte påverkats av mänskliga aktiviteter kan regressionsanalys eller double mass analys utföras. Double mass-metoden har beskrivits och använts av Svensson (1988) för att analysera mätserier med grundvattennivådata. Olofsson (1991b) har genom analys med double mass beräknat grundvattennivåsänkningen runt Bolmentunneln. Den modifierade double mass-metoden, som här åsyftas, baseras på beräkningar av ackumulerade skillnader från grundvattennivåns medelvärde vid två studerade mätplatser, enligt: i xi = ( dxj 1) i = 1,2,..., n (2.3) j= 1 i yi = ( dyj 1) i = 1,2,..., n (2.4) j= 1 där dx j och dy j är kvoten mellan grundvattennivån och grundvattennivåns medelvärde vid de två respektive platserna och n är antalet mätvärden. Sambandet mellan variablerna ges av: z i = x i y i i = 1,2,..., n (2.5) 16

Kapitel 2 Ett linjärt samband mellan de båda variablerna representeras av en horisontell linje genom origo om z i plottas mot antal mätningar (i) eller mot tid. Signifikanta skillnader från den horisontella linjen visar på inhomogeniteter i en av de två grundvattennivåserierna. Storleken på förändringen och tidpunkten kan då beräknas. Av Figur 2.11 framgår hur resultatet från beräkningen med stegvis regression ser ut. 0.5 Difference (m) 0.0-0.5-1.0-1.5 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 2002 Figur 2.11 Beräknad avsänkning av grundvattennivån med double mass för ett grundvattenrör i södra Sverige. Tidpunkt för tunnelbygget är markerat med ett streck. 2.6.3 Linjär regression En linjär regressionsanalys ger sambandet mellan olika variabler i form av en rät linje. Koefficienterna till den linjära ekvation som bäst beskriver sambandet mellan en beroende variabel (y) och en eller flera oberoende variabler (x) tas fram. Vid enkel linjär regression, med endast en oberoende variabel, skrivs ekvationen; y = a + bx (2.6) där a och b är de koefficienter som ska bestämmas. Om variationen av y inte kan beskrivas som en funktion av en enda oberoende variabel görs en multipel linjär regression, där flera oberoende variabler används för att beskriva variationen. Ekvationen (2.6) kan då skrivas; y = b 0 + b 1 x 1 + b 2 x 2 + + b n x n (2.7) där b 1, b 2,, b n är regressionskoefficienter, som var och en bidrar till variationen i y. Linjär regressionsanalys har använts i flera hydrogeologiska studier. Lindskoug & Nilsson (1974) använde linjär regressionsanalys för att utvärdera när grundvattennivåerna började påverkas av ett tunnelbygge. Olofsson (1991a) har med hjälp av multipel linjär regression försökt förklara variationerna av grundvattennivåsänkningen i berg och jord. Stegvis regression Grundvattennivåns avsänkning i ett område kan beräknas med hjälp av stegvis regression, en metod som utvecklats och beskrivits av Olofsson (1991a). Metoden baseras på en stegvis upprepad enkel linjär regression mellan grundvattennivåmätningar i ett undersökningsområde och i ett referensområde. Grundvattennivådata från undersökningsområdet (y) plottas mot grundvattennivådata från referensområdet (x). För att beräkna avsänkningen orsakad av t.ex. ett tunnelbygge beräknas först, med minsta kvadrat metoden, ekvationen för den bäst anpassade linjen för perioden före tunnelbygget (eller annan referenstid): y före = a + b x före (2.8) 17

Litteraturstudie Ekvationen (2.8) jämförs sedan med motsvarande ekvation för tidsperioden efter tunnelbygget: y efter = a + b x efter (2.9) Skillnaden mellan de båda raka linjerna är ett uttryck för avsänkningen. Grundvattennivåns avsänkning beräknas som medelvärdet av summan av alla skillnader mellan förväntad grundvattennivå om området förblivit opåverkat och verklig grundvattennivå efter tunnelbygget. Avsänkningen (s) beräknas enligt: 1 s = n n ( ( a' + b' xi ) ( a'' + b'' x i )) i= 1 (2.10) där x i = mätvärden för grundvattennivån i referensområdet efter tunnelbygget, n = antalet mätvärden för samma tid, a, b, a, b = konstanterna från ekvationerna (2.8) och (2.9). För att få information om grundvattennivåns utveckling med tiden och när avsänkningen inträffade, upprepas ovanstående beräkningar stegvist. Därifrån kommer namnet stegvis regression. Konstanterna i ekvation (2.10) byts ut mot nya motsvarande konstanter som i stället beräknas med stegvis regression och n byts ut mot v, som är antalet mätdata som ingår i varje regressionsberäkning. Värdet på avsänkningen (s AT ) beräknas sedan som medelvärdet av alla s-värden från den stegvisa regressionen, enligt: s AT = N N k = M AT s k v (2.11) där M = N N AT + v, N = totalt antal mätningar, N AT = antal mätningar efter tunnelbygget, v = antalet mätningar som ingår i varje regressionsberäkning. Om grundvattennivåns avsänkning före tunnelbygget avviker från noll, korrigeras detta före det slutliga värdet på avsänkningen bestäms. Noggrannheten i metoden är ±5 cm, men kan bli sämre om korrelationskoefficienten mellan test- och referensrör är låg. Av Figur 2.12 framgår hur resultatet från beräkningen med stegvis regression ser ut. 0.5 Difference (m) 0.0-0.5-1.0-1.5 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 2002 Figur 2.12 Beräknad avsänkning av grundvattennivån med stegvis regression för en brunn i södra Sverige. Tidpunkt för tunnelbygget är markerat med ett streck. 18

Kapitel 3 3 Områdesbeskrivning 3.1 Norra Länken, Roslagstull-Frescati Norra Länken är en del av den ringled runt Stockholms innerstad som ingår i regionens trafiksystem och den tillkommande delen sträcker sig från Norrtull i väster till Lidingövägen vid Värtan i öster. Byggstart avses ske tidigast år 2002 och färdigställande tidigast år 2006 (Vägverket, ). Huvuddelen av Norra Länken blir förlagd i berg- och betongtunnlar som till största del ligger under grundvattenytan. Den planerade sträckningen av Norra Länken framgår av Figur 3.1, varav undersökningsområdet omfattar sträckan mellan Roslagstull och Frescati. Figur 3.1 Karta över Norra Länkens planerade sträckning (från Vägverket, ). Området kring Roslagstull är till stor del täckt av hårdgjorda ytor och bebyggelse. Även vid Albano är andelen hårdgjorda ytor stor. För de övriga områdena som undersökts är förhållandena de omvända, med större andel grönområden än hårdgjorda ytor. Av flygbilderna i Figur 3.2 framgår hur stora delar av undersökningsområdet ser ut. Ett observationsnät för kontroll av grundvattennivåer har etablerats av Vägverket för att klarlägga nivåförändringar före, under och efter Norra Länkens byggande. 19