Korrelationer mellan meteorologiska händelser och hydrologiska responser i djupt berg

Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper ISSN 1650-6553 Nr 344 Korrelationer mellan meteorologiska händelser och hydrologiska responser i djupt berg Kristin Larson INSTITUTIONEN FÖR GEOVETENSKAPER

Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper ISSN 1650-6553 Nr 344 Korrelationer mellan meteorologiska händelser och hydrologiska responser i djupt berg Kristin Larson

ISSN 1650-6553 Copyright Kristin Larson och Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet Publicerad av Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet (www.geo.uu.se), Uppsala, 2015

Abstract Correlations between Meteorological Events and Hydrological Responses in Deep Boreholes Kristin Larson This thesis presents a closer look at correlations between major meteorological events and groundwater level responses observed in deep boreholes drilled in the bedrock at Forsmark, which is situated ca. 120 km north of Stockholm in the Fennoscandian Shield, Sweden. Understanding how large geological structures are hydraulically connected to the surface is of great importance as a repository for spent nuclear fuel is intended to be built in Forsmark. Understanding monitoring data under natural conditions gives greater knowledge of how the hydrogeological system near the surface might be affected during the construction, operation and closing phases of the repository. The hydrological monitoring of each borehole is performed in intervals (sections), i.e., the groundwater levels in the bedrock are measured at different depths. At the different depths, changes in pressure from different meteorological events is measured. A major precipitation event was recorded during a few hours between 21 and 22 September 2014. Groundwater level responses in four deep drill holes show different reaction rates and magnitudes depending on borehole location, the structures they intersect, and depth in the bedrock. Furthermore, the properties of the deformation zones determine how the groundwater levels respond to meteorological events. Previous work reveals that gently dipping deformation zones have higher hydraulic diffusivity than the steeply dipping deformation zones. Two major air pressure events combined with groundwater level reactions in two deep bedrock boreholes were also analysed. A lowering of the air pressure resulted in a higher sea level, which is seen in the boreholes as an increase in the groundwater level and vice versa. Clear responses from meteorological events are seen where boreholes intersect gently dipping deformation zones that leads all the way up to the ground surface. Keywords: Groundwater, meteorology, correlation, fractured rock, Forsmark Degree Project E1 in Earth Science, 1GV025, 30 credits Supervisors: Auli Niemi and Sven Follin Department of Earth Sciences, Uppsala University, Villavägen 16, SE-752 36 Uppsala (www.geo.uu.se) ISSN 1650-6553, Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, No. 344, 2015 The whole document is available at www.diva-portal.org

Populärvetenskaplig sammanfattning Korrelationer mellan meteorologiska händelser och hydrologiska responser i djupt berg Kristin Larson Syftet med examensarbetet är att studera korrelationer mellan diskreta meteorologiska händelser och responser hos grundvattennivåerna i djupa borrhål i kristallint berg. Undersökningsområdet är berggrunden i Forsmark, Östhammars kommun, ca 120 km norr om Stockholm. Ett framtida slutförvar för använt kärnbränsle är planerat att byggas där och stora mängder meteorologisk, hydrologisk och geologiska data har tagits fram i detta område av Svensk Kärnbränslehantering AB (SKB). SKB har bland annat en meteorologisk mätstation och stort antal djupa borrhål med ett flertal tryckgivare i varje borrhål. Borrhålens medellängd är ca 700 m. Tidigare undersökningar i området redovisar exempel på korrelationer mellan nederbörd och grundvattennivånresponser i berggrunden. Hydrauliska responser har också observerats vid flera interferenstester i området. Ett intressant exempel på korrelation mellan nederbörd och grundvattennivå är att tryckförändringar kan skönjas 500 m ner i berget längs med flacka deformationszoner. Ett annat exempel är en korrelation mellan skillnader i lufttryck och responser i ett djupt borrhål som ligger ca 500 meter från havet. Skillnader i lufttryck mellan Sverige och Finland skapar förändringar i havsytans nivå. Högtryck i Finland och lågtryck i Sverige ger en ökad havsytenivå vid Sveriges kust och detta påverkar vattentrycket i djupa borrhål där dessa korsar deformationszoner som finns både under hav och land. Ett slags vågsystem ute i havet kunde ses som ökat och minskat vattentryck i ett borrhål på land. I detta arbete har en djupare undersökning av kopplingar mellan nederbörd och lufttryckprocesser på land och responser i djupt berg gjorts. Vid studier av insamlade data har korrelationer mellan meteorologiska och hydrologiska pulser på ytan och responser i djupa borrhål påträffats. Fyra kärnborrhål, KFM02A, KFM06A, KFM10A och KFM03A, utspridda i området, påvisar dessa samband. Tydliga responser i grundvattennivåer sker i berget där borrhålen korsar deformationszoner som går ända upp till markytan. Skillnad i respons kan också ses beroende på om de korsande deformationszonerna är brant stupande eller svagt stupande. Svagt stupande deformationszoner har en högre hydraulisk diffusivitet än de brant stupande och detta beror bland annat på storleksskillnader i horisontella och vertikala spänningar. Kontrasten i spänningarna håller de svagt stupande zonerna öppna vilket resulterar i en hög hydraulisk diffusivitet. Nyckelord: Grundvatten, sprickigt berg, meteorologi, korrelation, Forsmark Examensarbete E1 i geovetenskap, 1GV025, 30 hp Handledare: Auli Niemi och Sven Follin Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet, Villavägen 16, 752 36 Uppsala (www.geo.uu.se) ISSN 1650-6553, Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, Nr 344, 2015 Hela publikationen finns tillgänglig på www.diva-portal.org

Förteckning över figurer och tabeller Figur 1. Undersökningsområdet i Forsmark.... 3 Figur 2. Transmissivitetsdata plottat mot djup för vertikala eller brant stupand deformationszoner.... 5 Figur 3. Vy ovanifrån och en NV-SO profil genom den NV delen av undersökningsområdet... 6 Figur 4. Den ytliga bergakviferens inverkan på grundvattenflödet... 6 Figur 5. SMHI:s mätstation utmarkerad med blå triangel vid Forsmarksverket... 8 Figur 6. Undersökningsområdet med de fyra undersökta kärnborrhålen inringade... 9 Figur 7. Parametrar för uträknande av hydraulisk diffusivitet för deformationszonen... 10 Figur 8. Kärnborrhål KFM03A... 12 Figur 9. VNV-OSO profil med kärnborrhål KFM03A rödmarkerat... 12 Figur 10. De åtta sektionerna i kärnborrhål KFM03A plottade mot nederbördstillfället.... 13 Figur 11. Kärnborrhål KFM10A... 14 Figur 12. VNV-OSO profil med kärnborrhål KFM10A rödmarkerat... 15 Figur 13. Kärnborrhål KFM10A med fem sektioner, plottat emot nederbörd... 16 Figur 14. Kärnborrhål KFM06A... 17 Figur 15. Kärnborrhål KFM06A med åtta sektioner, plottat emot nederbörd.... 18 Figur 16. Kärnborrhål KFM02A... 20 Figur 17. VNV-OSO profil med kärnborrhål KFM02A rödmarkerat... 20 Figur 18. Kärnborrhål KFM02A med åtta mätsektioner... 21 Figur 19. Hammarborrhål HFM02... 23 Figur 20. VNV-OSO profil med hammarborrhål HFM02 rödmarkerat... 24 Figur 21. Hammarborrhål HFM02 med tre mätsektioner... 24 Figur 22. Lufttryck och havsnivå under perioden 14-30 juli 2014... 25 Figur 23. Havsnivå tillsammans med grundvattennivåer i kärnborrhål KFM02A... 26 Figur 24. Lufttryck och havsyta under perioden 14-30 juni år 2014... 27 Figur 25. Havsnivå tillsammans med grundvattennivåer i kärnborrhål KFM06A.... 27 Figur 26. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMA4.... 28 Figur 27. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMA7.... 28 Figur 28. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMB1.... 29 Figur 29. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMA2.... 29 Figur 30. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMENE0060B.... 30 Tabell 1. De åtta mät sektionerna i kärnborrhål KFM03A i tabell med korsande deformationszoner... 13 Tabell 2. De fem mätsektionerna i kärnborrhål KFM10A i tabell med korsande deformationszoner... 15 Tabell 3. De åtta sektionerna i kärnborrhål KFM06A i tabell med korsande deformationszoner... 19 Tabell 4. De åtta sektionerna i kärnborrhål KFM02A i tabell med korsande deformationszoner... 22 Tabell 5. Grundvattenhöjning, responsetid, transmissivitet, avstånd längs deformationszonen från markytan samt hydraulisk diffusivitet för deformationszonerna ZFMA4, ZFMA7, ZFMB1, ZFMA2 och ZFMENE0060B.... 30

Innehållsförteckning 1. Introduktion... 1 2. Syfte... 2 3. Bakgrund... 3 3.1 Platsbeskrivning... 3 4. Metod... 8 4.1 Grundvattennivåer i berg... 9 4.4 Modellanalys... 10 5. Resultat... 11 5.1 Korrelation mellan nederbörd och grundvattennivåer i berg... 11 5.1.1 Kärnborrhål KFM03A... 11 5.1.2 Kärnborrhål KFM10A... 14 5.1.3 Kärnborrhål KFM06A... 16 5.1.4 Kärnborrhål KFM02A... 19 5.1.5 Hammarborrhål HFM02... 23 5.2 Korrelation mellan lufttryck, havsnivå och grundvattennivån i djupa borrhål... 25 5.2.1 Högtryck, havsyta och kärnborrhål KFM02A... 25 5.2.2 Lågtryck, havsyta och kärnborrhål KFM06A... 26 5.3 Modellanalys av nederbördsresponser... 28 5.3.1 Deformationszon ZFMA4... 28 5.3.2 Deformationszon ZFMA7... 28 5.3.3 Deformationszon ZFMB1... 28 5.3.4 Deformationszon ZFMA2... 29 5.3.5 Deformationszon ZFMENE0060B... 29 5.3.6 Sammanfattning av modellanalys... 30 6. Diskussion... 31 6.1 Korrelation mellan nederbörd och grundvattennivå... 31 6.2 Korrelation mellan lufttryck, havsnivå och grundvattennivå... 31 6.3 Skillnader mellan flacka och brant stupande deformationszoner... 31 7. Slutsatser... 33 8. Tack... 34 9. Referenser... 35

1. Introduktion Ett slutförvar för använt kärnbränsle är planerat att byggas i berget på omkring 470 m djup i Forsmark, Östhammars kommun. Åren 2001-2003 inleddes ett stort arbete i området med bland annat borrningar, karteringar och miljökonsekvensbeskrivningar (platsundersökning). Kärnborrhål, hammarborrhål och jordborrhål borrades och i dessa har man utrustning som kontinuerligt mäter grundvattentryck. Insamlade data används för att skapa modeller av hur berget och marken och dess förhållanden ser ut i området. Grundvattennivåer i jord och berg i Forsmark uppvisar årstidsberoende variationer; på vintern när det inte sker någon större perkolation av vatten från den frusna markytan sjunker grundvattnennivåerna och under vårflod och höstregn stiger grundvattennivåerna. Utöver dessa årstidsberoende förändringar kan man genom mätningar även se kortvariga förändringar. Som exempel kan nämnas att under en av de tidigare undersökningarna i området pumpade man upp vatten i ett borrhål för att undersökta grundvattennivåresponser i omkringliggande borrhål, ett så kallat hydrauliskt interferens-test (Follin m fl 2007b). Vid tiden då testerna utfördes såg man även responser från andra faktorer utöver pumptestet. Meteorologiska data indikerade att vissa responser kunde kopplas till nederbörd och att andra kunde kopplas till förändringar i lufttryck och havsytans nivå. I detta arbete har påverkan på grundvattennivån mot djupet i större transmissiva deformationszoner i samband med ovanligt stora meteorologiska händelser studerats. Eftersom man vet var dessa deformationszoner har sitt utgående i markytan kan man, omvänt, tänka sig hur markytan sedan skulle påverkas av ett bygge av ett djupförvar. Grundvatten kommer att pumpas bort i förvarets tunnelsystem under byggtiden. En sänkt grundvattenyta i sin tur kan påverka förhållanden på markytan runt förvaret. Genom att hitta korrelationer och vidare undersöka de kopplingar som observerats, får man mer kännedom om området och hur vattnet rör sig i berget, en viktig information inför bygget av ett djupförvar 500 m ner i berget. 1

2. Syfte Syftet med examensarbetet är att studera samband mellan större meteorologiska händelser och hydrologiska responser i djupa borrhål. Till att börja med måste lämpliga meteorologiska händelser hittas. Dessa är extremer av nederbörd eller lufttrycksförändringar och när de har hittats har sedan de hydrologiska responserna på olika djup i berget undersökts. Pulserna på ytan ska vara stora till den grad att de påverkar havsyta, tryck i berget och på så sätt ses kopplingar på grundvattennivåerna djupt ner i berget. Berggrunden innehåller komplexa strukturer och all kunskap om förhållandena i berget i området behövs. Påverkansområdet från det planerade bygget av djupförvaret beror främst på deformationszonernas egenskaper och var de har sitt utgående. Kännedom om utbredning och hydrauliska egenskaper hos de förekommande deformationszonerna i undersökningsområdet är därför en viktigt grund för att förstå de hydrologiska influenserna under byggnation och drift. Genom att veta mer om de naturliga processerna kan man i sin tur hitta kopplingar från det djupa berget, där förvaret ska byggas, och upp i dagen. När ett djupförvar byggs kan man då, omvänt, se hur händelser på djupet kan påverka marken ovanför. 2

3. Bakgrund 3.1 Platsbeskrivning Undersökningsområdet för det planerade djupförvaret i Forsmark, rödmarkerat i Figur 1, ligger under nivån 20 m över havet och klassas därmed som ett låglänt område som karakteriseras av en småskalig topografi. Sjöarna i området har ett medeldjup på mellan 0,1 och 1 m och ett största djup på 0,4 till 2 m. Vissa av de mindre sjöarna räknas som våtmarker och delas då upp i kärr och gölar. Våtmarkernas ekologi är känsliga för vattenståndsändringar och en avsänkning av grundvattenytan under byggnation och drift av djupförvaret kan ha en negativ inverkan (Werner m fl 2010). Figur 1. Undersökningsområdet i Forsmark. I området finns 41 hammarborrhål (medeldjup 140 m) och tolv borrplatser (DS = drill site) med sammalagt 25 djupa kärnborrhål (medeldjup 700 m) samt ytterligare 11 korta kärnborrhål utanför borrplatserna. Undersökningsområdet omgärdas av stora, branstående deformationszoner, Forsmarkszonen, Singözonen och Eckarfjärdszonen (Follin & Stigsson, 2013). Berggrunden i Forsmarksområdet är en del av den fennoskandiska urbergsskölden och är mellan 1,906 till 1,840 miljoner år gammalt kristallint urberg med en i överlag låg vattengenomsläpplighet (SKB, 2005). Granit är den dominerande bergarten och det finns både läkta och öppna sprickor i 3

berget. Läkta sprickor har en obefintlig eller väldigt låg vattengenomsläpplighet. De öppna och sammanhängande sprickorna däremot är ofta vattengenomsläppliga och således grundvattenförande (Follin, 2008). Dessa uppträder mer koncenterat längs med deformationszoner. En deformationszon är en övergripande strukturgeologisk term som beskriver ett långsträckt område i berggrunden med förhöjd spröd och/eller plastisk deformation. Det finns drygt 130 deformationszoner karterade inom undersökningsområdet som bedöms vara minst 1 km långa. Berggrunden där förvaret är planerat att ligga utgör en tektonisk lins som ligger mellan tre stora plastiska deformationszoner: Singözonen, Eckarfjärdszonen samt Forsmarkszonen (Figur 1). De tre zonerna korsar alltså inte undersökningsområdet för djupförvaret utan innesluter en lins av sprödare berg med lägre sprickfrekvens och högre horizontella bergspänningar. Längs med linsens ränder kan man se såväl spröda som plastiska branststående deformationszoner i riktning VNV-OSO eller NN- SO. Inne i linsen kan man se spröda deformationszoner som lutar vertikalt eller brant mot ONO-VSV eller NNO-SSV. Där kan man även se ett flertal horisontella eller svagt stupande deformationszoner (Stephens m fl 2015). Riktningen på den största horisontal spänningen i Forsmark är NV-SO och den lägsta horisontella spänningen har riktningen NO-SV I Figur 2 visas transmissivitet på olika djup för såväl brant stupande som svagt lutande deformationszoner. En klart högre transmissivitet syns hos de svagt lutande zonerna med värden upp mot 1 10-5 m 2 /s på så stora djup som 600 m. Den största, svagt lutande och mest transmissiva deformationszonen i Forsmark är zon ZFMA2. Den går från det ytliga berget och ner till ett djup på cirka 550 m. Andra svagt lutande till horisontella zoner som också har stor vattenledande förmåga är ZFMA4, ZFMA7 och ZFM1203. Brant stupande deformationszoner med transmissivitet runt 9.79 10-7 m 2 /s är till exempel ZFMENE0060A och ZFMENE0062 (Figur 3). De ovan nämnda deformationszonerna korsas på ett flertal ställen av borrhål med mätutrustning och eventuella grundvattennivåvariationer i zonerna kan därför studeras på olika djup. De översta 150 m av berget inom den tektoniska linsen kan liknas vid en ytlig bergakvifer (Figur 4), eftersom sprickorna och bankningsplanen i denna del av berggrunden har hög transmissivitet. 4

Figur 2. Transmissivitetsdata plottat mot djup för vertikala eller brant stupande deformationszoner (blå och gula rutor) och svagt lutande deformationszoner (röda rutor) (Stephens m fl 2015). 5

Figur 3. Vy ovanifrån och en NV-SO profil genom den NV delen av undersökningsområdet. Sprickdomänerna FFM01, FFM02, FFM03 och FFM06 kan ses på figurerna tillsammans med två flackt lutande zoner, ZFMA2 och ZFMF1 och de två största brant stupande deformationszonerna ZFMENE0060A och ZFMENE0062A. Kärnborrhål borrade vid borrplatserna DS1, DS4, DS5, DS6, DS7, DS8, DS9 och DS10 syns som ljusa, smala streck (Olofsson m fl 2007). Figur 4. Den ytliga bergakviferens inverkan på grundvattenflödet (Werner m fl., 2010). 6

Grundvattennivåer i jord och berg har naturliga variationer som till exempel kan bero på årstider; på vintern när det inte sker någon perkolation av vatten från yta så kommer grundvattnennivåerna vara ganska låga och under våren, vid vårfloden så kommer grundvattennivåerna att stiga. Om man bortser från dessa naturliga förändringar så kan man, genom mätningar, se andra faktorer som också påverkar grundvattennivåerna i berget. 7

4. Metod Tidigare studier (SKB 2005, Follin m fl 2007b) har påvisat att det finns korrelationer mellan meteorologiska händelser och uppmätta grundvattennivåer i deformationszonerna på stora djup i Forsmark. Ett större nederbördstillfälle natten mellan den 21-22 september 2014 lyftes fram av SKB:s platsorganisation i Forsmark som ett intressant tillfälle för närmare efterforskningar kring effekter av nederbörd och koppling till grundvattennivåer i djupt berg. Data på nederbörden vid denna tidpunkt erhölls från mätningar utförda av SMHI vid en mätstation vid Forsmarksverket, kallad Högmasten (Figur 6). Nederbörden är redovisad för varje halvtimme. För undersökning av andra meteorologiska händelser och möjliga effekter på grundvattennivåerna i djupt berg studerades även ett högtryckstillfälle och ett lågtryckstillfälle. De valda lufttryckstillfällena anses som ovanligt stora jämfört med historiska data i området (SMHI, 2014). Figur 5. SMHI:s mätstation utmarkerad med blå triangel vid Forsmarksverket. Storskärets mätstation avslutades 2007. (SMHI, 2014). De möjliga responserna från dessa tre tillfällen undersöktes utifrån data i fyra kärnborrhål och ett hammarborrhål. Valet av de fem borrhålen baseras dels på resultaten som redovisas i SKB (2005) och Follin m fl (2007b), dels på mängden tillgänglig data samt på borrhålen läge inom 8

undersökningsområdet. I Figur 7 är de studerade kärnborrhålen markerade med röda cirklar. Hammarborrhålet är markerat med en röd prick. Data för de fem borrhålen redovisas i Appendix A. Figur 6. Undersökningsområdet med de fyra undersökta kärnborrhålen inringade, KFM06A, KFM10A, KFM02A och KFM03A, samt hammarborrhålet HFM02, som är markerat med en röd prick (Modifierad efter Follin & Stigsson 2014). 4.1 Grundvattennivåer i berg Berggrundens grundvattennivåer mäts med hjälp av tryckgivare och en logger lagrar data i SKB:s datainsamlingssystem HMS. Kärnborrhålen, som är djupast, är som mest uppdelade i tio stycken s k mätsektioner med en tryckgivare i varje mätsektion. Hammarborrhålen är som mest uppdelade i fyra mätsektioner. Mätsektionerna är i båda fallen åtskilda av gummimanschetter. Numreringen på mätsektionerna räknas underifrån och uppåt. Sektion nummer ett (1) återfinns alltså underst i varje kärn-/hammarborrhål. Grundvattennivån i den översta mätsektionen i berg ligger ofta nära grundvattenytan i ovanliggande jordlager. 9

Tryckloggern sparar data som regel varje halvtimme i HMS (Hydrologic Mesurement System) som är namnet på SKB:s programvara för att spara och plotta alla insamlade mätdata från loggrarna. Inträffar något onormalt jämfört med den senaste mätningen ändras mätintervallet till var tionde minut. Kalibrering av tryckgivarna sker i fält genom att jämföra tryckgivarens avläsning manuella nivåavläsningar, s k lodningar. 4.2 Modellanalys Hydraulisk diffusivitet kallas kvoten mellan markens vattengeomsläpplighet (hydraulisk konduktivitet, K, eller transmissivitet, T) och dess vattenhållande förmåga (specifik magasinskoefficient, S s, eller magasinskoefficient, S). För beräkning av deformationszonernas hydrauliska diffusivitet implementerades en analys föreslagen av Follin m fl (2007b). Förslaget innebär att ett approximativt värde på hydraulisk diffusivitet beräknades genom att använda ekvation (1) föreslagen av Streltsova (1988), där r 2 är avståndet från att deformationszonen skär borrhålet till att det går i dagen (Figur 8). Genom uträkningar med Pythagoras sats (2) kan man med ett djup ner till skärningen (a) och en längd på deformationszonen på ytan (b), räkna ut den tvärgående längden på deformationszonen (r). Parametern dt är tiden det tar för responsen att bli synlig i borrhålet och tas fram grafiskt genom att plotta borrhålsdata och nederbördsdata. = rr2 dddd (1) rr 2 = aa 2 + bb 2 (2) Figur 7. Parametrar för uträknande av hydraulisk diffusivitet för deformationszonen ZFMA2 (Illustrering av Larson, 2015 baserad på modell från Follin m fl(2007b). Modellen från Follin m fl (2007b) implementerades sedan på samtliga borrhål baserat på data insamlat under nederbördstillfället. 10

5. Resultat Tre olika meteorologiska scenarier under år 2014 har undersökts: Ett kraftigt nederbördstillfälle natten mellan den 21 och 22 september år 2014. Då föll 93 mm regn (SMHI, 2014), vilket motsvarar knappt en femtedel av årsmedelnederbörden i området, som är 559 mm (SKB, 2010). Nederbördspulsen syns i flera borrhål. Kärnborrhål KFM03A, KFM02A, KFM06A och KFM10A är de fyra kärnborrhål som valts ut för att studera nederbördens påverkan på grundvattennivåerna i berggrunden. Dessa borrhål valdes baserat på 1) tidigare indikationer (SKB 2005 och Follin m fl 2007b) att data från dessa är tillgängliga under just den perioden, 2) de är alla djupt borrade och 3) till sist borrhålens placering i området, dvs, de är väl utspridda inom undersökningsområdet. Ett kraftigt lågtryck kunde iakttas mellan den 15 och 25 juni år 2014. Under denna period höjdes havsytan i Östersjön. Samtidigt steg även grundvattennivåerna i kärnborrhål KFM06A, som ligger nära Östersjön. Avläsningar från kärnborrhål KFM06A presenteras i det följande. Ett kraftigt högtryck kunde iakttas mellan den 14 och 30 juli 2014. Korrelationen som visas här är från kärnborrhål KFM02A, som också ligger nära Östersjön. Avläsningar från kärnborrhål KFM02A presenteras i det följande. 5.1 Korrelation mellan nederbörd och grundvattennivåer i berg Korrelation mellan nederbörd och grundvattennivå är synliga i ett flertal djupt gående borrhål i berget. Kärnborrhålen KFM03A, KFM10A, KFM06A och KFM02A visade tydliga kopplingar till nederbörden natten mellan den 21 och 22 september, 2014. Följande data är framtaget från de fyra kärnborrhålen. 5.1.1 Kärnborrhål KFM03A Kärnborrhål KFM03A är beläget i den sydöstra delen av undersökningsområdet (Figur 8). Det är borrat med en nästan lodrät vinkel relativt lodplanet (ca 86 ) och är 995 m långt och har åtta mätsektioner. Borrhålet går bl a genom fyra flacka deformationszoner; ZFMA4, ZFMA7, ZFMB1 och ZFMA3. Figur 9 visar en vertikal profil i VNV-OSO riktning genom undersökningsområdet. KFM03A är rödmarkerat och de fyra flacka deformationszonerna som borrhålet korsar är namngivna. 11

Figur 8. Kärnborrhål KFM03A (markerat med röd cirkel) är beläget i den sydöstra delen av undersökningsområdet. (Modifierad efter Follin & Stigsson 2014). Figur 9. VNV-OSO profil med kärnborrhål KFM03A rödmarkerat. De svarta tvärgående linjerna är korsande flacka deformationszoner ZFMA5, ZFMA4, ZFMA7, ZFMB1 och ZFMA3. (Modifierad efter Stephens m fl 2015). 12

Figur 10 visar grundvattennivåresponser i de åtta sektionerna i borrhål KFM03A samplottat med nederbörden. De tydligaste responserna kan ses i de tre översta sektionerna, sektion 6, 7 och 8. Tabell 1 visar de åtta sektionerna, korsande deformationszoner och zonernas transmissivitet. Sektion 8 går genom det översta lagret av berg, innehållande de vattengenomsläppliga bankningsplan. Sektion 7 går genom deformationszon ZFMA4, som har hög transmissivitet och sektion 6 går genom deformationszonen ZFMA7, som också har hög transmissivitet. Resterande sektioner korsar inte några större deformationszoner, vilket förklarar den näst intill obefintliga responsen. Grundvattennivå (.m.ö.h) 2 10 1,5 1 9 0,5 8 0 7-0,5-1 6-1,5 5-2 -2,5 4-3 3-3,5 2-4 -4,5 1-5 0 21-sep 22-sep Tid 23-sep 24-sep Figur 10. De åtta sektionerna i kärnborrhål KFM03A plottade mot nederbördstillfället. Nederbörd (mm/30 min) Sektion 8 (0-351 m) Sektion 7 (352-402 m) Sektion 6 (403-472 m) Sektion 5 (473-633 m) Sektion 4 (634-650 m) Sektion 3 (651-820 m) Sektion 2 (821-969 m) Sektion 1 (970-995 m) nederbörd Tabell 1. De åtta mätsektionerna i kärnborrhål KFM03A med korsande deformationszoner, deras borrhålslängd och transmissivitet (SKB, 2014). Deformationszoner samt transmissivitet är markerat med gult för att understryka de viktigare delarna i tabellen. Deformationszon Borrhålslängd (m) T (m 2 /s) Sektion (m) 102-220 2.10 10-7 220-293 0.00 8 (0-351) 293-356 4.60 10-9 ZFMA4 356-399 1.01 10-4 7 (352-402) 399-448 2.01 10-8 ZFMA7 448-455 6.72 10-6 6 (403-472) 455-638 6.06 10-8 5 (473-633) ZFMB1 638-646 2.50 10-6 4 (634-650) 646-803 0.00 ZFMA3 803-816 2.86 10-8 3 (651-820) 816-942 0.00 2 (521-969) Possible DZ 942-949 3.46 10-7 949-1000 3.06 10-7 1 (970-995) 13

5.1.2 Kärnborrhål KFM10A Kärnborrhål KFM10A framgår av Figur 11. Det är 500 m långt och är borrat med en lutning mot NNO och ca 50 lutning mot lodplanet. Figur 13 visar en profil i nordvästlig riktning med kärnborrhål KFM10A rödmarkerat. KFM10A korsar bl a den största svagt slutande deformationszonen i området, ZFMA2. Tabell 2 visar data för de fem mätsektionerna i KFM10A. Figur 11. Kärnborrhål KFM10A situerat NV i området, markerat med en röd cirkel(modifierad efter Follin & Stigsson (2014)). 14

Figur 12. VNV-OSO profil med kärnborrhål KFM10A rödmarkerat. Korsande sprickdomän FFM03 och den flacka deformationszonen ZFMA2 syns tydligt. I intervallet 0-152 m skär borrhålet deformationszonen ZFMWNW0123 och i intervallet 153-352 skär borrhålet deformationszonen ZFMENE2403. Deformationszonen ZFMA2 korsar såväl mätsektion 1 som 2. (Modifierad efter Olofsson m fl 2007.) Tabell 2. De fem mätsektionerna i kärnborrhål KFM10A med korsande deformationszoner, deras borrhålslängd och transmissivitet (SKB, 2014). Deformationszoner samt transmissivitet är markerat med gult för att understryka de viktigare delarna i tabellen. Deformationszon Borrhålslängd (m) T (m 2 /s) Sektion (m) ZFMWNW0123 63-145 7.47 10-5 5 (0-152) 145-275 2.61 10-9 ZFMENE2403 275-284 0.00 284-430 4.98 10-7 4 (153-352) 3 (353-429) ZFMA2 430-449 2.92 10-5 2 (430-440) 449-478 0.00 ZFMA2 478-490 1.15 10-6 490-500 0.00 1 (441-500) Figur 14 visar borrhål KFM10A med fem sektioner samplottat med nederbördstillfället. Stora responser kan observeras i samtliga sektioner i borrhålet. De två övre sektionerna går båda genom de ytliga vattenledande bankningsplanen. De två djupaste sektionerna, 1 och 2, korsar båda den stora, svagt stupande och högt vattenledande deformationszonen ZFMA2 vilket kan ses i Tabell 2. 15

Grundvattennivå (m.ö.h) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0,6 0 21-sep 22-sep 23-sep 24-sep Tid Figur 13. Kärnborrhål KFM10A med fem sektioner, plottat mot nederbörd. Från 21 september till och med 24 september, 2014. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Nederbörd (mm/30 min) Sektion 5 (0-1552 m) Sektion 4 (153-352 m) Sektion 3 (353-429 m) Sektion 2 (430-440 m) Sektion 1 (441-500 m) Nederbörd 5.1.3 Kärnborrhål KFM06A Kärnborrhål KFM06A är 1000 m långt och är borrat i nordlig riktning, se Figur 14. Det korsar sju stycken brantstående deformationszoner. Figur 15 visar grundvattennivåer i kärnborrhål KFM06A:s åtta mätsektioner samplottat med nederbördstillfället. Samtliga sektioner korsar brant stupande deformationszoner (Tabell 3) och visar på liknande responser. 16

Figur 14. Kärnborrhål KFM06A är i denna figur markerat med en röd cirkel. (Modifierad efter Follin & Stigsson, 2014). 17

0,35 10 9 0,15 8 Grundvattennivå (m.ö.h) -0,05-0,25-0,45-0,65 7 6 5 4 3 2 1 Nederbörd (mm/30 min) Sektion 8 (0-150 m) Sektion 7 (151-246 m) Sektion 6 (247-340 m) Sektion 5 (341-362 m) Sektion 4 (363-737 m) Sektion 3 (738-748 m) Sektion 2 (749-826 m) Sektion 1 (827-1000 m) Nederbörd -0,85 0 21-sep 22-sep 23-sep 24-sep Tid Figur 15. Kärnborrhål KFM06A med åtta sektioner, plottat mot nederbörd. Från 21 september till och med 24 september, 2014. 18

Tabell 3. De åtta sektionerna i kärnborrhål KFM06A i tabell med deformationszoner, deras borrhålslängd och transmissivitet (SKB, 2014). Deformationszoner samt transmissivitet är markerat med gult för att understryka de viktigare delarna i tabellen. Deformationszon Borrhålslängd (m) T (m 2 /s) Sektion (m) Possible DZ 102-128 8.13 10-6 128-146 3.90 10-5 8 (0-150) 146-195 1.42 10-5 7 (151-246) ZFMENE0060B 195-278 4.54 10-5 ZFMB7 ZFMENE0060A 278-318 4.28 10-8 318-358 9.79 10-7 6 (247-340) 358-518 2.67 10-8 5 (341-362) ZFMNNE2273 518-545 0.00 545-619 0.00 ZFMNNE2255 619-624 4.26 10-10 Possible DZ 624-652 0.00 652-656 2.74 10-10 656-740 0.00 4 (362-737) ZFMNNE0725 740-775 3.40 10-7 3 (738-748) 775-788 0.00 ZFMENE0061 788-810 0.00 Possible DZ 810-882 0.00 882-905 0.00 2 (749-826) Possible DZ 905-925 0.00 925-933 0.00 1 (827-1000) 933-950 0.00 ZFMNNE2280 950-990 0.00 990-998 0.00 5.1.4 Kärnborrhål KFM02A Kärnborrhål KFM02A ligger i den sydöstra delen av undersökningsområdet och är ett 1002 m långt borrhål som är borrat i det närmaste vertikalt ner i berget (ca 85 mot lodplanet). Figur 17 visar en tvärsektion med kärnborrhål KFM02A rödmarkerat med samtliga fem korsande, svagt lutande deformationszoner; ZFM866, ZFMA3, ZFMA2, ZFMF1 och ZFMB4. 19

Figur 16. Kärnborrhål KFM02A markerat med en röd cirkel. (Modifierad efter Follin & Stigsson (2014)). Figur 17. VNV-OSO profil med kärnborrhål KFM02A rödmarkerat. Korsande flacka deformationszoner ZFM866, ZFMA3, ZFMA2, ZFMF1 och ZFMB4 är de svarta tvärgående linjerna. (Modifierad efter Stephens m fl 2015). 20

Figur 18 visar grundvattennivåer i kärnborrhål KFM02A samplottat med nederbörden. Samtliga mätsektioner korsar deformationszoner (Tabell 4) och uppvisar grundvattennivåresponser. De två översta sektionerna, som går genom bankningsplan, har en stadig och stor respons. Sektion 6 går genom en liten zon, ZFM1189, inte synlig på tvärsektionen. Sektionerna 5, 4 och 3 går genom de svagt stupande deformationszonerna ZFMA2 och ZFMF1 med transmissivitet på runt 2,85*10-6 till 4,66*10-6 m 2 /s. De djupast belägna sektionerna, sektion 2 och 1, går båda delvis genom den svagt lutande deformationszonen ZFMB4 som har en transmissivitet på 2,62*10-9 m 2 /s och med omkringliggande berg med transmissivitet närmare noll. 1,2 10 1 0,8 8 Grundvattennivå (m.ö.h) 0,6 0,4 0,2 0-0,2 6 4 2 Nederbörd (mm/30 min) Sektion 8 (0-132 m) Sektion 7 (133-240 m) Sektion 6 (241-410 m) Sektion 5 (411-442 m) Sektion 4 (443-489 m) Sektion 3 (490-518 m) Sektion 2 (519-888 m) Sektion 1 (889-1002 m) Nederbörd -0,4-0,6 0 21-sep 22-sep 23-sep 24-sep Tid Figur 18. Kärnborrhål KFM02A med åtta mätsektioner under perioden 21-24 september, 2014. 21

Tabell 4. De åtta sektionerna i kärnborrhål KFM02A i tabell med deformationszoner, deras borrhålslängd och transmissivitet(skb, 2014). Deformationszoner samt transmissivitet är markerat med gult för att understryka de viktigare delarna i tabellen. Deformationszon Borrhålslängd (m) T (m 2 /s) Sektion (m) 100-110 3.28 10-8 ZFM866 110-122 1.07 10-4 122-160 1.66 10-7 ZFMA3 160-184 3.46 10-6 184-240 7.78 10-7 8 (0-132) 7 (133-240) ZFM1189 240-310 1.03 10-6 6 (241-410) 310-417 7.62 10-8 ZFMA2 417-442 2.85 10-6 5 (411-442) 442-476 1.90 10-7 4 (443-489) 3 (490-518) ZFMF1 476-520 4.66 10-6 Possible DZ 520-600 0.00 600-893 0.00 ZFMB4 893-905 2.62 10-9 Possible DZ Possible DZ 905-922 0.00 922-925 0.00 925-976 0.00 976-982 0.00 982-1001 0.00 2 (519-888) 1 (889-1001) 22

5.1.5 Hammarborrhål HFM02 HFM02 är ett 100 m långt hammarborrhål som är beläget nära borrplats 1 (DS1), se Figur 19 Hammarborrhål HFM02 har tre mätsektioner vilka helt eller delvis skär genom den svagt lutande deformationszonen ZFMA2 (Figur 20). En ökning av grundvattennivån på ca 0,7 m kan ses under den studerade perioden 21-24 september 2014 (Figur 21). Figur 19. Hammarborrhål HFM02 markerat med en röd prick (Modifierad efter Follin & Stigsson, 2014). 23

Figur 20. VNV-OSO profil med hammarborrhål HFM02 rödmarkerat. Korsande flacka deformationszoner ZFM866, ZFMA3, ZFMA2, ZFMF1 och ZFMB4 är de svarta tvärgående linjerna. (Modifierad efter Stephens m fl 2015). 3,5 10 Grundvattennivå (m.ö.h) 9 3 8 2,5 7 2 6 1,5 5 4 1 3 0,5 2 0 1 21-sep 22-sep 22-sep 23-sep 23-sep -0,5 0 Nederbörd (mm/30 min) Sektion 3 (0-37 m) Sektion 2 (38-48 m) Sektion 1 (49-100 m) Nederbörd Figur 21. Hammarborrhål HFM02 med tre mätsektioner under perioden 21-24 september, 2014. 24

5.2 Korrelation mellan lufttryck, havsnivå och grundvattennivån i djupa borrhål Vid storskaliga lufttrycksskillnader över Östersjön stiger/sjunker havsnivån utanför Forsmark om det råder lågtryck/högtryck närmast Sveriges kust. Ändringar i vattentrycket på havsbottnen kan få som följd att grundvattennivåerna i bergrunden inne på land också ändras beroende på om deformationszonerna som finns under havsbottnen fortsätter in under land. I detta avsnitt avhandlas grundvattennivådata från kärnborrhål KFM02A och KFM06A, som båda är belägna relativt nära havet i Forsmark. 5.2.1 Högtryck, havsyta och kärnborrhål KFM02A Mellan den 14 juli och 30 juli kom ett högtryck in över landet och med en liten fasförskjutning sjunker havsnivån, se Figur 23. Borrhålet KFM02A är uppdelat i åtta mätsektioner och grundvattennivåerna i dessa är plottade mot lufttryck och havsnivå i olika grafer i Figur 24. Av Figur 24 framgår att grundvattennivån i de åtta sektionerna följer havsytans nivåförändring i olika grad. Mätsektionerna 5-8 korsar deformationszoner som med säkerhet även förekommer under havsbottnen. Lufttryck (mbar) 1035 1030 1025 1020 1015 1010 1005 14-jul 19-jul 24-jul 29-jul Tid 0-0,05-0,1-0,15-0,2-0,25-0,3-0,35-0,4-0,45 Havsyta (m.ö.h) Lufttryck Havsyta Figur 22. Lufttryck och havsnivå under perioden 14-30 juli 2014. Ett högtryck kommer in över landet runt den 14 juli och havsnivån sjunker med en liten fasförskjutning (SMHI, 2014). 25

HAvsyta & Grundvattennivå (m.ö.h) 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7-0,8-0,9 14-jul 19-jul 24-jul 29-jul Tid Sektion 8 (0-132 m) Sektion 7 (133-240 m) Sektion 6 (241-410 m) Sektion 5 (411-442 m) Sektion 4 (443-489 m) Sektion 3 (490-518 m) Sektion 2 (519-888 m) Sektion 1 (889-1002 m) Havsyta Figur 23. Havsnivå tillsammans med grundvattennivåer i kärnborrhål KFM02A under perioden 14-30 juli, 2014. Grundvattennivån i de åtta sektionerna följer havsytans nivåförändring i olika grad. Mätsektionerna 5-8 korsar deformationszoner som även förekommer under havsbottnen. 5.2.2 Lågtryck, havsyta och kärnborrhål KFM06A Den 18 juni 2014 kom ett lågtryck in över landet och med en liten fasförskjutning stiger havsnivån, se Figur 24. Borrhålet KFM06A är uppdelat i åtta mätsektioner och grundvattennivåerna i dessa är plottade mot lufttryck och havsnivå i olika grafer i Figur 26. Av Figur 26 framgår att grundvattennivån i de åtta sektionerna följer havsytans nivåförändring i olika grad. Mätsektion 6 korsar deformationszoner som med säkerhet även förekommer under havsbottnen. 26

Lufttryck (mbar) 1024 1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 1008 1006 1004 1002 1000 14-jun 19-jun 24-jun 29-jun Tid 0,05 0-0,05-0,1-0,15-0,2-0,25-0,3-0,35-0,4-0,45-0,5 Havsyta (m.ö.h) Lufttryck Havsyta Figur 24. Lufttryck och havsyta under perioden 14-30 juni år 2014. Ett lågtryck kommer in över landet runt den 14 juli och en reaktion på detta syns som en höjning av havsytan (SMHI, 2014). 0,4 0,2 Grundvattennivå (m.ö.h) 0-0,2-0,4-0,6-0,8-1 14-jun 19-jun 24-jun 29-jun Tid Sektion 8 Sektion 7 Sektion 6 Sektion 5 Sektion 4 Sektion 3 Sektion 2 Sektion 1 Havsyta Figur 25. Havsnivå tillsammans med grundvattennivåer i kärnborrhål KFM06A under perioden 14-30 juni, 2014. Grundvattennivån i de åtta sektionerna följer havsytans nivåförändring i olika grad. Mätsektion 6 korsar deformationszoner som med säkerhet även förekommer under havsbottnen. 27

5.3 Modellanalys av nederbördsresponser En utvärdering av nederbördsresponser har gjorts hos borrhål som korsar deformationszoner som går upp i dagen. Samtliga hydrauliska diffusiviteter är uträknade med ekvation (1). 5.3.1 Deformationszon ZFMA4 Höjningen av grundvattennivån i borrhål KFM03A, betecknad S i Figur 27, var 0,5 m och tiden till en synlig respons var 12 h. Ekvation (1) ger en hydraulisk diffusivitet på zon ZFMA4 på 42 m 2 /s Figur 26. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMA4. 5.3.2 Deformationszon ZFMA7 Höjningen av grundvattennivån i borrhål KFM03A, betecknad S i Figur 28, var 0,8 m och tiden till en synlig respons var 12 h. Ekvation (1) ger en hydraulisk diffusivitet på zon ZFMA7 på 50 m 2 /s. Figur 27. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMA7. 5.3.3 Deformationszon ZFMB1 Höjningen av grundvattennivån i borrhål KFM10A, betecknad S i Figur 29, var 0,2 m och tiden till en synlig respons var 24 h. Ekvation (1) ger en hydraulisk diffusivitet på zon ZFMB1 på 34 m 2 /s. 28

Figur 28. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMB1. 5.3.4 Deformationszon ZFMA2 Höjningen av grundvattennivån i borrhål KFM10A, betecknad S i Figur 30, var 1,1 m och tiden till en synlig respons var 6 h. Ekvation (1) ger en hydraulisk diffusivitet på zon ZFMA2 på 54 m 2 /s. Figur 29. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMA2. 5.3.5 Deformationszon ZFMENE0060B Höjningen av grundvattennivån i borrhål KFM06A, betecknad S i Figur 31, var 0,1 m och tiden till en synlig respons var 10 h. Ekvation (1) ger en hydraulisk diffusivitet på zon ZFMENE0060B på 5 m 2 /s. 29

Figur 30. Beräkning av hydraulisk diffusivitet för deformationszon ZFMENE0060B. 5.3.6 Sammanfattning av modellanalys Resultat från föregående kapitels analyser har sammanställts nedan i Tabell 5. Tabell 5. Grundvattenhöjning (s), responstid (dt), transmissivitet (T), avstånd längs deformationszonen från markytan (r) samt hydraulisk diffusivitet (α) för deformationszonerna ZFMA4, ZFMA7, ZFMB1, ZFMA2 och ZFMENE0060B. Deformationszon s (m) dt (h) T (m 2 /s) r (m) α (m 2 /s) ZFMA4 0.5 12 1.0 10-4 1346 42 ZFMA7 0.8 12 6.7 10-6 1471 50 ZFMB1 0.2 24 2.5 10-6 1723 34 ZFMA2 1.1 6 2.9 10-6 1077 54 ZFMENE0060B 0.1 10 4.0 10-5 430 5 30

6. Diskussion Korrelationerna mellan meteorologiska händelser och grundvattennivåresponser i djupt berg är i några fall entydiga och i andra fall mer osäkra. Berggrunden har väldigt komplexa strukturer vilket komplicerar tolkningsarbetet. Nedanför diskuteras resultaten samt osäkerheterna i tolkningen. 6.1 Korrelation mellan nederbörd och grundvattennivå Nederbördstillfället 21-22 september 2014 gav entydiga korrelationer i många mätsektioner oavsett djup. Anledningen till detta kan vara att det var en så pass stor puls över hela området att en reaktion i mer eller mindre alla borrhål är väntad. Nederbördsdata togs från SMHIs mätstation vid Forsmarksverket (Högmasten) som ligger i de norra delarna av området. Ytterligare en station har tidigare funnits finns i de södra delarna men den togs ur drift 2007. På borrplats 1 finns sedan 2013 en ny station, Labbomasten. Nederbörden uppmätt i den norra delen av området får alltså representera hela området vilket skulle kunna vara en felkälla när reaktioner i borrhålen, som är utspridda över hela området, undersöks.nederbörden antas dock vara lika stor över hela området för det undersökta tillfället. Insamlingen av data på nederbörd respektive grundvattennivå sker på olika sätt och med olika frekvens. Nederbördsdata loggas och sparas konstant varje halvtimme och grundvattennivåer loggas och sparas mellan varannan timme och upp till var tionde minut. Detta gör det krångligare att plotta data mot varandra eftersom data från tidsserierna måste tas bort för att matcha varandra. Reaktionerna i graferna blir alltså lite utjämnade och för exakta grafer bör de plottas enskilt. 6.2 Korrelation mellan lufttryck, havsnivå och grundvattennivå Kopplingen mellan lufttryck, havsnivå och grundvattennivå är inte uppenbar. Inverkan av andra faktorer som t ex vind har erkänt stor betydelse för havnivån och tidaleffekter har ofta stor betydelse för grundvattennivån. Vid de studerade tillfällena med högtryck respektive lågtryck var det emellertid ingen nederbörd varför en påverkan av nederbörd är uteslutet vid dessa tidpunkter. Eftersom mätsektionerna i borrhålen KFM06A och KFM02A är isolerade med borrhålsmanschetter och borrhålen som sådana båda är belägna realtivt nära Östersjön är en korrelation med havsnivån en rimlig förklaringsmodell. Hade borrhålen däremot varit öppna mot atmosfären, dvs saknat manschetter, hade det varit mer sannolikt att även lufttrycket hade påverkat grundvattennivån. 6.3 Skillnader mellan flacka och brant stupande deformationszoner Skillnader i transmissivitet och diffusivitet mellan flacka och brant stupande deformationszoner är de enskilt största förklaringarna till de observerade responserna. Diffusivitetsberäkningarna, som räknar på ett approximativt värde på den hydrauliska diffusiviteten för varje deformationszon, påvisar likasom transmissivitetsvärdena, att de flacka zonerna har större hydraulisk diffusivitet än de brant stupande zonerna. För diffusivitet räknas varje borrhål för sig och man tar i åtanke tiden det tar för 31

responsen att synas nere på ett visst djup i borrhålet i just denna deformationszon. Beräkningarna visar inte på någon skillnad från det man kan vänta sig från värdena på den hydrauliska transmissiviteten i zonerna men det är ett effektivt sätt att visa på skillnader i deformationszonernas vattenledande förmåga. Information om den vattenledande förmågan är av stor betydelse för planeringen av bygget av ett slutförvar för använt kärnbränsle, 470 m ner i berget. 32

7. Slutsatser Det stora nederbördstillfället natten mellan den 21 och 22 september 2014 gav tydliga tryckresponser i ett flertal borrhål. Tryckresponsernas storlek varierar beroende på var borrhålen är belägna och hur djupt de är borrade. Vidare, borrhål som korsar flacka deformationszoner påvisar större och snabbare tryckrespons än borrhål som korsar vertikala eller brant stupande deformationszoner. Tidigare pumptester och analyser har påvisat att de svagt stupande zonerna har ett större värde på den hydrauliska transmissiviteten och den hydrauliska diffusiviteten än vad de brant stupande zonerna har (Follin m fl 2007b). En trolig orsak till detta förhållande är den höga horisontalspänningen och den låga vertikalspänningen som finns i berget i Forsmarksregionen (Follin & Stigsson 2014). Denna spänningskontrast håller de flacka deformationszonerna mer öppna och därmed mer vattenförande än de brant stupande. Högtryck orsakar en sänkt havsyta vilket i sin tur sänker grundvattennivåerna i berget i zoner som fortsätter in under havet. Lågtryck orsakar ett omvänt beteende; en höjd havsyta höjer grundvattennivån i borrhålens mätsektioner Kopplingar mellan hydrologin i djupt berg och processer vid markytan är värdefull kunskap då ett slutförvar för använt kärnbränsle ska byggas i berget i Forsmark. 33

8. Tack Jag vill först och främst tacka Susanna Andrén och Göran Rydén från Svensk Kärnbränslehantering för all hjälp med material, fältarbete och information från Forsmark. Jag vill även tacka mina handledare, professor Auli Niemi och docent Sven Follin för alla goda råd och hjälp längs vägen. Ett extra tack till professor Roger Herbert för all hjälp och stöd under arbetets gång. Till sist vill jag tacka för kontorsplatsen på Golder Associates AB och all personal där som varit väldigt vänliga och hjälpt mig under arbetets gång. 34

9. Referenser Axelsson, C.-L. & Follin, S., 2000. Grundvattensänkning och dess effekter vid byggnation och drift av ett djupförvar (SKB Rapport R-00-21), Stockholm: Svensk Kärnbränslehantering AB. Follin, S., 2008. Bedrock hydrogeology Forsmark. Site descriptive modelling, SDM-Site Forsmark (SKB Rapport R-08-95), Stockholm: Svensk Kärnbränslehantering AB. Follin, S., Johansson, P-O., Hartley, L., Jackson, P., Roberts, D. & Marsic, N., 2007. Hydrogeological conceptual model development and numerical modelling using CONNECTFLOW, Forsmark modelling stage 2.2 (SKB Rapport R-07-49), Stockholm: Svensk Kärnbränslehantering AB. Follin, S. & Stigsson, M., 2013. A transmissivity model for deformation zones in fractured crystalline rock and its possible correlation to in situ stress at the proposed high-level nuclear waste repository site at Forsmark, Sweden. Hydrogeology Journal, 22(2). doi: 10.1007/s10040-013-1078-9. Olofsson, I., Simenov, A., Stephens, M., Follin, S., Nilsson, A-C., Röshoff, K., Lindberg, U., Lanaro, F., Fredriksson, A. & Persson, L., 2007. Site descriptive modelling Forsmark, stage 2.2 A fracture domain concept as a basis for the statistical modelling of fractures and minor deformation zones, and interdiciplinary coordination (SKB Rapport R-07-15), Stockholm: Svensk Kärnbränslehantering AB. SKB, 2005. Preliminary site description Forsmark area - version 1.2 (SKB Rapport R-05-18), Stockholm: Svensk Kärnbränslehantering AB. SKB, 2010. Säkerhetsredovisning för drift av slutförvarsanläggning för använt kärnbränsle (SR-Drift) kapitel 2 - Förläggningsplats (SKB Rapport dok.id 1091847), Oskarshamn: Svensk Kärnbränslehantering AB. Stephens, M., Follin, S., Petersson, J., Isaksson, H., Juhlin, C. & Simenov, A., 2015. Review of the deterministic modelling of deformation zones and fracture domains at the site proposed for a spent nuclear fuel repository, Sweden, and consequences of structural anisotropy. Tectonophysics,vol. 653, s. 68 94. doi: 10.1016/j.tecto.2015.03.027 Stephens, M. B., 2010. Forsmark site investigation. Bedrock geology overview and excursion guide (SKB Rapport R-10-04), Stockholm: Svensk Kärnbränslehantering. Streltsova T. D., 1988. Well testing in heterogeneous formations, New York: John Wiley & Sons. Statens vattenfallsverk, 1982. Characterization of deep-seated rock masses by means of borehole investigations: in-situ rock stress measurements, hydralic testing and core logging (Research and Development report 5:1), Vällingby: Statens vattenfallsverk. Werner, K., Hamrén, U. & Collinder, P., 2010. Vattenverksamhet i Forsmark (del 1) - Bortledande av grundvatten från slutförvarsanläggningen för använt kärnbränsle (SKB Rapport R-10-14), Stockholm: Svensk Kärnbränslehantering AB. Internetkällor SMHI, 2014. SMHI Air Webb. Tillgänglig på: http://www.airviro.smhi.se/forsmark/ Hämtad 19-03-2015. 35

Geosigma, 2015. Geosigma.se. Tillgänglig på: http://www.geosigma.se/projekt/borrhalsinstrumentering/ Hämtad 12-03-2015. 36

Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper ISSN 1650-6553