En artikel om olika grundvattenmagasinstyper (öppet och slutet grundvattenmagasin) och exempel på hur man delar in grundvattenmagasin både geografiskt och med djupet. Och hur magasinstypen inverkar på hur magasinet beter och och hur känsligt det är om det störs tex av en grundvattensänkningen vid ett schakt. Artikeln finns även på min LinkedIn.

Grundvattenmagasin – Ord, begrepp och några medskick

Ett problem med grundvattenmagasin kan vara just ordet grundvattenmagasin. Så skrev jag lite lösryckt i ett inlägg för ett tag sedan. Inlägget handlade om att ordet kan vara ett problem på grund av de missförstånd som uppstår när man använder ordet utan att man förklarar vad det är man menar och utan att sätta det i ett platsspecifikt och problemspecifikt sammanhang. Extra viktigt att komma ihåg att förklara när man pratar med andra kompetenser, och med den här artikeln vill jag ge dig som icke-hydrogeolog lite inblick i grunder. Inledningsvis lite om ord och benämningar, sedan lite mer av praktisk betydelse. Det finns ännu fler aspekter av detta att ta upp, så ett par till artiklar får det nog bli. I denna artikeln blir det:

• Ordkunskap grundvattenmagasin
• Indelning i vertikalled och avgränsning geografiskt
• Grundvattenmagasin i berg
• Undre grundvattenmagasin
• Tätande lager
• Övre grundvattenmagasin
• Öppna och slutna grundvattenmagasin

Ordkunskap

Ordet akvifer kommer från latinska orden aqua och fero och betyder vattenbärare. Akviferer är geologiska enheter som kan ge tillräckligt mycket vatten vid uttag för att vara av ekonomisk betydelse. I vårt landskap finns det flera geologiska avlagringar under grundvattennivån som inte är tillräckligt stora eller vattenförande för att uttag ut dem ska ha någon ekonomisk betydelse. De är alltså inte så vattenförande som en akvifer. De kan ändå vara av stor vikt om man ska bygga i eller nära dem, både för projektet och för projektets inverkan på omgivningen såsom ekosystem, enskilda brunnar etc. För att benämna dessa geologiska enheter lämpar sig ordet grundvattenmagasin bra, eftersom akvifer inte är helt korrekt då uttagskapaciteten ur de vattenförande jordlagren inte är så stor att den är av ekonomisk betydelse för samhället. Ordet grundvattenmagasin behövs alltså som ett komplement till ordet akvifer och har bredare användningsområde. Jag tror inte att någon skulle tycka att det är ett allvarligt fel att använda ordet akvifer mer allmänt, men det kan vara intressant att känna till att det faktiskt finne en definition för akvifer och att grundvattenmagasin fungerar bredare.

Jord- eller berglager som jämfört med andra jordlager i profilen har låg hydraulisk konduktivitet och därmed verkar uppbromsande för grundvattenströmningen kallas akvitard eller akvifug. De som faktiskt är täta kallas akviklud.

Indelning

I jord- och bergprofilen vid ett specifikt projekt eller en specifik frågeställning är det skillnaderna i olika lagers vattenförande förmåga relativt varandra som kommer att avgöra vad som händer när vatten bortleds eller tillförs.

Jag använder ordet grundvattenmagasin för de delar av jord- och bergprofilen som har tydligt högre hydraulisk konduktivitet än de minst genomsläppliga delarna i jord- och bergprofilen. De geologiska enheter som har betydelse för vattenföringen kallar jag alltså grundvattenmagasin. Jag brukar också benämna dem utifrån hur de är fördelade i vertikalled. Jag strävar alltså efter att dela in jord- och berglagerföljden uppifrån och ner i olika lager, och beroende på lagrens hydrauliska konduktivitet ser jag dem som akvifer (magasin), akvitard eller akviklud. För att kunna göra det behövs geologisk kunskap om typiska jordlagerföljder, vilket hjälps av geologiska kartor, och i mer detaljerat skede även undersökningsborrning. I bilden nedan visas ett generellt exempel på olika geologiska avlagringar i en jordlagerföljd.

Det slår mig när jag skriver detta att man kanske intuitivt tänker att indelning och avgränsning av grundvattenmagasin borde vara geografiskt, som på en plankarta. Det är också viktigt, att identifiera respektive grundvattenmagasins gränser i sidled för att se hur utbrett det är, och vad som finns vid dess gränser (täta lager, täta bergarter, ytvattendrag, akviferer). Men för att veta vad man letar efter behöver man först ha tänkt igenom lagerföljden och fördelningen av olika magasin och tätande/bromsande lager.

Bilden ovan och nedan är inte från samma ställe men visar ändå varför det inte räcker att titta på plankartor för att förstå vilka grundvattenmagasin som finns. Det finns mycket med än vad som syns i plan.

Tillgängliga kartor

När man använder sig av SGU:s jordartskarta är det viktigt att komma ihåg att den visar jordarter i ytan. SGU:s jorddjupskarta är ett bra komplement till jordartskartan. Det kan alltså finnas flera jordartslager med djupet. Så det går inte att identifiera vilka grundvattenmagasin som finns genom att titta på jordartskartan utan att koppla på geologisk kunskap om lagerföljder och berggrund. SGU har även en karta som heter Grundvatten, i den visas större (sannolikt mer betydande) grundvattenmagasin/akviferer. Men det finns alltså en mängd mindre, lokala grundvattenmagasin som inte markeras på kartor. I VISS finns grundvattenmagasin som klassats som grundvattenförekomster och har miljökvalitetsnormer.  Detta är extra viktiga grundvattenmagasin/akviferer som inte får påverkas negativt, men det kan alltså finnas en mängd mindre grundvattenmagasin utöver dessa som också är viktiga lokalt.

Så budskapet är att för att avgöra vilka grundvattenmagasin man har på en plats behöver man geologiska kunskap om väntad jordlagerföljd, berggrund och litteraturvärden/erfarenhetsvärden på hydraulisk konduktivitet. Litteraturvärden på hydraulisk konduktivitet finns i princip i varenda hydrogeologibok.

För att öka detaljeringsgraden i kunskapen behöver man platsspecifik undersökning. Har du ett vattenförande lager som ligger under grundvattennivån så har du ett grundvattenmagasin, även om det inte visas som “grundvattenmagasin” eller “grundvattenförekomst” i olika tillgängliga kartlager. Kartlagren kan vara till mycket stor hjälp för att jobba med bedömning av risker och miljökonsekvenser men grundvatten finns ju överallt i marken – bara olika stor mängd och olika lättrörligt.

Indelning i vertikalled

Den typiska geologin ser olika ut i olika delar av landet. Jag utgår från en klassisk västsvensk dalgång som exempel, och skickar med att ett av huvudbudskapen är att alltid definiera förhållandena på den aktuella platsen från fall till fall (även om man kommer långt med typmiljöer).

Berg

I vår värld är berg inte sådant man bestiger för utsikt, utan ett geologiskt material man borrar sig ner till. Berget har vi i botten, men hur långt ner spelar berget roll? För vissa projekt spelar bergets grundvatten ingen roll alls, exempelvis vid ytliga schakter och stora jorddjup. Ibland spelar det väldigt stor roll, vid schakt ner till berg eller schakt i berg. I ett schakt som avslutas en bit ovanför en vattenförande sedimentär bergart kan berget innebära stora problem med botteninstabilitet i schaktet på grund av tryckskillnaderna mellan berggrundvattnet och schaktet.

En väldigt viktig aspekt är vad det är för typ av berg. En del sedimentära bergarter kan vara väldigt vattenförande medan kristallint urberg i princip är tätt men har system av öppna sprickor som grundvatten kan röra sig i. Vattenströmning i kristallint urberg beter sig på ett ganska annorlunda sätt än vattenförande jordarter, och berget brukar kallas sprickakvifer. I hydrogeologiska bedömningar brukar man använda sig av regionala värden på det kristallina urbergets vattenförande förmåga, ett slags representativ värde i stor skala. För en specifik schakt kan det i praktiken visa sig att berget inte bidrog med något vatten alls utan var tätt, eller att berget var det största vattenproblemet på grund av att schaktet råkat pricka en uppsprucken och vattenförande del av berget som matar på med grundvatten från det komplext sammanlänkade spricksystemet.

Så är det kristallina urberget ett grundvattenmagasin? Det finns ju grundvatten i de sprickor i berget som är öppna, i på förhand är det omöjligt att veta om någon betydande sprickzon finns i eller nära projektet. Om berget bedöms vara av betydelse för grundvattenproblematik i ditt projekt, ja då behöver ni en benämning på grundvattenmagasinet i berg. Undre grundvattenmagasin i berg kan vara ett bra namn om det finns andra grundvattenmagasin högre upp i profilen.

Undre grundvattenmagasin i jord

Ovanpå bergöverytan finns det mycket ofta ett lager av morän, så kallad bottenmorän. Ofta överlagras moränen av andra jordarter och lager, i lågpunkter i terrängen ofta av lera. Vi har då ett undre grundvattenmagasin. Ofta är den ytligaste delen av det kristallina berget mer uppsprucken (då talar jag kanske om översta decimeterna-metern) och kan i praktiken ingå i det undre grundvattenmagasinet. Jag har märkt att vi ofta använder begreppet undre grundvattenmagasin för friktionsjord under tätare jordarter, och avser då inte det kristallina berget utan möjligtvis bara översta uppspruckna decimetrarna. Det är rimligt i de fall då den hydrauliska konduktiviteten hos moränen ovanpå berget är flera tiopotenser högre än i berget. Men för att undvika missförstånd borde man tydliggöra genom att säga undre grundvattenmagasin i jord. Det är jobbigt när båda säger undre grundvattenmagasin men den ena pratar om 1 meter morän och den andre om kanske 30 m urberg, missförstånden haglar.

Tätare lager av finmaterial

Lera, fin silt eller lermorän har lågt K-värde jämfört med andra jordlager i en jordprofil och verkar uppbromsande/avgränsande mellan grundvattenmagasin. De är inte helt ogenomsläppliga, det vill säga inte helt täta, utan det tar bara väldigt lång tid för betydande mängder vatten att transporteras genom dem. Ju mäktigare lagren är, desto mer uppbromsande verkar de. De kallas akvitarder och deras hydraulisk konduktivitet (K-värde) är kanske mellan 10^-11 m/s och 10^-8 m/s. Men vilket K-värde som verkar “uppbromsande” i en jordprofil behöver också relateras till de mer genomsläppliga jordlagrens K-värde. En morän med mycket finmaterial kan ha låg genomsläpplighet.

Övre grundvattenmagasin

Om det finns ett lager av fyllning eller friktionsjord ovanpå ett mindre genomsläppligt lager, såsom ett lerlager, så säger jag att det finns ett övre magasin. Men för att det ska vara ett grundvattenmagasin så räcker det inte med att lagret har en påtaglig vattenförande förmåga (K-värde), utan det behöver även finnas grundvatten, dvs en vattenmättad del av jordlagret som avgränsas uppåt av en grundvattenyta. Så innan man har mätningar och har klarlagt om det översta lagret har en vattenmättad zon eller inte eller bara under delar av året, så borde man kanske benämna exempelvis ett fyllningslager ovanpå lera som “potentiellt övre grundvattenmagasin”.

Detta kan vara av betydelse i miljöer där det finns grundläggningar med trä eller fornlämningar, dessa ruttnar om marken syresätts, vilket den gör om grundvattennivån sänks av. I stadsmiljö kan det råda komplexa förhållanden med varierande ytliga lager av fyllnadsmaterial, befintliga dräneringar och ledningsschakter ytligt i jordlagren. Det kan då vara svårt att ta reda på och landa i om det verkligen finns ett övre grundvattenmagasin som trägrundläggningarna är beroende av, eller om man kan dränera fyllningslagret ovan lera utan risk.

Annat kul

Utöver den klassiska lagerföljden som ger övre grundvattenmagasin, tätande lerlager, undre grundvattenmagasin och grundvattenmagasin i berg så kan det finns skikt av sand eller silt i leran, moränlinser, isälvsmaterial och allt möjligt som tydliggör att men behöver definiera de geologiska enheterna av betydelse från fall till fall. Och vad som är av betydelse måste man också definiera från fall till fall, projekt till projekt: Hur förhåller sig det som ska göras till de grundvattenmagasin och tätande lager som finns, vilka grundvattenmagasin kan få inverkan på inläckage, hydraulisk bottenupptryckning och dylikt? Hur kan grundvattenförhållandena påverka arbetet som ska utföras och dimensioneringen av det som ska byggas? Vad riskerar att hända i omgivningen till följd av arbetets inverka på grundvattenförhållandena? Vilka är skyddsobjekten och motstående intressen?

Slutna och öppna magasin

Väldigt viktiga begrepp, utöver definitionen av olika magasin och akvitarder som vi gjorde ovan, är öppna och slutna grundvattenmagasin. Om magasinet är öppet eller slutet har i sin tur stor inverkan på vad som händer när man leder bort vatten från det. Om ett magasin är öppet eller slutet inverkar på hur magasinet reagerar på tryckändringar, vilket i sin tur spelar roll för vilken effekt som uppkommer vid uttag av vatten från magasinet.

Huruvida ett magasin är öppet eller slutet har inget med jordarten i sig att göra, utan det avgörs av vad magasinet har över sig och under sig. Om det finns tätande lager direkt ovanför och nedanför grundvattenmagasinet, och magasinets trycknivå är högre än magasinets ovankant, så är magasinet slutet. Om något av de tätande lagren inte är helt tätt kallas magasinet för slutet magasin med läckage. Om grundvattenmagasinet inte har något tätande lager ovanför sig så är det öppet.

Grundvattensänkning i öppet magasin

I ett öppet magasin finns det en grundvattenyta. Grundvattenytan ställer in sig där atmosfärstrycket/lufttrycket och vattentrycket är lika stora. Från den ytan och nedåt är jordlagret vattenmättat, ovanför ytan är jordlagret inte vattenmättat men innehåller ändå vatten. Grundvattentrycket ovanför grundvattenytan är negativt (du kanske har hört om negativa portryck?). Om man gräver en grop under grundvattenytan och pumpar bort vatten från den så dräneras vatten från jorden och grundvattenytan sjunker. Vattnet man pumpar bort kommer alltså huvudsakligen från att jordlagret dräneras, det vatten som kan dräneras ut ur jorden med tyngdkraft är det som pumpas bort. När grundvattenytan sänks minskar även den vattenförande mäktigheten som magasinet har, vilket leder till att den totala vattentransporterande förmågan i horisontalled minskar. Det i sin tur leder till att mängden vatten som når din grop avtar.

Grundvattensänkning i slutet magasin

Ett slutet magasin en bit ner i jordprofilen under ett tätande lager är helt vattenmättat. Jordprofilen är vattenmättad från den övre grundvattenytan och ner. Grundvattentrycknivån i det undre slutna magasinet trycknivån ligger alltså på en högre nivå än vad själva grundvattenmagasinet ligger. Om man slår ner ett rör till det undre magasinet rinner vatten in i röret och fyller på röret upp till den nivån som magasinets trycknivå motsvarar. Om man skulle pumpa bort vatten från det slutna magasinet så kommer inte vattnet från att jordlagret dräneras eftersom själva jordlagret förblir vattenmättat (så länge man inte sänker trycket ända ner till det undre magasinet). Istället avges vatten från jordlagret på grund av att jordskelettet komprimeras när vattentrycket sänks (och vattentrycket sänks när man sänker vattennivån i röret). Hur mycket vatten som avges vid trycksänkning beskrivs med magasinets magasinskoefficient, och den är mycket mindre för slutna magasin än för öppna magasin. Därför blir det, vad man spontant tycker, ofta väldigt stora påverkansområden i slutna magasin även för små uttag. Det är för att det krävs en stor volym grundvattenmagasin för att avge den mängd vatten som krävs för att kompensera för flödet som pumpas bort från magasinet.

Sammanfattning

Avslutningsvis en sammanfattning. Vi inledde med ordkunskap kring akvifer och grundvattenmagasin. Sedan om identifiering av grundvattenmagasin och indelning av dem i vertikalled. Lite tips om nyttiga tillgängliga kartlager men och tips om att inte bara följa kartor för att identifiera grundvattenmagasin, utan snarare luta sig mot geologisk kunskap om hur jordlagerföljden kan tänkas se ut från markytan och ner. Att geologin är tredimensionell och mycket händer under markytan. Att grundvattenmagasin kan vara öppna eller slutna beroende på vilka andra lager som finns ovanför och nedanför dem. Om magasinet har öppna eller slutna förhållanden inverkar mycket på hur magasinet beter sig, hur det avger vatten, när man tar ut vatten ur det och hur stor volym av magasinet som påverkas av ett uttag.