Kartläggning av riskområden för inducerad infiltration
i grundvattentäkter
Kartläggning av riskområden för inducerad infiltration
i grundvattentäkter
Martin Sundström
Copyright © Martin Sundström Publicerad av Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet (www.geo.uu.se), Uppsala, 2019
Sammanfattning Kartläggning av riskområden för inducerad infiltration i grundvattentäkter Martin Sundström Uttag av grundvatten är viktigt då det förser nästan hälften av befolkningen i Sverige med dricksvatten. Vid uttag som leder till avsänkning av grundvattennivån kan en inträngning av organiskt material uppstå om det finns ett intilliggande ytvattendrag, ett fenomen som kallas inducerad infiltration. Nackdelarna vid den här typen av läckage från ytvatten är att det är svårt att kontrollerna och att det organiska materialet förbrukar syre, vilket i sin tur kan leda till att järn och mangan löses ut i grundvattenmagasinen. Omformningen från ytvatten till grundvatten går för fort och vattnet renas sämre med risken att också dricksvattenkvalitén försämras. I den här rapporten gjordes en kartläggning som markerade riskområden för inducerad infiltration i Sverige. Dessa områden visade sig finnas jämnt utspridda över hela landet. En närmare undersökning gjordes av mätserier från Gävleåsen och Vanåsen, två åsar som huserar grundvattentäkter. Vanåsen representerades endast av en mycket liten markering i kartläggningen men där visade sig en tydlig ökning av organisk halt och stora problem, medan Gävleåsen var mer synlig i kartan utan att ge något entydigt resultat av ökande halter. Slutsatsen är att där uppförande av vattentäkter planeras måste noggranna analyser utföras för att få en helhetsbild av området, intilliggande ytvattendrag och grundvattenflödets riktningar. Nyckelord: Inducerad infiltration, grundvatten, dricksvatten, Gävleåsen, Vanåsen Självständigt arbete i geovetenskap, 1GV029, 15 hp, 2019 Handledare: Roger Herbert Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet, Villavägen 16, 752 36 Uppsala (www.geo.uu.se) Hela publikationen finns tillgänglig på www.diva-portal.org
Abstract Mapping of Risk Areas for Induced Infiltration into Groundwater Martin Sundström The use of groundwater is important as it supplies almost half of the population in Sweden with drinking water. In the case of withdrawals that lead to a lowering of the groundwater level, an intrusion of organic material might occur if there is an adjacent surface watercourse, a phenomenon known as induced infiltration. The disadvantages of this type of leakage from surface water is that it is difficult to control and that the organic material consumes oxygen, which in turn can lead to iron and manganese being dissolved in the groundwater reservoirs. The transformation from surface water to groundwater goes too fast and the water isn’t filtered good enough with the risk that the quality of the drinking water also deteriorates. In this report, a mapping study was made to mark risk areas for induced infiltration in Sweden. These areas proved to be evenly distributed throughout the country. A closer examination was made of series of measurements from Gävleåsen and Vanåsen, two ridges with groundwater sewers. Vanåsen was only represented by a very small mark in the mapping, but there was a clear increase in organic content and major problems, while Gävleåsen was clearly visible in the map without giving any univocal result of increasing concentrations. The conclusion is that where construction of water sources is planned, detailed analyzes must be carried out in order to obtain an overall picture of the area, adjacent surface watercourses and the directions of the groundwater flow. Key words: Induced infiltration, groundwater, drinking water, Gävleåsen, Vanåsen Independent Project in Earth Science, 1GV029, 15 credits, 2019 Supervisor: Roger Herbert Department of Earth Sciences, Uppsala University, Villavägen 16, SE-752 36 Uppsala (www.geo.uu.se) The whole document is available at www.diva-portal.org
Innehållsförteckning 1. Inledning ............................................................................................. 1
1.2.2 Konstgjord grundvattenbildning ................................................................... 3
1.2.3 Problem med organisk halt och brunifiering av ytvatten .............................. 4
2. Metod .................................................................................................. 6
2.1 Kartläggningen .................................................................................................. 6
2.1 Avgränsningar ................................................................................................... 7
3. Resultat ............................................................................................... 7
3.1 Kartläggningen .................................................................................................. 7
3.2.1 Gävleåsen ................................................................................................... 9
3.2.2 Vanåsen .................................................................................................... 12
4. Diskussion ......................................................................................... 14
4.1 Kartläggningen ................................................................................................ 14
4.2.1 Gävleåsen ................................................................................................. 16
4.2.2 Vanåsen .................................................................................................... 16
1
1. Inledning I Sverige används grundvatten vid framställning av dricksvatten vid nästan 1500 olika vattenverk (Svenskt Vatten AB, 2010). Grundvattnet är en del av vattnets ständiga kretslopp. När nederbörd faller till marken i form av regn eller snö kommer det antingen att avdunsta tillbaka till atmosfären, rinna av på markytan till vattendrag eller infiltrera marken och bilda markvatten. Markvattnet fortsätter sedan att vandra ned i marken (perkolera) och det vatten som inte tas upp av växter på vägen nedåt kommer så småningom att nå grundvattenzonen (Svenskt Vatten AB, 2010). Grundvatten kan bildas då vattnet nått ned till en ogenomtränglig eller svårgenomtränglig yta som kan vara till exempel berggrund eller lera (Eriksson et al., 2011). Grundvattenytan motsvaras av den nivå på vilken hålrum, porer och sprickor i marken är helt vattenfyllda. Vanligtvis ligger denna nivå i Sverige på några meters djup (Svenskt Vatten AB, 2010). Eftersom grundvattenbildningen påverkas av nederbördsmängd, närhet till ytvattendrag, klimat och växtlighet kan det råda kraftig variation av grundvattennivån i olika delar av Sverige (Svenskt Vatten AB, 2010).
Nytt grundvatten kan även bildas genom en avsänkning av grundvattnets trycknivå så att en inträngning till ett grundvattenmagasin sker från ett närliggande ytvattendrag (se figur 1). Det kallas då för inducerad grundvattenbildning eller inducerad infiltration (Svenskt Vatten AB, 2010). En förutsättning är att grundvattenytan är lägre än ytvattendragets yta så att en viss gradient, där vattnet rör sig från en högre nivå till en lägre nivå, finns mot grundvattenmagasinet. En lägre grundvattenyta i magasinet uppkommer ofta vid pumpning och uttag av råvatten ur grundvattenmagasinet så att grundvattenytan sänks. Det krävs även hydraulisk kontakt eller hydraulisk kommunikation mellan ytvattnet och grundvattenmagasinet. Inducerad infiltration sker från botten eller strandkanten av ytvattendrag i mättade förhållanden (då alla porer i marken är fyllda med vatten) (Hansson, 2000).
Nackdelarna med inducerad infiltration är att vattnets uppehållstid i marken ofta blir kort, vilket leder till sämre rening. Det sker under mättade förhållanden i marken, vilket gör att syrehalten blir låg. Det sker också på ett okontrollerat sätt. Med okontrollerat menas att man inte exakt kan peka ut var i ett vattendrag infiltrationen sker, samt att infiltrationen kan variera med vattenmängden i vattendraget till exempel vid en översvämning (Hansson, 2000).
I Norden råder, i jämförelse med många andra delar av världen, god kvalitet på det råvatten som används för att producera dricksvatten. Som råvatten för dricksvattenproduktion håller vanligtvis grundvatten något högre kvalitet än ytvatten, där den stora skillnaden ligger i mängden organiskt material. Organiskt material kan sätta sin prägel på vatten genom att färga, göra det grumligt och orsaka lukt och smak. Det är humusämnen, organiskt kol från nedbrutna döda växter och djur i marken, som skapar en gul eller brunaktig färg. Humus kan även medföra sekundära problem då det nyttjas av bakterier och svampar. Det i sin tur kan leda till tillväxt av mikroorganismer som kan vara sjukdomsframkallande och bidra till dålig lukt och smak (Löfgren et al., 2003).
2
Grundvatten som råvatten kräver därför inte lika omfattande rening som ytvatten. Det är således av stor betydelse för landets vattenverk att undvika att grundvatten kommer i kontakt med organiskt material. Ju mindre halt organiskt material i grundvattnet desto bättre. Vid inducerad infiltration medföljer dock den icke önskvärda risken att halten organiskt material ökar i grundvattnet.
Figur 1. Princip för inducerad infiltration. (Blombergsson, 2000a)
1.1 Syfte Syftet med det här arbetet är att studera inducerad infiltration och problemen det medför. En kartläggning ska göras över områden där ytvattendrag korsar eller ligger nära intill ett grundvattenmagasin - områden där risken finns att det sker inducerad infiltration. En undersökning, i några utifrån kartläggningen utvalda områden, ska göras för att se om det finns grundvattentäkter där det har upplevts problem med inträngning av organiskt material och om det skett någon ökning av halter över tid. 1.2 Bakgrund 1.2.1 Grundvatten som dricksvatten Akvifer i geologisk terminologi, vardagligt kallat grundvattenmagasin, är en naturligt förekommande bildning ur vilken det går att extrahera grundvatten till dricksvattenproduktion i användbara mängder. Till en så kallad öppen akvifer kan nederbörd infiltrera genom ovanliggande lager mot en fri grundvattenyta som motsvarar grundvattenzonens övre gräns. Motsatsen kallas sluten akvifer och är då överlagrad av ett tätt, ogenomträngligt eller svårgenomträngligt, jordlager. Grundvattenbildningen till en sluten akvifer sker då istället antingen lokalt inom en
3
öppen del av magasinet eller utanför själva magasinet och strömmar sedan in (Svenskt Vatten AB, 2010).
Inom grundvattenmagasinen finns det mindre skyddade områden, grundvattentäkter, som enligt socialstyrelsens beskrivning är ett område för bortledande av grundvatten (eller ytvatten om det är en ytvattentäkt) och de tekniska anordningarna som behövs för att ta ut råvatten för vattenförsörjning. Från vattentäkterna leds råvattnet vidare till vattenverk för beredning (VattenInformationsSystem Sverige, n.d.).
Vattenskyddsområden är viktiga för att vi människor ska ha tillgång till rent dricksvatten både nu och i framtiden. Länsstyrelsen eller kommunen upprättar vattenskyddsområden kring de vattentäkter och dess tillrinningsområden där råvatten tas ut, från grundvatten eller ytvatten, för att skydda dessa mot föroreningar. Det finns många ämnen som är svåra för vattenverken att avlägsna och det är därför bättre att försöka motverka eller helt undvika förorening direkt vid källan istället för efteråt (Svenskt Vatten AB, 2016).
Uttag av grundvatten motsvarar ungefär hälften av det svenska dricksvattnet. Det är dock endast cirka hälften av själva grundvattnet, alltså 25% av det totala dricksvattnet, som kommer från naturlig grundvattenbildning. De andra 25 procenten kommer från konstgjord infiltration som bildar grundvatten och resterande 50% av vattenförsörjningen baseras direkt på behandlat ytvatten från sjöar och vattendrag (Hansson, 2000). Hansson (2000) gör även bedömningen att konstgjord grundvattenbildning kommer att fortsätta vara en viktig faktor för dricksvattenframställning i Sverige under lång tid framöver.
1.2.2 Konstgjord grundvattenbildning
Figur 2. De tre vanligaste infiltrationsmetoderna för konstgjord grundvattenbildning i Sverige. (Blombergsson, 2000b) I vissa områden räcker grundvattnet inte till. En stor befolkning att förse med dricksvatten leder till stora uttag av råvatten så att den naturliga grundvattenbildningen inte hinner med. Då tillförs nytt grundvatten istället på konstgjord väg. Genom att försöka efterlikna naturens egna processer pumpas ytvatten till rullstensåsar för att filtrera det. Enligt Svenskt Vatten (2010) ökar risken att grundvattnet får en förhöjd halt av organiskt material vid konstgjord infiltration. På grund av ytvattnets högre halt av organiskt material kan infiltrationen således orsaka
4
att den biologiska nedbrytningskapaciteten i marken inom infiltrationsområdet överstigs. Det i sin tur kan leda till att organiskt material når grundvattnet. Enligt Hansson (2000) är det i Sverige främst tre infiltrationsmetoder som används vid konstgjord grundvattenbildning (se figur 2). Dessa är följande tre:
• Bassänginfiltration: Pumpning av vatten från ett ytvattendrag till bassänger där det får infiltrera och renas. Det är den vanligaste metoden kommunala bolag använder vid dricksvattenförsörjning i Sverige.
• Djupinfiltration: Förbehandlat ytvatten infiltreras i brunnar. Denna metod är vanlig då ett tätt jordlager hindrar infiltrationen av markvatten.
• Inducerad infiltration: Det finns vattentäkter som använder inducerad infiltration för ökad grundvattenbildning tack vare att det utgör ett mindre ingrepp i naturen och medför lägre kostnader. Riskerna med korta uppehållstider och syreförbrukande förhållanden kvarstår dock. Höga halter av järn, mangan och organiskt material tvingar ofta anläggningar av den här typen till efterbehandling. Efterbehandlingen kan bestå av någon sorts återinfiltration till bassänger, varför begreppen om vilken sorts anläggning det gäller ibland blandas ihop.
1.2.3 Problem med organisk halt och brunifiering av ytvatten Det finns flera olika metoder för att mäta halten organiskt material i vatten. Här listas några exempel som nämns i denna rapport:
• Dissolved organic carbon (DOC): Koncentration upplöst organiskt kol i ett vattenprov (Köhler et al., 2013).
• Total organic carbon (TOC): Total mängd organiskt kol i ett vattenprov, ger ett bra mått på humushalten i vattnet (Löfgren et al., 2003).
• Chemical oxygen demand (CODMn): Kemisk syreförbrukning. Anges som syre. Mäts genom oxidering av vattenprov med kaliumpermanganat som oxidationsmedel och beräkning motsvarande mängd syre som provets organiska material förbrukar (Utbildningsstyrelsen, 2013).
• Turbiditet: Talar om hur mycket partiklar som finns i suspension, vilket lite mer vardagligt kan sägas ge ett värde på vattnets grumlighet. Ingen direkt metod för att mäta organiskt material men det kan ge en indikation på att det kan finnas påverkan från ämnen som järn, mangan eller organiskt material (Jädra Gård AB, n.d.).
Organiskt material, så som kol, i sjöar och vattendrag är en blandning av det som tillförts från omgivningen och det som bildats i vattnet. Vanligen delas det upp beroende på dess ursprungskälla. Det kol som produceras utanför sjön i en extern källa kallas alloktont, medan det kolet som produceras i sjön av primärproducenter kallas autoktont (Tranvik et al., 2009). Under våta perioder när flödet från land till sjö
5
är högt är andelen alloktont DOC också högt men minskar under torra perioder när flödet är lågt och andelen autoktont DOC istället ökar (Köhler et al., 2013). Det har från många håll på det norra halvklotet rapporterats i olika studier om brunifiering, som det kallas när sjöar och vattendrag färgas mörkare av organiskt material. Fenomenet har kopplats samman med ökad koncentration av upplöst organisk kol (DOC), ökning av halt totalt järn och förändringar i de ljusabsorberande egenskaperna hos upplöst organiskt material. Det har presenterats flera orsaker till ökningen av DOC i ytvatten, bland annat torrare klimat, våtare klimat, ökande temperaturer eller minskningar av sura ansamlingar. Interaktionen mellan järn och DOC är känd som en brunifierande faktor i ytvattnen. Brunare vatten är ett allvarligt problem i områden som är beroende av ytvatten för dricksvattenförsörjning, eftersom kostnaden för vattenbehandling kan öka och tillsatsen av klor för rening av organiskt material kan producera cancerframkallande ämnen. Mörkare vatten kan dessutom komma att förändra värmegenskaperna i sjön och potentiellt öka antalet algblomningar eller påverka produktiviteten i flera nivåer i näringskedjan (Köhler et al., 2013).
Enligt (Löfgren et al., 2003) är det statistiskt säkerställt att humushalten ökat i sjöar i södra Sverige. En inventering av nordiska sjöar och vattendrag i mitten av 1990- talet visade att de mest färgade vattnen återfanns i de sydöstra delarna av landet. Där var det sällan som siktdjupet översteg 1 meter. Färgen på en del av dessa vattendrag påminde om kaffe. Den organiska halten i vattnen mättes i den undersökningen som totalt organiskt kol (TOC) och uppnådde då ofta halter över 20 mg/l i jämförelse med de alpina delarna av Norge där halten ofta var under 1 mg/l med ett siktdjup på över 10 meter (Löfgren et al., 2003).
På grund av den mikrobiella aktiviteten, mikroorganismer som genom nedbrytning av organiskt material förbrukar syre och bildar koldioxid, råder ett koldioxidöverskott och ett underskott av syre i marken. Det gäller främst i vattenmättad mark (som vid infiltration från botten av ett ytvatten in till ett grundvattenmagasin) där det råder mer eller mindre temporär syrebrist. Markandningen, ett gasutbyte mellan koldioxidet i marken som diffunderar till atmosfären samtidigt som syre går den andra vägen, försvåras i vattenmättade förhållanden. Det beror på att gasdiffusionen är mycket långsammare i vätskefas än i gasfas. I grundvatten där organiskt material trängt in råder ofta reducerade förhållanden och det organiska materialet kan bli kvar längre eftersom nedbrytningen då går långsammare (Eriksson et al., 2011). Om nedbrytningen av den förhöjda halten organiskt material konsumerar det infiltrerande vattnets syre i högre takt än nytt syre tillförs, så att en syrefri miljö uppstår, riskerar även järn och mangan att lösas i magasinen. Metallerna transporteras vidare med grundvattnet och utfällning kan sedan ske vid kontakt med atmosfärens syre. Utfällning är vanlig i uttagsbrunnar eller rentav hemma i köket och problem riskerar att uppstå både med vattnet och med ledningar som sätts igen (Hansson, 2000; Svenskt Vatten AB, 2010). För höga halter av järn och mangan i grundvattentäkter är ett vanligt problem runt om i landet. Det kan medföra att vattnet färgas och smakar sämre. Järn kan ge en rostbrun färgton och mangan ger svart färg. Utfällningar kan, förutom problem med ledningar, till och med leda till skador eller missfärgning av textilier vid tvätt (Aastrup et al., 1995).
6
Uppehållstiden i marken spelar stor roll för vattnets rening och kvalitet. Vattnets grumlighet, salthalt, organiska halt och bakteriehalt reduceras i och med filtrering genom jordlagren på vägen nedåt. Korta uppehållstider mellan vattnets infiltration vid markytan tills att det når en uttagsbrunn leder till en mindre tillfredsställande omformning från ytvatten till grundvatten med sämre rening och mindre temperatursänkning (Hansson, 2000; Sundén et al., 2010). I upp till runt 2 månader pågår fortfarande en kvalitetsförbättring av vattnet. För att jämna ut vattnets temperatur sett över ett år krävs det ungefär 1 månads uppehållstid. Vid konstgjord infiltration krävs en infiltrationstid på minst 14 dagar för att ett vattenverk ska räknas som grundvattenverk (Svenskt Vatten AB, 2010). Uppehållstider på under 14 dagar gör att vattnet riskerar att inte nå riktvärdet för grundvattentemperatur på 12ºC, vilket kan orsaka problem med lukt, smak och bakterietillväxt på grund av temperaturhöjning sommartid (Hansson, 2000). Det behövs material med sandiga eller grusiga, lagom genomsläppliga, egenskaper i stora volymer för att få en god vattenrening. Isälvsmaterial i form av rullstensåsar är särskilt lämpliga för infiltration och magasinering för dricksvattenförsörjning (Nordström, 2017).
2. Metod För att uppnå arbetets syfte valdes en litteraturstudie som metod för att hitta bakgrundsfakta om grundvatten, organiskt material och till själva problemen med inducerad infiltration. Till kartläggningen valdes en analys med mjukvara för geografiska informationssystem (GIS) som metod för att producera en karta. För att få data från grundvattentäkter kontaktades sedan vattenbolag. De specifika områden som studerades var: Vanåsen utanför Vansbro och Gävleåsen i utkanten av Gävle. 2.1 Kartläggningen För kartläggningen av riskområdena gjordes en analys i GIS-programmet Arcmap 10.2. Kartmaterialet till detta hämtades från Sveriges Lantbruksuniversitets (SLU:s) kartdatabas GET. Rättigheterna ägs av Lantmäteriet för bakgrundskartan Översiktskartan och Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) för den överliggande kartan Grundvattenmagasin. I kartan över grundvattenmagasinen fanns ett lager som visade alla olika typer magasin, oavsett vilken sorts överliggande jordartstyp. Det fanns också ett lager som visade Låggenomsläppligt lager ovanpå grundvattenmagasin. Med hjälp av erase-funktionen i Arcmap togs magasinen med ett låggenomsläppligt jordlager ovan bort, för att endast få kvar öppna magasin där infiltration kan ske obehindrat. Efter detta gjordes en överlagring, med hjälp av intersect-funktionen, av de öppna magasinen tillsammans med lagren Vattendrag (som begränsades till minst 10 km långa för att kartan skulle bli någorlunda visuell och inte allt för ”stökig” med små vattendrag överallt) och sedan Sjöar från Översiktskartan. Resultatet av överlagringen gav i sin tur de områden där magasin och vattendrag korsade eller var i kontakt med varandra, själva riskområdena. I kartläggningen är det endast grundvattenmagasin som är utmärkta. Var inom
7
magasinområdena som specifika grundvattentäkter finns är alltså inte utmärkt. Sist gjordes det en jämförelse av några slumpvis utvalda riskområden mot SGU:s jordartskarta, för att se att det faktiskt fanns isälvsmaterial på platsen, en förutsättning för infiltration och magasinering (se bilaga 1, 2 och 3). Efter kartläggningen togs kontakt med vattenbolag per telefon och mail för att få tag i mätserier över organiskt material i deras vattentäkter (mer om det i avsnittet om avgränsningar). När data mottagits bearbetades det som kom i Excel-format och gjordes om till grafer för bättre överskådlighet. Viss del av materialet var ett PM utformat av ett av bolagen, där det för arbetet mest relevanta sorterades ut. 2.1 Avgränsningar Kartläggningen gjordes till en början över hela Sverige. Då det inte finns möjlighet till kontakt mellan ytvatten och grundvatten i stängda akviferer, och därför heller ingen inducerad infiltration, har de stängda akvifererna valts bort till kartläggningen i denna studie. I kartläggningen är det endast grundvattenmagasin som är utmärkta. Var inom magasinområdena som specifika grundvattentäkter finns är alltså inte utmärkt. Problem med undersökningen av vattentäkter utifrån kartläggningen uppstod då det visade sig att uppgifter om vattentäkter finns i SGU:s arkiv och ligger under sekretess. Information om deras position gick därför inte att få fram. Avgränsningen ändrades då till att vända sig direkt till vattenbolag för att fråga efter mätserier från områden där enligt Herbert & Köhler (2017) infiltration var skäligen misstänkt. De platser som därefter valdes var: Vanåsen utanför Vansbro, Dalarnas län och Gävleåsen i utkanten av Gävle, Gävleborgs län (för utmärkning av platserna på en karta, se bilaga 4).
3. Resultat 3.1 Kartläggningen Kartläggningen resulterade i ett stort antal riskområden för inducerad infiltration i Sverige. I kartan ses riskområdena ha en stor spridning över hela landet. Utbredningen av dessa ser också ut att vara ganska jämnt fördelad från norr till söder (se figur 1) med en blandning av små vattendrag och lite större vattendrag som älvar och sjöar. Det är både mindre enstaka punkter och långa stråk på flera mil. Kartan visar förutom riskområdena även grundvattenmagasinens övriga utsträckning, alltså de delar som inte korsar ett ytvattendrag.
8
Figur 3. Karta över Sverige som visar riskområden för inducerad infiltration. Det röda i kartan markerar riskområdena.
9
3.2 Undersökning av grundvattentäkter i Gävleåsen och Vanåsen 3.2.1 Gävleåsen Från Gestrike Vatten erhölls mätserier från 16 olika brunnar längs med en av Gävle kommuns största och viktigaste vattenmagasin i Gävleåsen (även kallad Gävle- Valboåsen, väster om Gävle). För att förse de centrala delarna av Gävle med dricksvatten tas grundvatten ut från Gävle-Valboåsen och bereds i Sätra vattenverk innan det går ut på ledningsnätet. Sätra vattenverk försörjer cirka 70 000 invånare i centrala Gävle med dricksvatten och det genomsnittliga uttaget är cirka 23 000 m3/dygn (Stenroth, 2017).
Brunnarnas respektive positioner är okända eftersom det är känslig information som bolaget inte vill lämna ut. De 16 brunnarna var numrerade på så sätt att nr 1 var placerad längst uppströms och längst västerut, medan nr 16 var placerad längst nedströms och längst österut. Avståndet mellan brunn 1 och brunn 16 var cirka 7,7 km fågelvägen men avståndet mellan varje individuell brunn är okänt. Enligt Stenroth (2017) har det ursprungligen varit en naturlig infiltration från intilliggande Gavleån in i Gävleåsen, som numera kombineras med en konstgjord infiltration.
Resultatet från Gestrike Vattens mätserier visar organisk halt uppmätt i COD-Mn- värden, alltså syreförbrukningen i vattnet, och anges som syre. Provtagningen från de 16 olika brunnarna längs med Gävleåsen (se figur 4–7) är utförda mellan åren 2000–2017. Antal provtagningstillfällen varierar mellan brunnarna och alla brunnar har inte mätvärden från varje år. Vissa brunnar har provtagningar som har börjat långt senare än andra medan vissa brunnar istället inte har provtagningar som sträcker sig hela vägen fram till periodens slut.
Av de 16 brunnarna var det 12 (1–12) brunnar som var så kallade infiltrationsbrunnar, där vatten tas upp och sedan infiltreras i åsen. Dessa hade ett högre COD-värde och alltså högre halt organiskt material än de 4 sista (13–16) brunnarna som var produktionsbrunnar. Produktionsbrunnarna var sådana som används för direkt uttag av råvatten till dricksvatten. Medelvärdet för den uppmätta organiska halten var generellt lägre i brunnarna nedströms och österut (se tabell 1). Det högsta uppmätta värdet fanns i brunn 5if (se figur 5) och det lägsta värdet i brunn 1 if (se figur 4). Brunn 5if var också den med högst medelvärde och högst standardavvikelse. Tabell 1. Medelvärde och standardavvikelse för organisk halt uppmätt i COD-Mn i Gävleåsen under totalt 17 år (2000–2017). Tabellen visar 16 olika brunnar numrerade från väst till öst. if betyder infiltrationsbrunn och p betyder produktionsbrunn.
Brunn 1if 2if 3if 4if 5if 6if 7if 8if 9if 10if 11if 12if 13p 14p 15p 16p
Medel 0,77 3,54 3,13 2,98 6,12 3,26 3,78 3,03 1,48 1,58 1,75 2,41 1,63 1,38 1,51 1,62 Stand.av. 0,57 0,54 0,57 0,22 1,80 0,41 0,21 0,27 0,17 0,24 0,30 0,40 0,19 0,32 0,23 0,39
10
Figur 4. Organisk halt uppmätt i COD-Mn i Gävleåsens västra del under totalt 17 år (2000– 2017). Varje serie representerar en separat infiltrationsbrunn där varje punkt är en provtagning. Data från Gästrike vatten.
Figur 5. Organisk halt uppmätt i COD-Mn i västra delen av mellersta Gävleåsen under totalt 17 år (2000–2017). Varje serie representerar en separat infiltrationsbrunn där varje punkt är en provtagning. Data från Gästrike vatten.
0
1
2
3
4
5
1if 2if 3if 4if
5if 6if 7if 8if
11
Figur 6. Organisk halt uppmätt i COD-Mn i östra delen av mellersta Gävleåsen under totalt 17 år (2000–2017). Varje serie representerar en separat infiltrationsbrunn där varje punkt är en provtagning. Data från Gästrike vatten.
Figur 7. Organisk halt uppmätt i COD-Mn i Gävleåsens östra del under totalt 17 år (2000– 2017). Varje serie representerar en separat produktionsbrunn där varje punkt är en provtagning. Data från Gästrike vatten.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
9if 10if 11if 12if
13p 14p 15p 16p
12
3.2.2 Vanåsen Efter kontakt med Midvatten AB tillhandahölls ett PM (Ryttar, 2015) med mätserier och diagram från Flögforsens grundvattentäkt. Denna vattentäkt ligger belägen i Vanåsen, en isälvsavlagring längs Vanåns dalgång utanför Vansbro i Dalarnas län, och försörjer cirka 3000 personer med dricksvatten. PM:et är utfört och sammanställt av Midvatten AB efter mätningar under 21 år, på uppdrag av Vansbro Teknik AB och Vansbro Vattenförsörjning. Mätserierna från Vanåsen visade en kraftig ökning i turbiditetsvärden (se figur 8) där utgående vatten från vattenverket återkommande översteg gränsen för tjänligt med anmärkning. Enligt LIVSFS 2011:3 ligger gränsvärdet för tjänligt med anmärkning på utgående dricksvatten från vattenverk på 0,5 FNU med avseende på turbiditet. Den högsta uppmätta halten var ända upp emot 3,9 FNU. Höga värden på turbiditet kan ge en indikation om att vattnet är påverkat av andra ämnen, som järn och organiskt material. Mycket riktigt var det också en stigande trend på uppmätt järnhalt (se figur 9) där gränsvärdet för tjänligt med anmärkning på utgående dricksvatten från vattenverk enligt LIVSFS 2011:3 är 0,1 mg/l. Även halten organiskt material visade en tydlig ökning (se figur 10) i COD-mn (Ryttar, 2015).
Figur 8. Turbiditet i grundvatten från Vanåsen under totalt 16 år (1999-2015). Serierna representerar inkommande och utgående vatten vid vattenverket (Ryttar, 2015).
13
Figur 9. Järnhalt i Vanåsen under totalt 16 år (1999-2015). Serierna representerar inkommande och utgående vatten vid vattenverket (Ryttar, 2015).
Figur 10. Organisk halt uppmätt i COD-Mn i grundvattnet från Vanåsen under totalt 21 år (1993–2014). Varje serie representerar en separat brunn (Ryttar, 2015).
14
4. Diskussion En förutsättning för att inducerad infiltration ska uppstå är som tidigare nämnt att grundvattenytan sänks, till exempel vid uttag av dricksvatten från en grundvattentäkt. Hur många som bor i området i relation till antalet täkter, eller täktens storlek, samt förstås grundvattenbildning spelar då en viktig roll. Ju mer befolkningen ökar och därmed också efterfrågan på dricksvatten, desto mer grundvatten måste pumpas upp och med det sänks grundvattennivån i täkten om inte nybildningen av grundvatten hinner med i samma takt. Det utfärdas idag varningar i olika medier om de låga nivåerna som råder i Sverige. Kombinationen av växande befolkning, lägre grundvattennivåer och ett område med hög humusbildning kan troligen leda till att vissa vattenverk märker av en större infiltration av organiskt material än andra. Gissningsvis är humusbildningen högst i de södra delarna av Sverige, nedanför den boreala gränsen och den så kallade Norrlandsgränsen som går någonstans vid Bergslagen, då den största delen lövskog finns där nedanför (Naturskyddsföreningen, 2011). Barrträden är gröna året om och fäller alltså inte barren till vintern. Medan lövskogen fäller sina löv på hösten och bidrar således till humusbildning. Det stämmer också överens med den undersökning som nämns av Löfgren et al. (2003), där sjöarna i söder uppmätte den högsta halten TOC. Det finns dock undersökningar som visar på att även i barrskogsbältet har den organiska halten i ytvattnen ökat sedan mitten av 1900-talet och att det är klimatförändringar som är den främsta bakomliggande orsaken (Klingberg, 2014). 4.1 Kartläggningen Normalt sett är halterna organiskt material i grundvattnet i Sverige låga. Men vid inducerad infiltration ökar halterna i och med läckaget från ytvatten. Resultatet från kartläggningen visade onekligen att områden för eventuell inducerad infiltration finns utbrett över hela landet. Riskzonerna finns representerade både som punktinfiltration vid enstaka platser och som längre stråk på flera mil där magasin och vattendrag går jäms med varandra. Resultatet var mer omfattande än förväntat, då målet från början var att efter kartläggningen titta närmare på de upptäckta ”älvkorsen” (korsning mellan ytvattendrag och magasin) utifrån kartläggningsresultatet, eller i alla fall de flesta utav dem (Herbert, 2017). Det visade sig dock vara så många riskzoner så det ansågs vara helt omöjligt. Spridningen av riskzonerna var ganska jämnt fördelad över hela landet men de fanns dock på fler platser än förutspått. Vid ett större arbete hade kanske en mätning av areor för samtliga riskområden kunnat utföras. På så sätt hade ett lite mer precist avgörande hur spridningen är fördelad över Sveriges yta kunnat uppnås. I det här arbetet fanns inte tid och möjlighet till detta.
Att resultatet blev så omfattande som det blev kan bero på valet av vattendragens storlek att matcha med grundvattenmagasinen. Det finns många exempel på små vattendrag som mynnar ut i en större älv eller sjö och det är svårt att veta hur mycket av organiskt material som de mindre vattendragen ”bidrar med” till de större. Även
15
från mindre ytvattendrag kan det förstås ske inducerad infiltration direkt till magasinen men det är svårt att veta hur mycket infiltrationen från ett mindre vattendrag spelar roll jämfört med ett större vattendrag (där större vattentäkter som försörjer många människor med dricksvatten ofta finns). I kartläggningen och undersökningen skiljs inte på naturlig infiltration som kan ske från ytvatten till grundvatten eller inducerad infiltration som uppstår på grund av grundvattenuttag. Om infiltration finns vid en grundvattentäkt där uttaget är nära ett ytvatten så är det dock troligt att infiltrationen som sker är inducerad och det kommer troligen synas som ett riskområde i kartan. Det finns exempel på vattentäkter där infiltrationen sker på båda sätt, som enligt Ryttar (2017) längs Badelundaåsen i Dalarna. Viktigt är också att poängtera att riskområdena inte per automatik betyder att det sker en infiltration på platsen. Samt att infiltration kan ske utan att halten organiskt material ökar i en grundvattentäkt, när vattnet från början redan har en låg organisk halt.
Antalet grundvattentäkter, storleken i area och vattenkapacitet samt spridning över landet har inte gått att få fram uppgifter om då detta finns i SGU:s arkiv som tyvärr inte är fritt tillgängligt på grund av sekretess. Det hade varit intressant att jämföra en karta över grundvattentäkterna mot genomförd kartläggning i den här studien. Men tyvärr går det inte, utan informationen om själva grundvattentäkterna, att säga något om förhållandet mellan grundvattentäkterna och riskzonerna.
Lagret ”Vattendrag” från Lantmäteriets översiktskarta innehåller endast informationen att det rör sig om vattendrag som alla är mindre än 100 m breda, om vattendraget är 1 m eller 99 m brett går således inte att veta. Vattendragen klassas sedan efter dess längd. Hade det istället, i översiktskartan eller annan karta, funnits information om exempelvis medelvattenföring för var och ett av vattendragen hade det nog varit ett lämpligare sätt att göra en avgränsning från de allra minsta vattendragen.
En annan nackdel med lagret Vattendrag i Översiktskartan är att ett och samma vattendrag (en älv t.ex.) verkar vara uppdelat i flera olika linjer (och även polygoner vid passage genom en sjö) och någon av de kortare linjerna har troligen fallit bort i kartläggningens avgränsning. Det får självklart ses som en felkälla.
En stor andel av vattnet används även i industrisammanhang. Stora industrier kan kräva mycket vatten för t.ex. tillverkning eller kylning. Om industrierna är anslutna till kommunala vattentäkter och står för en stor del av dess vattenuttag kunde det varit intressant att undersöka vattenåtgången i dessa olika täkter. Ett stort vattenuttag medför att det krävs mycket infiltration för att tillgodose åtgången, vilket i sin tur medför större risk för läckage av organiskt material. För att göra en analys av var de största industrierna med högst vattenåtgång befinner sig hade dock undersökningen behövts utvidgas.
16
4.2 Mätserierna från Gävleåsen och Vanåsen 4.2.1 Gävleåsen En ökad organisk halt kan ses i vissa brunnar men mätningar i verket kan vara blandat vatten från flera brunnar och kanske inte ger ett helt entydigt resultat.
Anmärkningsvärt är dock skillnaderna mellan infiltrationsbrunn 11 och 12, där mätningarna startar ungefär samtidigt i tid (början av 2015), men där kurvorna pekar åt helt olika håll. Detta trots att de ligger närmast intill varandra geografiskt sett till indelningen efter numreringen från väst till öst. Det skulle eventuellt kunna bero på en väldigt stor lokal skillnad mellan brunnarna med avseende på egenskaper i marken, läckage av organiskt material och närheten till ytvatten (Gavleån). Eller så kan en möjlig anledning vara att brunnarna skulle användas för väldigt olika stor mängd vattenuttag så att det därför uppstår läckage på grund av lokal avsänkning av vattennivån.
Både det allra högsta enskilda värdet och det högsta medelvärdet uppmättes i brunn 5if. Från den brunnen upphörde sedan provresultaten efter juni 2012. Vad det beror på är bara spekulationer, men det skulle eventuellt kunna vara så att den har setts som olämplig och stängts ned eller tagits ur bruk på grund av de höga uppmätta halterna. 4.2.2 Vanåsen Orsaken, som Midvatten AB spekulerar kring, till de ökade halterna av turbiditet, järn och organiskt material i Flögforsens grundvattentäkt är väldigt intressant. Man tror att som en följd av grundvattenuttag som skapat en avsänkning av grundvattennivån har grundvattenflödet vänt och bytt riktning. I figur 11, innan påbörjat uttag vid grundvattentäkten, ses grundvattnet flöda i riktning från söder mot norr. I den senare figur 12, efter att uttaget påbörjats, ses grundvattnet norr om uttagsbrunnarna (br 4-7) flöda i motsatt riktning från norr mot söder. Därmed har det uppstått en inducerad infiltration av ytvatten från den intilliggande Vanån. Nu visar resultaten från Vanåsen att ett mindre vattendrag kan vara av mycket stor betydelse även för en sådan här undersökning. Om man i kartan från kartläggningen tittar närmare på området vid Vanåsen så syns knappt att det är rödmarkerat (riskområde) vid platsen men i verkligheten har det funnits stora problem med den organiska halten i den vattentäkten. Det visar att även ett litet infiltrationsområde, eller en punktinfiltration, kan vålla mycket stora problem.
17
Figur 12. Principiell flödesriktning av grundvattnet längs Vanåsen innan påbörjat grundvattenuttag vid Flögforsens grundvattentäkt. Källa: (Ryttar, 2015).
Slutsats Det finns väldigt många områden i Sverige där inducerad infiltration riskerar att uppstå. Problem med infiltrationen av organiskt material finns redan. Det orsakar vattenbolagen mycket extra utgifter och arbete med olika projekt och experiment - som att testa olika infiltrations- och reningstekniker, flytta brunnar för uttag, utföra nya extra mätningar - allt för att hålla kvaliteten på dricksvattnet över acceptabel nivå.
18
Däremot är det svårt att påvisa en enhetlig ökning av halten organiskt material i vare sig ytvattnet eller grundvattnet över landet, det varierar snarare med de naturliga förutsättningarna lite mer lokalt. Även vid mindre vattendrag kan finnas stora problem, vilket Vanåsen är ett mycket bra exempel på. Områden där uppförande av vattentäkter planeras måste därför analyseras noga för att få en helhetsbild av området och intilliggande vattendrag och flödesriktningar.
Med de låga grundvattennivåer som råder i Sverige redan idag, och en förmodad fortsatt efterfrågan på dricksvatten av hög kvalitet, kan det i framtiden komma att spela en ännu större roll att ha kunskapen och metoderna för att rena vårt grundvatten från infiltrerande organiskt material.
Tack Jag vill rikta ett tack till min handledare Roger Herbert som har hjälpt mig att hitta rätt material, svarat på frågor och kommit med värdefull återkoppling under arbetets gång. Ett tack också till min sambo för att hon har stöttat mig, kommit med värdefulla tips och ständig uppmuntran.
19
Referenser Aastrup, M., Berntell, A., Bertills, U., Johnson, J. & Thunholm, B. (1995).
Grundvattnets kemi i Sverige. Arlöv: Naturvårdsverket (Rapport 4415). Blombergsson, K. (2000a). Princip för inducerad infiltration [illustration]. I Hansson,
G. Konstgjord grundvattenbildning. 100-årig teknik inom svensk dricksvattenförsörjning. Svenskt Vatten AB (Nr 2000-05).
Blombergsson, K. (2000b). De tre vanligaste infiltrationsmetoderna för konstgjord grundvattenbildning i Sverige [illustration]. I Hansson, G. Konstgjord grundvattenbildning. 100-årig teknik inom svensk dricksvattenförsörjning. Svenskt Vatten AB (Nr 2000-05).
Eriksson, J., Nilsson, I. & Simonsson, M. (2011). Marklära. Lund: Studentlitteratur. Hansson, G. (2000). Konstgjord grundvattenbildning. 100-årig teknik inom svensk
dricksvattenförsörjning. Svenskt Vatten AB (Nr 2000-05). Klingberg, J. (2014). Kan klimatförändringarna leda till brunifiering och påverka
dricksvattenkvaliteten i barrskogsbältet? Självständigt arbete i biologi, 15 hp. Uppsala universitet: Institutionen för biologisk grundutbildning.
Köhler, S.J., Kothawala, D., Futter, M.N., Liungman, O. & Tranvik, L. (2013). In-Lake Processes Offset Increased Terrestrial Inputs of Dissolved Organic Carbon and Color to Lakes. PLoS ONE, 8. DOI:10.1371/journal.pone.0070598
Löfgren, S., Forsius, M. & Andersen, T. (2003). Vattnets färg – Klimatbetingad ökning av vattnens färg och humushalt i nordiska sjöar och vattendrag. Nordiska ministerrådet.
Naturskyddsföreningen. (2011). Policy Skogen. Naturskyddsföreningen. Ryttar, P.-A. (2015). Program för akuta och långsiktiga åtgärder med anledning av
hög järnhalt och turbiditet på utgående vatten från vattenverket. Midvatten AB. Sundén, G., Maxe, L. & Dahné, J. (2010). Grundvattennivåer och vattenförsörjning
vid ett förändrat klimat. Sveriges Geologiska Undersökning. Svenskt Vatten AB. (2010). Dricksvattenteknik 2 - Grundvatten. Broschyr. Svenskt
Vatten AB. Tranvik, L.J., Downing, J.A., Cotner, J.B., Loiselle, S.A., Striegl, R.G., Ballatore, T.J.,
Dillon, P., Finlay, K., Fortino, K., Knoll, L.B., Kortelainen, P.L., Kutser, T., Larsen, S., Laurion, I., Leech, D.M., McCallister, S.L., McKnight, D.M., Melack, J.M., Overholt, E., Porter, J.A., Prairie, Y., Renwick, W.H., Roland, F., Sherman, B.S., Schindler, D.W., Sobek, S., Tremblay, A., Vanni, M.J., Verschoor, A.M., von Wachenfeldt, E. & Weyhenmeyer, G.A. (2009). Lakes and reservoirs as regulators of carbon cycling and climate. Limnology and Oceanography, 54, s. 2298–2314. DOI:10.4319/lo.2009.54.6_part_2.2298
Internetkällor Jädra Rent Vatten, Jädra Gård AB (2017). Att tyda din vattenanalys.
http://www.jrvsystem.se/vattenanalys-f%C3%B6rklaring.html [2017-05-24]. Nordström, A. (2017). Vattenförsörjning. I: Uppslagsverket
http://www.ne.se.ezproxy.its.uu.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/vattenf %C3%B6rs%C3%B6rjning [2017-05-02]
Utbildningsstyrelsen (2013). Laboratorieanalyser – Kemisk syreförbrukning. http://www.edu.fi/kemisk_syreforbrukning [2017-05-12]
VattenInformationsSystem Sverige (2017). Ordlistav. I: VISS-Hjälp. http://extra.lansstyrelsen.se:80/viss/Sv/ordlista/Pages/ordlistav.aspx [2017-05-16]
22
Bilaga 2. Jämförelse mellan SGU:s jordartskarta och riskområden för inducerad infiltration, för att se om det finns isälvssediment vid riskområdena. Isälvssedimenten i grönt och riskområdena i klarrött. Koordinater: 439874, 6901204 (öst, nord).
23
Bilaga 3. Jämförelse mellan SGU:s jordartskarta och riskområden för inducerad infiltration, för att se om det finns isälvssediment vid riskområdena. Isälvssedimenten i grönt och riskområdena i klarrött. Koordinater: 411293, 6171491 (öst, nord).
24
Bilaga 4. Karta över mellersta Sverige, med Vanåsen och Gävleåsen utmärkta inom de gröna cirklarna.
1. Inledning
1.1 Syfte
2. Metod
2.1 Kartläggningen
2.1 Avgränsningar
3. Resultat
3.1 Kartläggningen
3.2.1 Gävleåsen
3.2.2 Vanåsen
4. Diskussion
4.1 Kartläggningen
4.2.1 Gävleåsen
4.2.2 Vanåsen