Hydrogeologiske forhold på Svelvik CO2 feltlaboratorium og ved Svelvikryggen - Med fokus på grunnvannsstrømning i RS2, tidevannsforhold og vannkjemi

Abstract

Svelvikryggen er en glasifluvial avsetning som ligger i Drammensfjorden ved Svelvik. Over den åpne og den lukkede akviferen på Svelvikryggen befinner det seg i dag et CO2 feltlaboratorium som SINTEF eier. Der forskes det på overvåkning og lagring av CO2. De hydrogeologiske forholdene på Svelvikryggen kan være viktige å undersøke, siden de kan påvirke hvordan CO2 strømmer.

Hensikten med masteroppgaven har vært å studere de hydrogeologiske forholdene på Svelvikryggen, hvor det har vært fokusert på grunnvannsspeil, grunnvannsstrømninger og vannkjemi. Ekvipotensialkart ble konstruert for å beskrive grunnvannsnivået. Vannprøver ble tatt for å undersøke vannkjemien i fjorden rundt Svelvikryggen. Programvaren RS2 har blitt brukt for å lage en grunnvannsmodell og å simulere grunnvannsstrømningene på Svelvikryggen.

Vannbalanseberegningen resulterte i en gjennomsnittlig avrenning på ca. 31 l/s og 70 l/s i henholdsvis juli og august 2010. Dette ble brukt for å finne grunnvannspeilets høyde under den største topografiske høyden. Grunnvannsspeilet var der mellom 1,20 - 12,73 cm over havnivå, avhengig om den hydrauliske konduktiviteten var 10^−3 m/s eller 10^-4 m/s. Høy hydraulisk konduktivitet kan føre til umiddelbar endring i grunnvannsspeilet. Større nedbørsintensitet kan gi større avrenning. Det synes som om det er små forskjeller i grunnvannsspeilet på Svelvikryggen fra 15. august 2010 til 19. august 2010, og den hydrauliske gradienten mot sør var liten sør for grunnvannsskillet og noe større nord for grunnvannsskillet.

Tidevannseffekten får grunnvannet til å fluktuere over nesten hele Svelvikryggen, men langt inn mot midten synes de å være små, omtrent 1 : 11-13 av fluktuasjonene på sørsiden. Tidevannet bidrar også til små saltvannsintrusjoner i ferskvannet, og også til at havnivået rundt Svelvikryggen fluktuerer. Det smale sundet bidrar til at tidevannseffekten blir forsterket på nordsiden.

Det har blitt estimert at saltvannet på nordsiden og sørsiden av Svelvikryggen var 82-98% fortynnet, da vannprøvene ble samlet inn. Grunnen til en slik sterk fortynning er sannsynligvis ferskvann fra Drammenselva og Lierelva. Fortynning av saltvannet kan bidra til at tetthetsbaserte grunnvannsstrømninger mellom ferskvann/saltvannsgrensen blir svakere.

Grunnvannsmodellene i RS2 viser grunnvannsstrømninger som ikke helt synes å stemme overens med grunnvannsstrømningene i den konseptuelle modellen som har blitt laget. Ulike begrensninger med programvaren, begrenset datagrunnlag og en kompleks geologi har gjort det vanskelig å modellere grunnvannsstrømningene.

RS2 kan begrense grunnvannsmodellering hvis et studieområde har tetthetsforskjeller, ulike hydrauliske konduktiviteter i samme lag eller stor transpirasjon fra vegetasjon. Poretrykket kan få negative verdier i den umettede sonen, hvor poretrykket egentlig burde vært null. Feilen kan være at RS2 bruker kun to-fase systemer i ligningene. Bruk av Darcy's lov kan gi feil grunnvannshastighet dersom ikke nødvendige betingelser for Darcy's lov er oppfylt. Grunnvannsmodeller i RS2 kan likevel være et nyttig verktøy selvom de virkelige hydrogeologiske forholdene må forenkles.

The Svelvik Ridge is a glaciofluvial deposit located in the Drammens fjord near Svelvik. Above both the unconfined and confined aquifers on the Svelvik Ridge, there is currently a CO2 field laboratory owned by SINTEF. Research of monitoring and storage of CO2 is conducted there. The hydrogeological conditions on the Svelvik Ridge may be important to investigate as they can influence the flow of CO2.

The aim of this master's thesis has been to study the hydrogeological conditions at Svelvik Ridge, focusing on groundwater level, groundwater flow, and water chemistry. Equipotential maps were constructed to describe the groundwater level, water samples were collected to assess water chemistry in the fjord around Svelvik Ridge, and the software RS2 was used to develop a groundwater model and to simulate groundwater flow at the ridge.

Calculation of the water balance resulted in an average runoff of approximately 31 l/s and 70 l/s in respectively July and August 2010. This information was used to determine the groundwater level beneath the highest topographic elevation, which ranged from 1,20 cm to 12,73 cm above sea level, depending on the hydraulic conductivity being 10^-3 m/s or 10^-4 m/s. High hydraulic conductivity can lead to an immediate change in the groundwater table. Higher rainfall intensity can lead to increased runoff. It appears that there are small differences in groundwater levels at Svelvik Ridge between 15.-19. august 2010. The hydraulic gradient towards the south was small south of the groundwater divide and somewhat larger north of the groundwater divide.

The tidal effect causes groundwater fluctuations across almost the entire Svelvik Ridge, but fluctuations near the center are small, approximately 1:11-13 compared to those on the southern side. Tidal also contributes to minor saltwater intrusion into freshwater and fluctuations in sea level around Svelvik Ridge. The narrow strait enhances the tidal effect on the northern side.

It has been estimated that the saltwater on the northern and southern sides of Svelvik Ridge was diluted by 82-98% when the water samples were collected. This strong dilution is likely attributed by freshwater inputs from Drammenselva and Lierelva. Dilution of the saltwater can contribute to weaker density-driven groundwater flows across the freshwater/saltwater interface.

The groundwater models in RS2 show flow patterns that do not entirely align with the flow patterns in the conceptual model that was developed. Various limitations of the software, limited data, and complex geology have made it challenging to model groundwater flow.

RS2 can limit groundwater modeling if a study area has density variations, different hydraulic conductivities within the same layer, or significant vegetation transpiration. The pore pressure may attain negative values in the unsaturated zone, where it should ideally be zero. This error can occur due to use of two-phase systems in the equations in RS2. Use of Darcy's law can result in incorrect groundwater velocities if the law is applied incorrectly. Groundwater models in RS2 can still be a useful tool even though the actual hydrogeological conditions need to be simplified.