3D-modellering av grunnvannstrømning og varmetransport i akviferen i Melhus sentrum - En kvartær- og hydrogeologisk tolkning, med vurdering av uttakskapasitet

Abstract

«3D-modellering av grunnvannstrømning og varmetransport i akviferen i Melhus sentrum» er en masteroppgave skrevet av Martina S. Hellestveit. Oppgaven er utført i forbindelse med faget GEOL3090 Masteroppgave i geologi, ved institutt for geovitenskap og petroleum (IGP) ved Norges teknisk- naturvitenskapelige universitet (NTNU). Oppgavens formål er å tolke oppbygning og strømnings- og temperaturforhold i akviferen i Melhus sentrum, basert på tidligere undersøkelser og nye data. Effekten av dagens vann- og varmeuttak, og en økt fremtidig uttaksmengde skal også vurderes. Akviferen består av glasifluvialt materiale fra randåsen Melhusryggen som ble avsatt i kvartærtiden og avgrenser sentrum i nordlig retning. Avsetningen er dekket av et lag med marin leire, som øker i mektighet i sørlig retning. Melhus sentrum utnytter grunnvannsressursen gjennom ni grunnvarmeanlegg basert på oppumpet grunnvann. Seks av anleggene returnerer nedkjølt vann tilbake til akviferen. I 2015 ble forskningsprosjektet ORMEL igangsatt, og i den forbindelse ble det etablert 10 undersøkelsesbrønner i sentrum, hvor 8 ble utstyrt med trykk- og temperatursensorer. Data fra disse brønnene er brukt til å tolke akviferens oppbygging, samspill med elva Gaula og termiske effekter av varmeuttaket. Dataene viser at det er god hydraulisk kontakt mellom Gaula og akviferen, og strømningsmønsteret domineres av elvas gradient og korttidsfluktuasjoner. Elvas påvirkning avtar i dypet, og med lateral avstand til elvebredden. Temperaturen i akviferen er derfor relativ stabil i store deler av akviferen. Det forekommer likevel noen temperaturvariasjoner i dypet som skyldes termisk samspill mellom de ulike grunnvannsanleggene. Grunnvannskjemien er svært salt, preget av enten fossilt saltvann, eller utlekking av salt porevann fra den marine leiren. Under boringen av undersøkelsesbrønnene ble det tatt masseprøver, hvis sammensetning ble analysert og brukt til å bygge opp en kvartærgeologisk dybdemodell av sentrumsområdet, med fokus på å kombinere lignende hydrostratigrafiske enheter. Modelleringen ble gjort ved bruk av programmene Subsurface Viewer og ArcMap. Det ble konstruert en modell med tre hovednivåer; øverst et marint leirelag med varierende mektighet, etterfulgt av den glasifluviale avsetningen, med marin leire og morene i bunn. Videre ble modellen overført til FEFLOW for å tilegne den hydrogeologiske strømnings- og termiske parametre, som ble hentet fra loggerdataene og litteraturen. Modellen ble så brukt til å simulere ulike uttaksløsninger. Resultatet viste at et økt uttak med dagens uttaksløsning vil forsterke tilfellene av termisk kortslutning, føre til økt elveinfiltrasjon og redusere anleggenes kapasitet på sikt. En felles uttaks- og reinfiltrasjonsløsning vil kunne redusere problemenes omfang, men avhenger av optimal plassering av produksjons- og returområdet.