Effekten av kunstig infiltrasjon i basseng for økt uttak av grunnvann - En case på Doroøya i Orkland kommune

Abstract

Masteroppgaven er et bidrag til et forskningsprosjekt i regi av Norsk Vann som undersøker potensiale kunstig infiltrasjon har for små og mellomstore vannverk i Norge. Et vannverk på Doroøya i Orkland kommmune som benytter kunstig infiltrasjon i basseng har blitt undersøkt. Hensikten bak infiltrasjonsbassenget er å øke kapasiteten til grunnvannsmagasinet, men anlegget opplever lavere kapasitet enn forventet. Erfaringer fra infiltrasjonsanlegget har bidratt til økt kunnskap om kapasitetsufordringer, hvordan det kan bli løst og kriterier for etablering og drift av anleggene.

Undersøkelser viser at bassengets vannivå står i hydraulisk kontakt med grunnvannsnivået. Dette er et resultat av oppstuving av grunnvannsspeilet under og rundt bassenget. Som en konsekvens infiltrerer råvannet mettede sedimenter og bassengets infiltrasjonskapasitet avhenger av helningen til grunnvannsspeilet. Grunnvannsspeilets helning er i perioder svært lav og reduserer infiltrasjonskapasiteten betydelig. Det er god korrelasjon mellom infiltrasjonskapasitet og grunnvannsnivå, som bekrefter at infiltrasjonskapasiteten i stor grad styres av helningen til grunnvannsspeilet. Når grunnvannsnivået synker, øker infiltrasjonskapasiteten på grunn av større trykkforskjeller mellom bassengflaten og grunnvannsnivået. Tilsvarende synker infiltrasjonskapasiteten når grunnvannsnivået står høyt.

Det er god hydraulisk kontakt mellom infiltrasjonsbassenget og Gangåsvatnet. Grunnvannsnivået og nivået i Gangåsvatnet følger hverandre tilnærmet parallelt. Dette indikerer at Gangåsvatnet styrer variasjoner i grunnvannsnivå, som igjen styrer bassengets infiltrasjonskapasitet. Bassengets vanndybde viser ingen lineær sammenheng med infiltrasjonskapasiteten, noe som var antatt. Variasjoner i grunnvannsnivå er dominerende, slik at infiltrasjonskapasitetens effekt av vanndybden har mindre betydning. Likevel er sannsynligvis både økt vanndybde og synkende naturlig grunnvannsnivå faktorer som øker infiltrasjonskapasiteten.

Infiltrasjonskapasiteten vil over tid reduseres på grunn av tilførsel av organisk materiale fra overflatevannet som avsettes i bassengbunnen. Glødetapsanalyser av bassengets filtersand og underliggende naturlige avsetninger indikerer at organisk materiale hovedsakelig fester seg i de øverste to centimetrene av filterflaten. Utvikling av biohud i filterflaten varierer i bassenget og danner ikke et sammenhengende tett lag. Biologisk aktivitet i filterflaten utvikler seg gradvis over tid og anlegget krever sannsynligvis rehabilitering av filterflaten hvert andre eller tredje år.

For å øke bassengets infiltrasjonskapasitet kan bassengbunnen heves ved å tilføre tykkere lag med filtersand. Økt avstand fra bassengbunnen til naturlig grunnvannsnivå vil bidra til umettet strømning og er gunstig for bassengets hydraulikk. I tillegg vil økt vanndybde øke trykket mot filterflaten og bidra til å øke infiltrasjonskapasiteten. Oppgaven understreker viktigheten av å kartlegge umettet sone og oppstuving under infiltrasjonsbassenget, særlig i Norge som ofte har grunnvannsforekomster med liten umettet sone.

This master thesis is a contribution to a Norsk Vann research project which examines the potential of artificial recharge for small and medium sized waterworks in Norway. A waterwork located on Doroøya in Orkland municipality that uses artificial recharge in infiltration basins has been investigated. The purpose of the infiltration basin is to increase the capacity of the groundwater aquifer. However, the facility is experiencing lower capacity than expected. Experiences from the recharge facility has contributed to increased knowledge about capacity challenges, how they can be solved and criterias for establishing and operating the facilities.

Investigations shows that the water level of the pool is in hydraulic contact with the groundwater level. This is a result of groundwater mounding below and around the basin. As a consequence the raw water infiltrates saturated sediments, and the infiltration capacity depends on the slope of the groundwater table. The slope of the groundwater table is at times very low and reduces the infiltration capacity significantly. There is a strong correlation between infiltration capacity and groundwater level, which confirms that the infiltration capacity is strongly controlled by the slope of the groundwater table. When the groundwater level drops, the infiltration capacity increases due to increased pressure differences between the basin surface and the groundwater level. Correspondingly, the infiltration capacity decreases when the groundwater level is high.

There is a strong hydraulic contact between the infiltration basin and Gangåsvatnet. The groundwater level and the level of Gangåsvatnet follow each other almost parallel. This indicates that Gangåsvatnet is in control of the variations in the groundwater level, which in turn controls the infiltration capacity of the basin. The water level in the pool shows no linear relationship with the infiltration capacity as assumed. Variations in groundwater level is dominant, which makes the effect of water depth on infiltration capacity less important. Both indreased water depth and lower natural groundwater level are likely to increase the infiltration capacity.

The infiltration capacity will decrease over time, due to the supply of organic material from the surface water which is deposited in the floor of the basin. Heat loss analyzes of the deposits below the basin floor indicates that organic material are mainly attached in the upper two centimeters of the filter surface. Clogging development in the filter surface varies in the pool and do not form a continuous dense layer. Biological activity in the filter surface develops gradually over time and the basin requires probably maintenance of the filter surface every two or three years.

To increase the infiltration capacity of the basin, the basin can be raised by adding a thicker layer of filter sand. Increased distance from the basin floor to the natural groundwater level will contribute to unsaturated flow which is beneficial for the hydraulics of the pool. In addition, increased water depth will increase the pressure against the filter surface and contribute to increase the infiltration capacity. The master thesis emphasizes the importance of investigating the vadose zone and groundwater mounding under the infiltration basin, particularly in Norway which often has groundwater aquifer with a small vadose zone.