Hydrauliska förutsättningar

4.2.1 grundvattnets flödesbild

I svensk terräng följer grundvattenytan i stort markytans topografi, och ligger normalt på några få meters djup. Orsaken till detta är att jordlager och berg­ grund generellt har låg vattenförande förmåga i förhållande till tillgängligt grundvatten. I områden med förhållandevis hög vattengenomsläpplighet, t ex isälvsavlagringar, är grundvattenytan flack vilket lokalt kan ge upphov till en djupt liggande grundvattenyta. De lokala och regionala grundvattenström­ ningarna styrs således i huvudsak av de topografiska förhållandena, men i vissa geologiska miljöer även av de hydrogeologiska förutsättningarna.

Hur grundvattnets flödesmönster styrs av topografin har redovisats i ett flertal studier, och förenklat gäller att inströmningsområden (grundvatten­ bildningsområden) förekommer inom höjdpartier och utströmningsområden inom relativt låga terränglägen. För att beskriva flödesmönstret används ofta termen flödescell, där flödeslängden i en cell utgör avståndet mellan in­ och utströmningsområde. Flödesceller förekommer i lokal och regional skala, där de regionala cellerna är djupgående och styrs av storskaliga terrängformer.

Fördelningen av den naturliga vattenomsättningen styrs främst av topo­ grafi och konduktivitetens djupberoende, vilket medför att merparten omsätts i jordlagren och i den överst belägna uppspruckna berggrunden. Resterande del omsätts i de djupare delarna av berggrunden. Systemet kan exemplifieras med numerisk modellering av en sluttande markprofil i undulerande terräng (figur 4­1). Figuren illustrerar översiktligt grundvattnets flödesmönster och flödes celler med olika storlek och på olika djup – från lokala, via interme­ diära, till regionala flödesceller (Hubbert 1940, Toth 1963). Denna illustration går att direkt överföra till verkliga förhållanden, såväl begreppsmässigt som till storlek. Naturen är dock sällan så regelbunden som i exemplet och den verkliga bilden är normalt mer komplex.

En brant markprofil och liten lokal topografisk variation medför ökad grundvattenbildning till större djup. Utförda beräkningar (Graffner 2005) med olika grad av undulation ger vid handen att kraftig lokal variation i markytans nivå medför många lokala små flödesceller med in­ och utström­ ningsområden. Därtill ger brantare lutning på markprofilen ofta en större gradient och därför större vattenomsättning. I exemplet är grundvatten flödet beräknat i tio på varandra liggande lager och även om samtliga lager har samma permeabilitet flödar olika mycket vatten i de olika lagren.

Effekten med stor andel flöde i ytliga lager förstärks i förhållanden där ytliga jordlager har högre vattengenomsläplighet än djupare lager, vilket även gäller för den överst belägna uppspruckna berggrunden gentemot djupare berg­ avsnitt. Denna situation är vanligt förkommande och kan exemplifieras av mätningar gjorda av Johansson och Nilsson (1985). De har relaterat grund­ vattenflödet med grundvattennivån i en moränprofil. Resultatet indikerade sjunkande permeabilitet med en tiopotens från 0–0,5 meters djup till 0,5–1,0 meters djup. Resultatet betyder att en stor andel av grundvattenflödet kan ske förhållandevis ytligt. Övergången i vattengenomsläpplighet är i detta fall att betrakta som jämn, men det finns tillfällen när kontrasterna är större och effekten därmed ytterligare förstärkt.

4.2.2 klimatets betydelse för grundvattenbildning

Stor betydelse för hur mycket vatten som bildar grundvatten är bl a hur mycket vatten som finns tillgängligt. Vid sidan av de geologiska betingel­ serna utgör områdets klimat därmed en viktig parameter i detta sammanhang. Nederbörden varierar betydligt i Sverige med de högsta värdena i fjällkedjan och längs västkusten och de lägsta längs östkusten och i norrlands inland. Gustafson (1987) har från kloridberäkningar redovisat grundvattenbildningen Figur 4-1. Representation av flödesceller. Övre: Figuren visar lokala, intermediära och regionala flödesceller. Nedre: Flödesfördelning mot djupet i en släntprofil. Serierna motsvarar nivåskillnad (2, 5, och 10 meter) mellan höjd och sänka längs med sluttningen. Y-axeln visar djupintervall om 10 meter mellan markytan ner till 100 m djup (Graffner 2005).

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 5 10

till ytligt berg för sex olika delar av Sverige. För östra Götaland och Svealand erhölls värden på 24–28 mm/år, vilket är betydligt lägre än motsvarande för t ex Skåne (114 mm/år) eller västra Sverige (250 mm/år).

Därtill varierar även avdunstningen. Denna har ett nära samband med lufttemperatur och i viss mån vindförhållanden, och redovisar, relativt neder­ bördsmängd, högst värden längs Sveriges östkust. SMHI:s kartläggning av nederbördsmängder i olika delar av Sverige är därför ett viktigt underlag i beskrivandet av olika områdens klimatologiska förhållanden.

Specifik avrinning utgör skillnaden mellan nederbörd och avdunstning för ett område. Under naturliga villkor, utan mänsklig påverkan, kan därför specifik avrinning vara ett bra riktvärde för grundvattenbildning till de ytliga lagren – särskilt i områden där ytavrinning inte förekommer. Figur 4­2 visar normalvärden för årsnederbörd, årsavdunstning samt årsavrinning för Sverige. 4.2.3 Vattengenomsläpplighet och jordlagrens uppbyggnad

Lokala förutsättningar styr grundvattencirkulationen ned till måttliga djup. I områden där glaciala och postglaciala processer har dominerat bildningen av den ytnära geologin, så är normalt jordtäckena tunna och grundvattenytan återfinns nära markytan. Grundvattenbildning är således beroende av lokal geologi och de processer som verkat inom området. Från denna synvinkel är den ytnära geologin viktig för förståelsen av grundvattenflöde och grund­ vattenbildning till berg.

Den vanligaste jordarten i Sverige är morän. Allmänt gäller, med få undan­ tag, att morän påträffas direkt på berget. Moränen kan vara påverkad av svallningsprocesser, beroende bl a på höjdläget i förhållande till högsta kust­ linjen (HK). Under HK ligger moränen ofta överlagrad av lera, vilken kan fungera som ett tätt eller nästan tätt lager för djupare grundvattenbildning. Beroende av områdets fortsatta geologiska utveckling kan flera andra jord­ arter påträffas, t ex omlagrade sediment, isälvssediment, postglacial lera och organiska jordar.

Efter att inlandsisen dragit sig tillbaka täcktes stora delar av Sverige av vatten. I samband med landhöjningen har områden påverkats av strand­ processer; såsom exempelvis omlagring av sediment. Landhöjningen är inte densamma överallt och strandlinjens högsta nivå, HK, varierar mellan olika delar av i landet (se figur 4­3).

I lokal skala kan jordlagren vara uppbyggda av skikt och lager som ger upphov till kraftig heterogenitet avseende vattengenomsläpplighet. Detta är speciellt vanligt i områden med sediment som blivit utsatta för omlagring, upprepade sedimentationsprocesser, erosion, etc.

H Å L L B A R S A N E R IN G U n d er sö kn in ga r a v fö ro re n in ga r i b er gg ru n d 35

Figur 4-2. Normalvärden för årsnederbörd, årsavdunstning samt årsavrinning för Sverige under perioden 1961–1990 (SMHI 2005).

Figur 4-3. Karta över Sverige som visar den högsta nivå (över nuvarande markyta) som vattnet nått sedan istiden, den s k högsta kustlinjen HK. De delar som har legat under vatten visas med blå färg (www. sgu.se).

4.2.4 in- och utströmningsområde

Undersökningsstrategier måste anpassas efter de lokala förutsättningarna. Detta innebär t ex att undersökningsområden måste avgränsas, såväl i sidled som i djupled. Hydrauliska randvillkor måste utredas, vilket bland annat omfattar lägen för in­ och utströmningsområden samt vattenbudget.

I kapitel 4.2.1 beskrivs översiktligt de hydrogeologiska förhållanden och processer som ger upphov till in­ och utströmningsområden. Inom ett avgränsat område eller en flödescell, råder under normala ostörda förhål­ landen och över längre tid en balans mellan in­ och utflöde. Grund vatten­ bildningsområden upptar i de flesta fall betydligt större områden jämfört med utströmningsområden. Av det följer att flödeshastigheten i utströmningsom­ råden är högre än i grundvattenbildningsområden. Regionala utströmnings­ områden är ofta större sjöar eller våtmarker eller kombinationer av båda (figur 4­4). Små kärr kan indikera ett lokalt utströmningsområde för i första hand ytliga flöden.

Figur 4-4. Sköllerstabäcken med Östra Kvismaren (till Hjälmaren / Mälaren) söder om Kvarntorp, Kumla kommun, utgör utströmningsområde för jord och bergvatten.

Kraftig marklutning ger förutsättning för grundvattentryck som ligger över markytan. Sådana förhållanden uppträder t ex vid foten av ett större höjdparti där artesiska tryck och källflöden kan uppstå. Finns uthållig lager med täta jordar kan artesiska tryck finnas inom stora arealer, t ex inom stora älvdalar och dalsänkor. Ofta domineras källflöden av ungt och ganska ytligt ström­ mande vatten som inte trängt ned i de djupare marklagren. I områden med sedimentärt berg förekommer ofta källsprång till följd av att berggrunden är uppbyggd av omväxlande täta och permeabla bergartsled.