Advanced

Advective transport times in the river basin of lake Vombsjön

Rodin Holst, Sarha LU and Svensson, Olivia (2016) In ISRN VTG820 20161
Civil Engineering (M.Sc.Eng.)
Engineering Geology
Abstract
The raw water source lake Vombsjön is situated in the center of southern Scania and provides drinking water by artificial groundwater recharge for approximately 450 000 inhabitants each day. More than 2800 households within the catchment of lake Vombsjön treats their domestic wastewater with a decentralized sewer system. The configuration of these sewer systems varies, but it is common to have some kind of soil infiltration unit as one of the treatment steps from which treated wastewater infiltrates through a soil bed towards the groundwater table. However, depending on the status of the wastewater treatment systems, contamination in form of nutrients, household chemicals, pharmaceuticals and pathogens originating from private households... (More)
The raw water source lake Vombsjön is situated in the center of southern Scania and provides drinking water by artificial groundwater recharge for approximately 450 000 inhabitants each day. More than 2800 households within the catchment of lake Vombsjön treats their domestic wastewater with a decentralized sewer system. The configuration of these sewer systems varies, but it is common to have some kind of soil infiltration unit as one of the treatment steps from which treated wastewater infiltrates through a soil bed towards the groundwater table. However, depending on the status of the wastewater treatment systems, contamination in form of nutrients, household chemicals, pharmaceuticals and pathogens originating from private households risk spreading with groundwater transport.

This master thesis has been carried out in collaboration with the research company Sweden Water Research (owned by Sydvatten AB among others) and aims to calculate the transport times by advective transport from source to closest water body discharging into lake Vombsjön. This represents a conservative approach of contaminant transport in the catchment area since advective transport describes the average linear velocity of groundwater in one dimension without regarding coefficients for retardation. The advective transport times were computed using Geographical Information System (GIS), in this case the software ArcMap was utilized. Transport times were modeled according to two cases depending on prevailing properties of geological deposits within the catchment, a median case indicating probable characteristics of deposits and a worst case referring to more permeable deposits.

The catchment area of lake Vombsjön can roughly be divided into two geological areas; the Vomb basin consisting of permeable glaciofluvial sediments and the shale plateau that is dominated by less permeable till and clay till. The fastest transport times for groundwater, modeled in the worst case scenario, varies between half a day up to one week at locations situated in permeable deposits along the water bodies found in the Vomb basin. Substance transport from any point located in the Vomb basin will reach the stream network within six months at most. However on the shale plateau, velocities up to over 100 years were found. In order to elaborate the modeled transport times it is recommended that the geological and hydrogeological properties within the catchment is further investigated. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Riskområden med snabb föroreningsspridning via grundvatten – grafisk illustration i ArcGIS

Enskilda avlopp utpekas allt oftare som en betydande källa till spridning av förorenande substanser och patogener. Hur kan man identifiera och visualisera transporttider för föroreningar baserat på ett områdes geologiska karaktär?

Idag finns cirka 700 000 hushåll med enskilt avlopp i Sverige varav hälften bedöms vara av bristande kvalitet. Ett enskilt avlopp innebär att avloppsvattnet från hushållet renas i ett privat reningssystem istället för att kopplas till ett kommunalt reningsverk. Vombsjön är en råvattenkälla belägen i södra Skåne vilken dagligen förser cirka 450 000 invånare med dricksvatten. I avrinningsområdet runt Vombsjön finns det... (More)
Riskområden med snabb föroreningsspridning via grundvatten – grafisk illustration i ArcGIS

Enskilda avlopp utpekas allt oftare som en betydande källa till spridning av förorenande substanser och patogener. Hur kan man identifiera och visualisera transporttider för föroreningar baserat på ett områdes geologiska karaktär?

Idag finns cirka 700 000 hushåll med enskilt avlopp i Sverige varav hälften bedöms vara av bristande kvalitet. Ett enskilt avlopp innebär att avloppsvattnet från hushållet renas i ett privat reningssystem istället för att kopplas till ett kommunalt reningsverk. Vombsjön är en råvattenkälla belägen i södra Skåne vilken dagligen förser cirka 450 000 invånare med dricksvatten. I avrinningsområdet runt Vombsjön finns det mer än 2800 hushåll med enskilt avlopp där flera av dessa är kopplade till en reningsenhet bestående av markinfiltration. Detta innebär avloppsvattnet sipprar ner mot grundvattnet genom marken eller genom en konstgjord bädd av sorterat material där biologisk- och kemisk nedbrytning av förorenande substanser sker. Vid bristande kvalitet på dessa infiltrationsbäddar riskerar föroreningar att nå grundvattnet och spridas till närmaste vattendrag. Kommunerna runt sjön ansvarar för inspektion av avloppen och kan ställa krav på åtgärd från fastighetsägare om inte reningskrav uppfylls. För att optimera inspektionsarbetet som är både tid- och resurskrävande samt säkerställa Vombsjöns vattenkvalitet, behövs guidning till vilka områden som bör prioriteras då de utgör störst risk för snabb föroreningsspridning.
I studien har det undersökts vilka de potentiella förorenande substanserna från enskilda avlopp i Vombsjöns avrinningsområde är och en modell för transport av föroreningar via grundvatten till närmsta vattendrag har skapats i kartprogrammet ArcGIS. Modellen baseras på avrinningsområdets geologi och grundvattenytans lutning som approximerats med markytans lutning. De snabbaste transporttiderna för vattenlösliga substanser återfinns i höggenomsläppliga isälvsavlagringar öster om Vombsjön medan de långsammaste transporttiderna återfinns i lerig morän norr om sjön. Modellen är således generell för vattenlösliga substanser och tar inte hänsyn till föroreningarnas unika kemiska karaktär eller hur de påverkas av omgivande mark- och vattenkemi. De modellerade transporttiderna bör därför främst ses som en indikator på i vilka områden i Vombsjöns avrinningsområde det föreligger störst risk för spridning av vattenlösliga föroreningar.
GIS-baserade program har visat sig vara lämpliga för modellering av transporttider i grundvatten då resultatet blir lättförståeligt genom grafiska kartor. Uppskattade transporttider med denna typ av modell kan hjälpa myndigheter, kommuner samt andra intressenter som arbetar med vattenförvaltning och enskilda avlopp att grafiskt illustrera den föreliggande risken för föroreningsspridning i ett område på ett enkelt sätt. Den grafiska illustrationen kan också motivera i vilka områden man bör ta extra hänsyn till teknikval vid installation av nya enskilda avloppsanläggningar. För att fördjupa studiens resultat rekommenderas att de geologiska och hydrogeologiska egenskaperna inom Vombsjöns avrinningsområde karteras mer noggrant. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Rodin Holst, Sarha LU and Svensson, Olivia
supervisor
organization
course
VTG820 20161
year
type
H3 - Professional qualifications (4 Years - )
subject
keywords
Lake Vombsjön, advective transport, decentralized sewer systems, contaminant transport, transport times, ArcMap
publication/series
ISRN
report number
LUTVDG/(TVTG--5148)/1-59/(2016)
language
English
additional info
Examiner: Jan-Erik Rosberg
id
8884773
date added to LUP
2016-06-27 10:17:18
date last changed
2016-06-27 10:17:18
@misc{8884773,
  abstract     = {The raw water source lake Vombsjön is situated in the center of southern Scania and provides drinking water by artificial groundwater recharge for approximately 450 000 inhabitants each day. More than 2800 households within the catchment of lake Vombsjön treats their domestic wastewater with a decentralized sewer system. The configuration of these sewer systems varies, but it is common to have some kind of soil infiltration unit as one of the treatment steps from which treated wastewater infiltrates through a soil bed towards the groundwater table. However, depending on the status of the wastewater treatment systems, contamination in form of nutrients, household chemicals, pharmaceuticals and pathogens originating from private households risk spreading with groundwater transport.

This master thesis has been carried out in collaboration with the research company Sweden Water Research (owned by Sydvatten AB among others) and aims to calculate the transport times by advective transport from source to closest water body discharging into lake Vombsjön. This represents a conservative approach of contaminant transport in the catchment area since advective transport describes the average linear velocity of groundwater in one dimension without regarding coefficients for retardation. The advective transport times were computed using Geographical Information System (GIS), in this case the software ArcMap was utilized. Transport times were modeled according to two cases depending on prevailing properties of geological deposits within the catchment, a median case indicating probable characteristics of deposits and a worst case referring to more permeable deposits.

The catchment area of lake Vombsjön can roughly be divided into two geological areas; the Vomb basin consisting of permeable glaciofluvial sediments and the shale plateau that is dominated by less permeable till and clay till. The fastest transport times for groundwater, modeled in the worst case scenario, varies between half a day up to one week at locations situated in permeable deposits along the water bodies found in the Vomb basin. Substance transport from any point located in the Vomb basin will reach the stream network within six months at most. However on the shale plateau, velocities up to over 100 years were found. In order to elaborate the modeled transport times it is recommended that the geological and hydrogeological properties within the catchment is further investigated.},
  author       = {Rodin Holst, Sarha and Svensson, Olivia},
  keyword      = {Lake Vombsjön,advective transport,decentralized sewer systems,contaminant transport,transport times,ArcMap},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  series       = {ISRN},
  title        = {Advective transport times in the river basin of lake Vombsjön},
  year         = {2016},
}