I många sammanhang behöver ytvatten infiltreras och bilda grundvatten på ett stabilt, effektivt och säkert sätt. En fjärdedel av den svenska kommunala dricksvattenförsörjningen baseras på konstgjord infiltration. Lantbruket behöver använda dräneringsvatten för att bygga upp grundvattennivåerna inför bevattningsbehovet på sommaren, liksom skogsbruket. Längs våra vägar och järnvägar hanteras dagvatten som om möjligt bör infiltreras och öka grundvattenbildningen. Inne i tätorterna dräneras regn och annat dagvatten lämpligast genom att vattnet fördröjs så att toppflödena minskar och grundvatten kan bildas. Längs kuster där det finns risk för saltvatteninträngning behövs en sötvattenkudde byggas upp som håller emot saltvattenfronten, lämpligast genom förstärkt grundvattenbildning via infiltration. Och så vidare.
Av: Kenneth M Persson
Hur fungerar en infiltrationsbassäng? Hur avskiljs mikroorganismer, partiklar, kemiska föreningar eller joner i infiltrationsbädden? Det finns några studier gjorda om infiltration men ämnet är långt ifrån uttömt, om uttrycket tillåts. I en nylig undersökning av hur ett grundvattenmagasin i sand påverkas av ett infiltrationsflöde med partiklar i storleken 30 nm till 63 µm redovisar Zou och medarbetare vad som händer med magasinets vattenledningsförmåga, hur partiklarna avskilja beroende på deras storlek och var någonstans partiklarna hamnar i magasinet som funktion av flöde och storlek (Zou och medarbetare, 2019).
Försök
De byggde upp ett litet grundvattenmagasin i sitt laboratorium med hjälp av siktad finkornig sand (0,3-0,6 mm i partikeldiameter och en porositet på 0,34). Sanden fylldes upp i en 3 m lång kammare med en bredd om 30 cm och en höjd om 60 cm. 40 cm in i magasinet satte de en liten infiltrationsränna varigenom vatten med partiklar kunde tillföras grundvattenmagasinet. Längs med kammaren satt tryckgivare och provtagningsslangar på olika nivåer i magasinet så att vattenprov och partikelprov kunde tas ut, respektive trycknivåerna i magasinet mätas före, under och efter infiltration med partiklar.
Partiklarna extraherades från sediment från Yangtses botten, vilket tvättades och silades genom en 100 µm sil. Partiklarnas medianstorlek mättes upp till 11,28 µm. Efter att låtit rent vatten infiltrera horisontellt genom det konstgjorda grundvattenmagasinet under några dygn för att stabilisera sandbädden började de infiltrera renvatten också vertikalt genom infiltrationsrännan. Efter en dag bytte de renvattnet mot ett vatten blandat med partiklar från flodsediment, för att simulera dagvatteninfiltration. De följde hur partiklarna fångades upp i sanden, var de avskildes och hur fastläggning av partiklar påverkade den hydrauliska konduktiviteten i magasinet. Slutligen tog de fram en MODFLOW-modell över grundvattenmagasinet före, under och efter partikelinfiltration.
Resultat
Resultaten från studien visade att den hydrauliska konduktiviteten i sanden minskade med 27% (från 32,4 m/d till 23,7 m/d) efter att partiklarna delvis hade fångats upp i sanden och minskat porstorleken i magasinet. De visade även att partiklar siktades av sanden, så att de största partiklarna fångades upp närmast infiltrationsrännan, medan de finare partiklarna följde med längre ut horisontellt i magasinet. Efter knappt 80 timmars infiltration med partiklar kunde de visuellt se ett smutslager i sanden under infiltrationsrännan där de största partiklarna hade fångats upp i sanden.
För att beräkna porositeten i grundvattenmagasinet och för att bestämma hur porositeten ändrades då partiklar avlagrades i sanden och gjorde porerna trängre beräknade denna med hjälp av Kozeny-Carmans ekvation. Den är en ofta använd relation som utgår från porytan, porlängden (tortuositeten) och tryckfallet genom det porösa mediet, som i detta fall är sanden med eller utan fastlagda partiklar. Med dessa parametrar kan porositet och ändringar i permeabiliteten i magasinet beräknas.
Enligt tryckmätningarna och Kozeny-Carmans ekvation minskade porositeten mest direkt under infiltrationsrännan. Framför allt de större partiklarna med högre densitet fångades upp av gravitationen och stannade under infiltrationsrännan. De mindre partiklarna följde med det horisontella flödet genom sanden ut mot utloppet. Efterhand som försöket pågick kunde de också se att gravitationen förde ned de största partiklarna under infiltrationsrännan djupare och djupare i sanden. När försöket avslutades låg ett tydligt partikellager på botten av sandmagasinet under infiltrationsrännan.
Men de kunde också följa att små partiklar fastlades och lossnade horisontellt, så att de små partiklarna i stor utsträckning med tiden följde med grundvattenflödet ut från kammaren. Deras bedömning av detta förhållande är att en infiltrationsbassäng/infiltrationsränna som tar emot partikelhaltigt vatten måste rensas regelbundet för att ta bort avlagrade större partiklar. Småpartiklar mindre än 10 µm kommer däremot inte att täppa igen detta sandmagasin, utan kommer med tiden att tvättas ut med grundvattnet.
Slutsatser
För dem som anlägger och driver en infiltrationsanläggning är dessa resultat värdefulla att känna till.
- 1) Det gäller att anlägga en infiltrationsbädd så att det går att komma åt och rensa ytskiktet med jämna mellanrum för att inte de större partiklarna i infiltrationsflödet skall sätta igen infiltrationsytan.
- 2) Den som driver en infiltrationsanläggning måste planera för underhålllsbehovet i 1) ovan.
- 3) Eftersom småpartiklar inte fastläggs utan rör sig med grundvattenflödet horisontellt måste hänsyn tas till att dessa partiklar kan åstadkomma oönskad transport av lösta salter, metaller eller lågmolekylärt organiskt material, som kan sitta på och i partiklarna.
Artikeln är klar och redligt skriven och redovisar värdefulla resultat. Jag tror att såväl de kommunala som privata och statliga infiltratörer har glädje av att läsa och begrunda hur konstgjord infiltration kan gå till. Den är öppet tillgänglig och kan laddas ned från Waters hemsida.
Källa: Zhike Zou, Longcang Shu, Xing Min, Esther Chifuniro Mabedi. Clogging of infiltration basin and its impact on suspended particles transport in unconfined sand aquifer: insights from a laboratory study. Water 2019 11, 1083.
