Modeling contingency infiltration scenarios in MODFLOW : Stockholm Bypass and tunnel induced groundwater drawdown

Subsurface constructions, such as tunnels, create hydrogeological challenges in mitigating risk of subsidence due to groundwater drawdown. Presenting readily made precautionary mitigation plans, such as strategically planned artificial recharge applications, can help effectivise the mitigation process. The Bypass Stockholm project comprises of several subsurface constructions which may lower the surrounding groundwater level through tunnel leakage. Risk of land subsidence persists in the nearby urban area of Vinsta, Stockholm, where a groundwater drawdown may cause the clays in the area to experience land subsidence. A hydrogeological modelling approach was used in the area to create strategic artificial infiltration plans that could be employed as a mitigative response to the drop in groundwater head. In order to simulate the potential tunnel drainage, a steady state hydrogeological model was built using MODFLOW. A 220 l/s tunnel leakage was then simulated. Four different artificial groundwater infiltration scenarios were then conceptualized and simulated to observe effects on groundwater heads. The groundwater levels of the baseline model of the area fit the calibration targets with average absolute deviation of 0.18 m. The tunnel drainage scenario lowered the groundwater level in the till aquifer and bedrock by 0 - 1.5 m and 0.5 - 5 m respectively, with higher drawdowns observed closer to the tunnel. The infiltration scenarios mitigate the groundwater drawdown with different efficacies; proximity to the recharge point, and discharge into the till aquifer were observed to have the highest effect on groundwater recharge in the model. The model could have been improved by improving the data quality surrounding the hydraulic conductivity of the bedrock, as it had the highest effect according to the parameter sensitivity analysis.Konstruktioner under mark kan skapa hydrogeologiska utmaningar, såsom sättningsrisk orsakade av grundvattenavsänkning. Ett sätt att effektivisera åtgärdsprocessen är att förbereda för eventuell artificiell grundvatteninfiltration. Vägprojektet Förbifart Stockholm innefattar konstruktioner under mark och riskerar, genom inläckage, att sänka grundvattennivån i omgivningen. Ett potentiellt problemområde är stadsdelen Vinsta, delar av vars är byggd på sättningskänslig lera som kan påverkas av en grundvattenavsänkning. För att kunna motverka en grundvattensänkning i Vinsta har hydrogeologisk modellering utförts för att strategiskt planera artificiell grundvatteninfiltration. Ett tunnelläckage på 220 l/s har simulerats genom en hydrogeologisk steady state-modell i MODFLOW. Fyra olika scenarier för grundvatteninfiltration har konceptualiserats och simulerats för att observera påverkan på grundvattennivån. Den spatialt variabla grundvattennivån i grundmodellen nådde kalibreringsmålen med en genomsnittlig absolutavvikelse på 0,18 m. Modellen för tunnelläckage resulterade i att grundvattennivån i moränakvifären och berget sjönk med 0 – 1,5 resp. 0,5 – 5 m, med större grundvattensänkning närmare tunneln. Scenarierna för infiltration motverkade grundvattensänkningen i olika grad. Närhet tilltunneln, eller platsen för inläckage, samt den hydrauliska konduktiviteten mellan infiltrationen och akvifären visade störst påverkan på resultatet för att motverka grundvattensänkningen. Känslighetsanalysen för parametrarna i modellen visade att berget och dess hydrauliska konduktivitet hade störst påverkan på resultatet. Tillgång till bättre data för berget möjliggör förbättrat modelleringsresultat