Predicting extreme groundwater levels : A case study of the Chalmers model and how reference wells with different hydrogeological characteristics impact the precision of the model

Grundvatten och dess varierande nivåer kan potentiellt få en stor inverkan både på byggnaderoch dess omgivning och kan innebära risker som upplyftande krafter, skred och ras. Baseratpå detta är det av vikt att kunna förutsäga extrema grundvattennivåer, kallat dimensionerandegrundvattennivåer. Däremot görs sällan mätningar under en längre tid, vilket krävs för att fastställasannolikheten av en viss grundvattennivå. För att kunna prognostisera den dimensionerandegrundvattennivån har den så kallade Chalmersmodellen utvecklats. Modellen utgår från attsätta korta mätningar från ett grundvattenrör vid en observationsplats (observationsrör) i relation till en lång mätserie från ett grundvattenrör vid en referensplats (referensrör). Enligtmetoden ska val av referensrör baseras på att det är likartade förhållanden mellan de två platserna, att de ligger inom 50 km från varandra och att mätningar i referensröret utförts i mer än 20 år. Denna studie syftar att utreda med vilken tillförlitlighet som Chalmersmodellen kan prognostisera grundvattennivåer som kan förekomma inom en viss återkomsttid. Fokus är på hur valet av referensrör som är placerade vid olikartade hydrogeologiska förhållanden påverkar Chalmersmodellens resultat. Studien utförs som en fallstudie, med utgångspunkt i utbyggnaden av tunnelbanan i Stockholm vid Sockenplan och Station Sofia. Utgångspunkten i Chalmersmodellen är att använda grundvattennivåmätningar från observationsplatsen tillsammans med mätningar från en ostörd miljö vid en referensplats. Beräkningar görs genom att utföra databehandling och beräkningar i Python i enlighet med beskrivningar från Chalmersmodellen och utvärderas genom att jämföras mot en liknande metod kallad extremvärdesanalys. Karakterisering av platserna vid observationsrören och referensrören används för att utvärdera hur stor inverkan olika hydrogeologiska egenskaper (akvifertyp och topografiskt läge) har på beräkningarna av den dimensionerande grundvattennivån. Resultaten visar att Chalmersmodellen generellt underskattar dimensionerande grundvattennivåer. Modellen har även varierande storleksordning av noggrannheten och därmed är det svårt att fastställa förväntad noggrannhet med Chalmersmodellen. Studien visar även att om observationsrör och referensrör är placerade vid en sluten akvifer kan en högre tillförlitlighet förväntas och osäkerheten i tillförlitligheten tycks öka för öppna akviferer. Slutligen om referensrör och observationsrör väljs utifrån att likartade hydrogeologiska egenskaper och samvariation mellan respektive grundvattennivåer, kan högre precision förväntas enligt denna studie.Groundwater can potentially have a great impact on both constructions and the surrounding areas, and high groundwater levels can involve risks such as uplifting forces and landslide. Due to these risks it is important to predict and estimate the probability of extreme groundwater levels. However, when the necessary long term measurements are not available alternative methods are needed, like the Chalmers model. The Chalmers model is used for calculating extreme ground water levels, by combining a short measurement series from an observation well with the data from a reference well. For the results to be as accurate as possible, the two wells must share similar characteristics. The aim of this study is to investigate the Chalmers model when predicting the groundwater level for a specific return period. Focus will be on how the choice of different reference wells, with different characteristics, will influence the accuracy of the model. A case study will be conducted on two station sites (Sockenplan and Station Sofia) for the extension of the metro in the southern part of Stockholm, Sweden, upon which the Chalmer model will be implemented. The different characteristics of the obeservation and reference wells are tested to evaluate the accuracy of the model. The accuracy will be evaluated by using extreme value analysis as an alternative calculation model, assumed to be more precise, and compare the difference in extreme groundwater levels. The measurements used as reference in the Chalmers model are public data from The Geological Survey of Sweden, SGU, for groundwater levels. Data processing and calculations are performed in python. This study highlights the difficulties in determining the accuracy of the Chalmers model when predicting extreme groundwater levels, and no specific expected accuracy has been determined. Generally, the model appears to underestimate extreme grounwater levels. Furthermore, if the observation well and reference well are located by a confined aquifer and between inflow- and outflow areas, a higher precision can be expected. The uncertainty of the model increases with an unconfined aquifer. The results also imply that if the reference well and the observation well are selected based on similar hydrogeological characteristics, a covariation of groundwater levels over time and between highest and lowest level, a higher accuracy can be expected