3D-karta avslöjar var grundvattnet finns – minskar risken för fel i byggprojekt

Ett nytt sätt att kartlägga grundvatten kan minska risken för fel och förseningar i byggprojekt. Genom att avläsa underjordens elektriska och elektromagnetiska egenskaper får man en 3D-karta av både markens genomsläpplighet och var grundvattnet gömmer sig. Idag görs borrningar som endast ger punktvis information. Hade metoden använts vid bygget av exempelvis Hallandsåsen och Förbifart Stockholm hade projekttiden kortats väsentligt, bedömer forskarna som utvecklat tekniken.

Under marken finns inte bara jord, lera, grus och sten. Där gömmer sig också underjordiska vattenmagasin – vårt grundvatten. Vatten kan förekomma i sprickor och håligheter i berggrunden eller mellan mineralkornen i skikt med sand och grus. Djupet kan variera mellan decimeter och hundratals meter.

Helhetsbild istället för punktvis information
Variationen av vattenförekomsterna innebär att det kan bli knepigt när det ska schaktas för nya tunnlar, gator och hus eller när man av andra skäl behöver göra ingrepp i marken. Saknas kunskap om vattenförekomster finns risk för att vissa moment behöver göras om och att projektet drar ut på tiden. I värsta fall kan grundvattnet förorenas eller så kan vägar, byggnader eller broar sätta sig.

Tina Martin, forskare i teknisk geologi vid LTH, Lunds universitet, har lett ett arbete med att kombinera två befintliga undersökningsmetoder som tillsammans, har det visat sig, ger mer komplett och säker information än dagens. Idag görs vanligtvis provborrningar, men de ger bara punktvis information och ingen helhetsbild.

Karta av både vattenmängd och markens egenskaper
Enligt Tina Martin är det särskilt viktigt att förstå markens hydrauliska egenskaper, det vill säga hur stora mängd rörligt vatten det finns samt hur lätt vattnet strömmar genom marken.

– Den insikten behövs för att exempelvis dimensionera en schakt för en underfart på ett korrekt sätt för att undvika exempelvis översvämning.

Man behöver också veta om det finns grundvattentillgångar som är känsliga för föroreningar så att man kan vidta lämpliga skyddsåtgärder där det behövs.

– Men också för att man slippa göra det där det inte behövs, eftersom det blir väldigt dyrt annars, säger hon.

Med sådan här icke-förstörande provning kan man också dra ner på antalet kostsamma provborrningar.

Det viktigaste om grundvatten i en bild
Det hon och hennes kollegor gjort är att kombinera två tekniker som kallas DCIP, direct current induced polarization, och MRS, magnetic resonance sounding. (Läs mer i faktura).

– Det som blir så bra med att kombinera dessa två tekniker är att man får både information om grundvattnets mängd och dess genomsläpplighet, säger Tina Martin.

Som en del i arbetet har metoden testats på tre platser i Sverige, nämligen Mjölkalånga nära Finjasjön, vid Börringe utanför Svedala och Hasslerör utanför Mariestad, vilka alla har olika geologiska förutsättningar. Arbetet har hittills utmynnat i presentationer på vetenskapliga workshops och konferenser, och kommer sammanställas i en rapport och en vetenskaplig artikel.

Inom tio år bedömer forskarna att metoden kan börja användas.

– Vi hoppas på att kunna gå vidare och även genomföra tester med mätning i borrhål och så kallad ”direct push” där en mätsond med inbyggda sensorer trycks ner i marken. Genom detta skulle man kunna få bättre detaljupplösning och troligen även kunna får användbara resultat i områden där mätstörningarna blir ett problem vid mätning på markytan.

Forskningen har finansierats av Trafikverket med 2.7 miljoner. Arbetet har gjorts tillsammans med Aarhus universitet (kring MRS) och Universitetet i Milano (databearbetning och inversmodellering).

Rapporten har publicerats här https://portal.research.lu.se/en/publications/geophysical-mapping-of-groundwater-properties-for-transport-infra

För mer information, kontakta Tina Martin, forskare i  Teknisk geologi +46 46 222 89 92 tina.martin@tg.lth.se eller Torleif Dahlin, Professor teknisk geologi, +46 46 222 67 30, +46 72 537 53 16 torleif.dahlin@tg.lth.se

Projektets hemsida: Geophysical mapping of groundwater properties for construction of transport infrastructure — Lund University

Foton och bilder: bild på tekniken bifogas. För foton på Tina Martin i fält, sök på Tina Martin i Lunds universitets bildbank https://lu-mediaportal.qbank.se/se/login?

Fakta: Så fungerar tekniken

Den nya metoden kombinerar och utvecklar två befintliga tekniken på nytt sätt, nämligen DCIP, direct current induced polarization, och, MRS, magnetic resonance sounding.

DCIP drar fördel av det faktum att olika typer av material reagerar olika på små elektriska strömpulser som man skickar genom marken, och där avklingningen av de elektriska signalerna ger information om geomaterialens inre struktur.

MRS mäter å sin sida elektromagnetiska signaler från vattenmolekylerna som sätts i svängning av ett elektromagnetiskt fält som man sänder ut, som är proportionella mot vatteninnehållet.

DCIP är en vidareutveckling av ERT (elektrisk resistivitetstomografi) som används vid undersökningar i grundvatten-och miljöundersökningar, samt i geotekniska förundersökningar. Informationen får man fram genom att sticka ner elektroder i markytan, och genom skicka strömpulser samtidigt som man mäter hur marken svarar på det kan man bygga upp bilder av hur det specifika elektrisk motståndet fördelar sig i marken. Exempelvis ger fast berg höga motstånd medan lerjord ger låga  motstånd. Med DCIP mäter man också markens uppladdningsförmåga, alltså förmåga att fungera som en kondensator, vilket ger information om dess inre struktur. MRS används fortfarande främst inom forskning.

DCIP kan ge information om den hydrogeologiska konduktiviteten, alltså genomsläppligheten för grundvattenströmning, medan MRS ger information om mängden rörligt grundvatten och även information relaterad till genomsläppligheten. DCIP är snabbare att arbeta med och mera robust gentemot mätstörningar, vilket kan betyda mycket för praktiska tillämpning. Genom att kombinera båda metoderna och använda dem i en två- eller tredimensionell strategi, kombinerat med information från borrning och tester i brunnar i ett begränsat antal utvalda punkter, skulle det vara möjligt att skapa rumsliga modeller av de grundvattenegenskaperna. Geofysiken kan optimera placeringen av punkter för borrning och hydraulisk provning, och i viss mån reducera behovet. Dock inte eliminera behovet då sådana data behövs för verifiering och referens så att geofysiken tolkas rätt.

Tina Martin, forskare i  Teknisk geologi +46 46 222 89 92 tina.martin@tg.lth.se eller Torleif Dahlin, Professor teknisk geologi, +46 46 222 67 30, +46 72 537 53 16 torleif.dahlin@tg.lth.se