[PDF] [PDF] Vann- og varmetransport i grunnvannsakviferen i - NTNU Open

[PDF] Subsurface Viewer 2009: User Manual V10 - NERC Open

J, SUBSURFACE VIEWER 2009: USER MANUAL V1_0 2009 British Geological Survey Open Report, OR/09/027 23pp Copyright in materials derived from the 

[PDF] Jordlagermodellering i 3D - exempel från Uppsalaåsen med

19 nov 2016 · Modellarbetet i SubsurfaceViewer har utförts av Eva Jirner (SGU) som The software SubsurfaceViewer MX was used as the modelling tool

[PDF] Vann- og varmetransport i grunnvannsakviferen i - NTNU Open

31 déc 2017 · Lage kvartærgeologisk 3D-modell i Subsurface Viewer og gjøre SubsurfaceViewer MX, Matlab og et lite Fortran-program laget av Haugsand ( 2017) i Rock physics phase relations: a handbook of physical constants

[PDF] A Practical Guide to Geostatistical Mapping

spatial prediction in this handbook, even though the term spatial interpolation has for use on personal computers running Microsoft Windows 2000 or XP, Mac

[PDF] 8th EUREGEO Barcelona 2015 - ICGC

viewer http://www subsurfaceviewer com MATTHIJS J et al 100 m x 100 m and their faces were oriented following the mean Handbuch zur Erstellung von

Download book PDF

3D in Geophysics and Geology Explanation of the BGS Subsurface Viewer Mexico by means of the Global Positioning System (GPS) measurements In: Jordan, Eggert, Kneissl eds Handbuch der Vermessungs- kunde III a/3, 10th edn , 

[PDF] THREE-DIMENSIONAL GEOLOGICAL MAPPING - CORE

2012, Geology, in W Kresse and D M Danko, eds , Springer handbook of southeastern Española basin, Santa Fe County, New Mexico: U S Geological Survey, Scientific Investigations A freely downloadable Subsurface-Viewer® was

[PDF] 3D urban subsurface modelling and visualisation - CORE

Figure 13 2D display of borehole data for manual correlation of units using ArcView scripts Model results and visualisation Originally, the model consisted of five 

[PDF] Multidisciplinary description of the access area of the planned - SKB

13 nov 2019 · The SubsurfaceViewer MX software version 6 0 33 (INSIGHT 2014) was used to interpret and model the thickness of different regolith layers

[PDF] Handbuch - WLAN

[PDF] Handbuch 1

[PDF] Handbuch 2011 TUI BKK - bei der BKK Salzgitter

[PDF] Handbuch 750-315

[PDF] Handbuch 750-889

[PDF] Handbuch 762-1104

[PDF] Handbuch AS-Interface 3.0 Profibus-Gateways

[PDF] Handbuch Bestenliste-V6 - bei COSA

[PDF] handbuch businessplan - Wirtschaftsförderung Dortmund

[PDF] Handbuch der Sozialisationsforschung

[PDF] Handbuch Erweiterte Systeme - Digidesign Support Archives

[PDF] Handbuch für Debian Edu / Skolelinux Wheezy 7.1+edu0

[PDF] Handbuch für den Palm™ Tungsten™ T3

[PDF] Handbuch für die Nutzung von myhomegate

[PDF] Handbuch für Dozenten/Tutoren mit Lehr - IMED-KOMM-EU

i

OPPGAVETEKST

Tittel: Vann- og varmeWranVporW i grunnvannVakviferen i ÓelUuV VenWrum konVepWuell vurTering.

Student: Inger SWrøm ŃlugVruT

Hovedveileder: Randi Kalskin Ramstad, IGP

Medveileder: SonTre GjengeTalH IGP

Oppgavetekst:

- Litteratursøk: - BeVkrivelVe av relevanWe lab- og felWmeWoTer (f.ekV. kornforTelingH porøViWeWH UyTrauliVk permeabiliWeWH måling av grunnvannVnivå og grunnvannVWemperaWurH

WeVWpumping og varmeleTningVevne)

- Konveksjons- og TiffuVjonVbiTrag i akviferer - Modellering av varmetranVporW i akviferer - Beskrive strategi for valg og behandling av prøvedata. - Beregne og vurdere hydrauliske gradienter og grunnvannshastighet i Melhus sentrum. - Lage kvartaergeologisk 3D-moTell i SubVurface Viewer og gjøre moTellberegninger av varmeWranVporW i akviferen. VurTere Vamvirke mellom varmeWranVporW veT konvekVjon og

TiffuVjon.

- Det skal legges vekt på god fremstilling av måledata, resultater og modeller i f.eks.

TiagrammerH 2M-WverrVniWW og karW.

- Diskusjon av resultater, konklusjon og videre arbeid. ii iii

SAMMENDRAG

Vann- og varmeWranVporW i grunnvannVakviferen i ÓelUuV VenWrum konVepWuell vurTering er en

maVWeroppgave VkreveW av Inger SWrøm ŃlugVruT UøVWen 2017. ArbeiTeW er gjorW i forbinTelVe meT

PeWroleum veT NorgeV TekniVk-NaWurviWenVkapelige UniverViWeW. Oppgaven er på 92 ViTer. Oppgaven er WilknyWWeW forVkningVproVjekWeW ORÓNL (OpWimal reVVurVuWnyWWelVe av grunnvann Wil oppvarming og kjøling i ÓelUuV og Nlverum). HoveTmåleW for proVjekWeW er å fremVkaffe eW faglig VoliT og baerekrafWig grunnlag for en opWimal uWnyWWelVe og forvalWning av grunnvannVreVVurVene i Te Wo kommuneVenWrene. Hensikten med masteroppgaven er å undersøke UvorTan vann og varme WranVporWereV i bakkenH og UvorTan Te UyTrogeologiVke forUolTene på ÓelUuV påvirker TiVVe proVeVVene. MeW fokuVereV på UyTrauliVk konTukWiviWeW beregneW veT OoYeny-Carman og OenneyV formler og Vamvirke mellom varmeWranVporW veT konvekVjon og

TiffuVjon.

OoYeny-Carman og Oenney uWvikleW empiriVke fomler for beregning av UyTrauliVk konTukWiviWeW. Oenney formel benyWWer ݀ହ, diameteren som 5% av prøvens masse er mindre enn. Kozeny-

Carman benyWWer VpeVifikW overflaWeareal ܵ

beregneV fra kornforTeling. Sammenlikning av reVulWaWer i oppgaven viVer aW for prøvemaWeriale er ܵ

7 av prøvemaWerialeW er Oenney og OoYeny-

CarmanV formler WilnaermeW like følVomme overfor enTringer i mengTen finVWoff. I eW grunnvannVbaVerW grunnvarmeanlegg meT åpenW VyVWem pumpeV grunnvann opp i en proTukVjonVbrønn og VenTeV gjennom en varmepumpe. MereWWer blir vann meT enTreW WemperaWur

reinfilWrerW i akviferen gjennom en reWurbrønn. Oppgaven Uar brukW ekViVWerenTe TaWa Wil å beregne

UyTrauliVk graTienW og UyTrauliVk konTukWiviWeW. MereWWer unTerVøkeV TeW UvorTan variaVjon i TiVVe parameWerne påvirker WemperaWurVpreTningen fra reWurbrønnen. MerVom proTukVjonV- og

reWurbrønnene er plaVVerW ugunVWig i forUolT Wil grunnvannVWrømningenH vil WemperaWurforVkjellen

mellom brønnene kunne uWjevneV. MeW reTuVerer effekWiviWeWen Wil VyVWemeW. HvorTan varmen forplanWer Veg i bakken vil Ua beWyTning for gunVWig plaVVering av reWurbrønn. iv VarmeWranVporW er moTellerW meT eW liWe program lagT i ŃorWran i forbinTelVe meT Tenne oppgaven. ProgrammeW Ver kun på WemperaWurTiVWribuVjon Vom følge av konvekVjon- TiffuVjonVlikningen mellom Wo brønner meT konVWanW grunnvannVUaVWigUeW. MeW meTfører VvaerW mange forenklinger. ŃorTelen meT eW VlikW program er aW man enkelW kan VeWWe Veg inn i maWemaWikken Vom ligger bakH og aW TeW er mulig å WeVWe mange Wilfeller veT å regulere få

parameWere. MeW er VvaerW goTW egneW for å øke forVWåelVe. ÓoTellering av varmeWranVporW i Tenne

oppgaven er uWførW på forenkleTeH konVepWuelle Vcenarier. UW ifra moTellering av injekVjon av kalTW vann i en WrelagV akviferH ble følgenTe WrenTer funneWJ - Størrelsen på varmeledningsevnen til akviferen påvirker i svaert liten grad

WemperaWurTiVWribuVjonen.

- Økning i hydraulisk konduktivitet medfører en økt horisontal utstrekning av sonen hvor WemperaWur påvirkeV. VarmeWranVporW veT konvekVjon blir TominerenTe. - Økning i hydraulisk gradient medfører en redusert vertikal utstrekning av sonen hvor WemperaWur påvirkeVH og økW UoriVonWal uWVWrekning. VeT lav UyTrauliVk graTienW vil varmeWranVporW veT TiffuVjon Vpiller en VWørre rolle.

TilWak for å reTuVereV VjanVen for aW proTukVjonVbrønnen påvirkeV av WemperaWurenTringer fra

reWurbrønnen kan inkluTere å øke avVWanTen mellom brønnene. MeW vil reTuVere Ten UyTrauliVke

graTienWenH og varmen vil i VWørre graT VpreV Wil over- og unTerliggenTe lag. MeW vil vaere en forTel å plaVVere reWurbrønnen Vlik aW Ten naWurlige UyTrauliVke graTienWen moWvirker Ten kunVWige Vom oppVWår veT pumping. PlaVVeringen av anTre naerliggenTe grunnvarmelanlegg vil påvirke Uvor man kan plaVVere reWurbrønnen. ViTere arbeiT kan inkluTere å vurTere om OoYeny-CarmanV formel i prakViV krever måling av

porøViWeWH eller om TeW finneV beTre empiriVke porøViWeWVformler baVerW på kornforTeling. ViTere

kan TeW lageV eW program eller bruke ekViVWerenTe programvare Vom ŃNLŃLOP Wil vurTere

varmeWranVporW på ÓelUuV i TeWalj for å kunne Vi noe om og evenWuelW når WermiVk korWVluWning vil

kunne innWreffe. v

ABSTRACT

Heat and water transport in the groundwater aquifer in Melhus concepWual evaluaWion iV a maVWer WUeViV wriWWen by Inger SWrøm ŃlugVruT in WUe auWumn of 2017. TUe WUeViV waV wriWWen aV parW of WUe courVe TGB4935 Environmental and HydrogeologyH ÓaVWerGV TUeViV aW WUe MeparWmenW of GeoVcience anT PeWroleum aW WUe Norwegian UniverViWy of TecUnology anT

Science. TUe WUeViV UaV 92 pageV.

TUe WUeViV iV aVVociaWeT Wo [formV a parW of] WUe reVearc projecW ORÓNL (OpWimal reVource uWiliYaWion of grounTwaWer for UeaWing anT cooling in ÓelUuV anT Nlverum). TUe main aim of WUe projecW iV Wo proviTe a VcienWific anT VuVWainable founTaWion for opWimal uVe anT managemenW of WUe grounT waWer reVourceV in WUe Wwo municipal cenWreV. TUe objecWive of WUe WUeViV iV Wo explore Uow UeaW anT waWer iV WranVporWeT in WUe gorunT anT Uow WUeVe proceVVeV are influenceT by WUe UyTrogeological conTiWionV in ÓelUuV. TUe focuV iV on UyTraulic conTucWiviWy aV eVWimaWeT by WUe formulae of OoYeny-Carman anT OenneyH anT on WUe UeaW WranVporW by convecWion anT TiffuVion. OoYeny-Carman anT Oenney TevelopeT empirical formulae for eVWimaWion of UyTraulic conTucWiviWy. OenneyGV meWUoT uVeV ݀ହ, which is estimated from the grain size distribution. OoYeny-CarmanGV meWUoT uVeV WUe Vpecific Vurface area ܵ boWU be meaVureT or eVWimaWeT from WUe grain TiVWribuWion. A compariVon of reVulWV in WUe WUeViV

VUowV WUaW for WUe VampleV from Melhus ܵ

7 of WUe VampleV WUe formulae of Oenney anT OoYeny-Carman are approximaWely aV VenViWive

Wo cUangeV in WUe amounW of fine-graineT maWerial. In a grounT waWer baVeT [UeaWingIcoooling] planW wiWU an open VyVWem WUe grounT waWer iV pumpeT up [exWracWeT] in a proTucWion well anT VenW WUrougU a UeaW pump. TUe waWer wiWU cUangeT WemperaWure iV WUen reinfilWraWeT inWo WUe aquifer WUrougU a injecWion well. TUe WUeViV UaV uVeT exiVWing [previouV] TaWa in orTer Wo eVWimaWe UyTraulic graTienW anT UyTraulic conTucWiviWy. TUe effecW of variaWion in WUeVe parameWerV on WemperaWure TiVWribuWion from WUe injecWion well iV WUen VWuTieT. If WUe proTucWion anT injecWion wellV are poorly placeT in relaWion Wo WUe grounT waWer currenWH WUe WemperaWure Tifference beWween WUe wellV may become equaliYeT. TUiV will vi reTuce WUe efficiency of WUe VyVWem. TUe WranVporW of UeaW in WUe Voil may be imporWanW for finTing an opWimal place for WUe injecWion well. HeaW WranVporW waV moTelleT by a Vmall ŃorWran program maTe for WUiV WUeViV. TUe program only conViTerV WUe WemperaWure TiVWribuWion WUaW reVulWV from WUe convecWion-TiffuVion equaWion beWween Wwo wellV wiWU conVWanW grounT waWer velociWy. TUiV implieV a number of VimplificaWionV. TUe aTvanWage of VucU a program iV WUaW iW iV eaVy Wo explore WUe maWUemaWicV beUinT WUe moTelH anT many TifferenW VcenarioV may be WeVWeT uVing a Vmall number of

parameWerV. TUiV eaVeV WUe unTerVWanTing of WUe VyVWem. ÓoTelling of UeaW WranVporW in WUiV WUeViV

waWer inWo a WUree-layereT aquifer WUe following WrenTV were founTJ - The heat conductivity of the aquifer UaV only a very minor influence on WUe WemperaWure

TiVWribuWion.

- Increased hydraulic conductivity leads to a wider horizontal range of the zone of temperature influence. HeaW WranVporW by convecWion becomeV TominanW. - Increased hydraulic gradient leads Wo a reTuceT verWical range of WUe Yone of WemperaWure influenceH anT an increaVeVT UoriYonWal range. PiWU low UyTraulic graTienWV UeaW WranVporW by

TiffuVion becomeV more imporWanW.

ÓeaVureV Wo reTuce WUe riVk of influence on WUe proTucWion well by WemperaWure cUangeV from WUe reWurn wall incluTe increaVing WUe TiVWance beWween WUe wellV. TUiV will reTuce WUe UyTraulic graTienWH anT WUe UeaW will VpreaT Wo WUe layerV above anT below aV well. IW will be aTvanWageouV Wo place WUe injecWion well VucU WUaW WUe naWural UyTraulic graTienW oppoVeV WUe arWificial [impoVeT] graTienW from pumping. TUe locaWion of oWUer nearby grounT waWer planWV may [alVo] influence WUe placemenW of WUe injecWion well. ŃurWUer work may incluTe an evaluaWion of wUeWUer WUe OoYeny-Carman formula in pracWice requireV poroViWy meaVuremenWVH or wUeWUer beWWer empirical formulae may be founT for poroViWy eVWimaWion baVeT on grain ViYe TiVWribuWion. ŃurWUermoreH a cuVWomiYeT program or exiVWing

VofWware VucU aV ŃNLŃLOP may be uVeT Wo evaluaWe UeaW WranVporW in ÓelUuV in TeWail in orTer

Wo concluTe if anT wUen WUermal breakWUrougUmigUW occur. vii

FORORD

Bakgrunnen for masteroppgaven er et ønske om å øke forståelse for hvordan vann og varme WranVporWereV i grunnen i forbinTelVe meT eW grunnvannVbaVerW grunnvarmeanlegg. Oppgaven er VkreveW i forbinTelVe meT ORÓNL-proVjekWeW (OpWimal reVVurVuWnyWWelVe av grunnvann Wil oppvarming og kjøling i ÓelUuV og Nlverum). MeW er eW VamarbeiT mellom ÓelUuV og Nlverum kommuneH InVWiWuWW for geoviWenVkap og peWroleum og InVWiWuWW for energi- og proVeVVWeknikk veT NTNUH NorgeV geologiVke unTerVøkelVe (NGU) og AVplan Viak. UnTerVøkelVeVområTeW for oppgaven ligger i ÓelUuV VenWrum. OppgaveWekVWen er uWformeW av førVWeamanuenViV RanTi

OalVkin RamVWaT og VWipenTiaW SonTre GjengeTal.

Jeg vil Wakke mine veileTere RanTi OalVkin RamVWaT og SonTre GjengeTal for goTe faglige VamWaler og goTe WilbakemelTinger. I Willegg vil jeg Wakke Anna SeiWUer på NGU for goT Ujelp meT 3M-moTellering i SubVurfaceViewer. Jeg vil reWWe en VpeVielW VWor Wakk Wil meTVWuTenW ÓarWin HovTa HaugVanTH Vom lagTe eW TaWaprogram for moTellering av varmeWranVporW Wil Tenne oppgaven. Til VluWW vil jeg Wakke min far OeWil ŃlugVruT for velTig goTe faglige VamWalerH og min VøVWer Signe SWrøm ŃlugVruT for VvaerW enWuViaVWiVk korrekWurleVing.

OVloH 31. TeVember 2017

Inger SWrøm ŃlugVruT

viii ix

INNHOLDSŃORTNGNNLSN

Oppgavetekst.................................................................................................................................... i

Sammendrag .................................................................................................................................. iii

Abstract ........................................................................................................................................... v

Forord ............................................................................................................................................ vii

Innholdsfortegnelse ........................................................................................................................ ix

Figurliste ...................................................................................................................................... xiii

Tabelliste ....................................................................................................................................... xv

1 Innledning ................................................................................................................................ 1

2 Teori......................................................................................................................................... 3

2.1 Introduksjon til grunnvann ............................................................................................... 3

2.2 Hydraulisk konduktivitet .................................................................................................. 4

Vaeskens strømningsegenskaper ............................................................................... 5

Jordartsklassifisering og kornfordelingsanalyse ....................................................... 5

Porøsitet .................................................................................................................... 8

Permeabilitet ............................................................................................................. 9

Spesifikt overflateareal: ............................................................................................ 9

2.3 Empiriske formler for hydraulisk konduktivitet............................................................. 10

Kozeny-CarmanV formel ......................................................................................... 11

Kenneys formel ....................................................................................................... 11

2.4 Grunnvannshastighet ...................................................................................................... 12

Darcys lov ............................................................................................................... 13

Hydraulisk graTienW ................................................................................................. 13

Gjennomsnittshastighet ........................................................................................... 13

x

2.5 Varmetransport ............................................................................................................... 14

Konveksjon ............................................................................................................. 15

Varmeledning .......................................................................................................... 15

Termisk diffusjon .................................................................................................... 16

Konveksjon-TiffuVjon-likningen ............................................................................. 16

Termisk kortslutning ............................................................................................... 17

2.6 Programvare ................................................................................................................... 19

3 Områdebeskrivelse ................................................................................................................ 21

3.1 Kvartaergeologi ............................................................................................................... 22

3.2 Berggrunn ....................................................................................................................... 25

3.3 Grunnvarme i Melhus sentrum ....................................................................................... 26

4 Metoder .................................................................................................................................. 27

4.1 Datagrunnlag .................................................................................................................. 27

Beskrivelse av brønner:........................................................................................... 28

Prøvetakning ved boring ......................................................................................... 29

Datagrunnlag kategori 1: OornforTelingVanalyVer .................................................. 31

Datagrunnlag kategori 2: Grunnvannsmålinger i brønn ......................................... 31

Datagrunnlag kategori 3: Gravimetri ...................................................................... 32

Datagrunnlag kategori 4: Varmeledningsevne til masseprøver .............................. 32

4.2 Steg 1: Beregning av parametere ................................................................................... 33

Bruk av kornfordelingsanalyser .............................................................................. 34

Grunnvannsmålinger ............................................................................................... 35

4.3 Steg 2: Forenkling av geologi ........................................................................................ 36

Sortering etter jordartsklassifisering: ...................................................................... 36

Ekstrapolering ......................................................................................................... 39

xi

4.4 Steg 3: Valg av parametere for forenklet geologi .......................................................... 40

Hydrauliske parametere: ......................................................................................... 40

Varmeledningsevne: ............................................................................................... 40

Vannets egenskaper: ............................................................................................... 40

4.5 Steg 4: Modellering ........................................................................................................ 41

Oppbygning av 3D-moTell ..................................................................................... 41

Modellering av varmetransport ............................................................................... 46

5 Resultater ............................................................................................................................... 51

5.1 Kvartaergeologisk modell ............................................................................................... 51

Forenkling av lagdeling .......................................................................................... 51

2D-WverrVniWW ............................................................................................................ 53

3D-moTell ............................................................................................................... 53

5.2 Vanntransport ................................................................................................................. 55

Hydraulisk konduktiviWeW ........................................................................................ 55

Hydraulisk gradient ................................................................................................. 60

Grunnvannshastighet............................................................................................... 60

5.3 Varmetransport ............................................................................................................... 63

Tilfelle 1-4 variaVjon i UyTrauliVk konTukWiviWeW i lag meT filWerJ ........................ 67 Tilfelle 5 og 6 variaVjon i UyTrauliVk konTukWiviWeW i over- og unTerliggenTe lag 69

Tilfelle 4 og 7: Variasjon i varmeledningsevne ...................................................... 70

6 DiskuVjon ............................................................................................................................... 73

6.1 Kvartaergeologisk modell ............................................................................................... 73

Bruk av modell ........................................................................................................ 73

Valg av grunnlag for forenkling ............................................................................. 74

xii

6.2 Vanntransport ................................................................................................................. 75

Pålitelighet til kornfordelingsanalyser .................................................................... 75

Porøsitet .................................................................................................................. 76

Sammenlikning av Kozeny-Carman og OenneyV fomlerJ ...................................... 77

Hydraulisk gradient og grunnvannshastighet .......................................................... 81

6.3 Varmetransport ............................................................................................................... 82

Varmeledningsevne................................................................................................. 83

Temperaturdistribusjonen ....................................................................................... 83

Plassering av returbrønn ......................................................................................... 84

7 Konklusjon............................................................................................................................. 85

8 Videre abreid ......................................................................................................................... 87

9 Referanser .............................................................................................................................. 89

VEDLEGG ....................................................................................................................................... I

A Oversikt over elektrniske vedlegg ........................................................................................ I

B 2D-WverrVniWW ......................................................................................................................... II

xiii

FIGURLISTE

Figur 2.1: Prinsippskisse av vanninnhold i porerom i umettet og mettet sone ........................................................... 3

Figur 2.2: Prinsippskisse av a) åpen, b) lukket og c ) lekkende akvifer ...................................................................... 4

Figur 2.4: Kornfordelingskurve for ulike avsetningsmiljø ......................................................................................... 7

Figur 2.5: Prinsippskisse av ensgradert og velgradert materiale .............................................................................. 7

Figur 2.6: Korrelasjon mellom korndiameter ݀݊ og UyTrauliVk konTukWiviWeW ......................................................... 12

Figur 2.7: Prinsipiell skisse av varmetransport grunnvannsstrømning fra returbrønn ............................................ 14

Figur 2.8: Prinsippskisse av bruk av bakken som varmelager ................................................................................. 18

Figur 3.1: Kart over Melhus sentrum med undersøkelsesområdet markert .............................................................. 21

Figur 3.2: Kvartaergeologisk kart over MelhuV VenWrum .......................................................................................... 23

Figur 3.3: Prinsippskisse som viser dannelsen av en randås ................................................................................... 24

Figur 3.4: Dybde til fast fjell i moh. ........................................................................................................................ 25

Figur 3.5: Brønner i Melhus sentrum, øst for Gaula ............................................................................................... 26

Figur 4.1: Undersøkelsesområdet i Melhus sentrum med 6 brønner........................................................................ 29

Figur 4.2: Luft- og kakVWranVporW veT OMNX-boring meT WoppUammerboring ......................................................... 30

Figur 4.3: Bruk av ettpunktsformelen ved avlesning av kornfordelingskurve ........................................................... 34

Figur 4.4: Grunnvannsnivå i Brannstasjon 1 (B1) og Brannstasjon 2 (B2) ............................................................. 35

Figur 4.5: Original (a) og forenklet (b) geologi i Brannstasjon 1 og 2 .................................................................... 38

Figur 4.6: Illustrasjon av forskjellen på vektorTaWa og raVWerTaWa........................................................................... 42

Figur 4.7: TIN-filer for WopografiVk overflaWe og fjellTybTe ..................................................................................... 42

Figur 4.8: Brønner i SubsurfaceViewer .................................................................................................................. 44

Figur 4.9: TIN og brønner i SubsurfaceViewer ....................................................................................................... 44

Figur 4.10: Samtlige 2D-WverrVniWW i 3M .................................................................................................................. 45

Figur 4.11: Startside til program for modellering av varmetransport ..................................................................... 46

Figur 4.12: Lagdeling til tilfelle 1-7 for moTellering av varmeWranVporW ................................................................. 49

Figur 5.1: Lagdeling basert på a) brønnlogger og b) forenklet lagdeling ................................................................ 52

Figur 5.3: 3D-overVikW over kvarWaergeologien i ÓelUuV VenWrum ............................................................................ 53

Figur 5.4: 3D-moTell av unTerVøkelVeVområTeW fra norTøVW lageW i SubVurfaceViewer. ........................................... 54

Figur 5.5: 2D-WverrVniWW mellom LoVjevegen 5 og Lenavegen 3 (1) og (2)................................................................ 54

Figur 5.6: Lagdeling i 3D-moTell.lageW i SubVurfaceViewer ................................................................................... 55

Figur 5.7: Hydraulisk konduktivitet sortert etter jordartsklassifisering for Kenney og Kozney-Carman .................. 56

Figur 5.8: ȝ ........................................................................................ 57

ȝ .......................................................................................... 57

Figur 5.10 Endring i ȝ ........................................................................................ 58

xiv

Figur 5.11: Sammenlikning av hydraulisk konduktivitet beregnet ved Kozney-Carman og Oenney .......................... 59

Figur 5.12: Hydraulisk gradient mellom Brannstasjon 1 og 2 fra 22. juni 2016 til 21. april 2017 ........................... 60

Figur 5.13: Grunnvannshastighet for samtlige masseprøver ................................................................................... 61

Figur 5.14: Hastighetsprofil for tilfelle 1-7 ............................................................................................................. 62

Figur 5.15: Varmetransport tilfelle 1 og 2: Lav hydraulisk konduktivitet, liten og stor hydraulisk .......................... 63

Figur 5.16: Varmetransport tilfelle 3 og 4: Høy hydraulisk konduktivitet, liten og stor hydraulisk .......................... 64

Figur 5.17: Varmetransport tilfelle 5 og 6J Lav og Uøy UyTrauliVk konTukWiviWeWH VWor UyTrauliVk graTienW i over- og

unTerliggenTe lag ................................................................................................................................................... 65

Figur 5.18: Varmetransport tilfelle 7: Høy varmeledningsevne (2,1 W/mK) ............................................................ 66

Figur 5.19: Vertikal temperaturdistribusjon for hver tiende meter fra 0-130 meWer for Wilfelle 1-4 ........................... 67

Figur 5.20: Sammenlikning av vertikal WemperaWurTiVWribuVjon veT 130 meWer for Wilfelle 1-4 .................................. 68

Figur 5.21: Sammenlikning av temperatur i nivå for infiltrasjon fra 0-130 meWer for Wilfelle 1-4 ............................. 68

Figur 5.22: Sammenlikning av vertikal temperaturdistribusjon ved 130 meter for tilfelle 5 og 6 ............................. 69

Figur 5.23: Sammenlikning av temperatur i nivå for infiltrasjon fra 0-130 meWer for Wilfelle 5 og 6 ......................... 69

Figur 5.24: Sammenlikning av vertikal temperaturdistribusjon ved 130 meter for tilfelle 4 og 7 ............................. 70

Figur 6.1: Sammenlikning av forenkling basert på klassifisering av jordarter og hydraulisk kondutkivitet .............. 75

Figur 6.2: Kornfordelingskurve til intakt slangekjerne og masseprøve fra roWaVjonVboring..................................... 76

Figur 6.3: Sammenheng mellom graderinstallet ܥ

OoYeny-Carman (ܧ

Figur 6.4: Sammenlikning avܵ

Figur 6.5: Porøsitetsfaktor i Kozeny-Carman VammenlikneW meT VpeVifikW overflaWeareal ܵ

Figur 6.6: Porøsitetsfaktor i Kozeny-Carman VammenlikneW meT ݀w ...................................................................... 80

Figur 6.7: Sammenlikning av hydraulisk ledningsevne beregnet for samtlige masseprøver ved Kozeny-Carman og

Figur 6.8: Prinspippskisse av hydraulisk gradient mellom en produksjonsbrønn og en returbrønn ......................... 82

xv

TABELLISTE

Tabell 2.1: Inndeling av mineralVke jorTarWer i frakVjoner eWWer kornVWørrelVe........................................................... 6

Tabell 2.2: Jordartsklassifisering ............................................................................................................................. 6

Tabell 2.3: Gradering av jordart baserW på ܥ

Tabell 2.4: Kornformfaktor ݂ (LouTonH 1952)J ....................................................................................................... 10

Tabell 4.1: Datagrunnlag brukt til 3D-moTell og moTellering av varmeWranVporW ................................................... 28

Tabell 4.2: Oversikt over brønner brukt til 3D-moTell og moTellering av varmeWranVporW ...................................... 29

Tabell 4.4: Filterplassering til Brannstasjon 1 og 2 ................................................................................................ 32

Tabell 4.5: Masseprøver brukt til beregning av varmeledningsevne ........................................................................ 33

Tabell 4.6: Varmeledningsevne til masseprøver fra Brannstasjon 2 og Rådhuset 2 ................................................. 33

Tabell 4.7: Jordartsklassifisering av sand og grus .................................................................................................. 36

Tabell 4.8: Forenkling av lagdeling WreTelW klaVVifiVering av jorTarWer ................................................................. 37

Tabell 4.9: Antall lag ved forenkling av lagdeling................................................................................................... 37

Tabell 4.10: Filtyper som kan klargjøres i Excel før de importeres til SubsurfaceViewer ........................................ 43

Tabell 4.11 Input-parameWere Wil program for varmeWranVporW ................................................................................ 47

Tabell 4.12: Oversikt over tilfeller for varmetransportmodellering ......................................................................... 49

Tabell 5.1: Antall masseprøver per jordartsklasse .................................................................................................. 51

Tabell 5.2: Lagdeling til SubsurfaceViewer ............................................................................................................ 51

Tabell 5.3: Gjennomsnittlig hydraulisk gradient mellom Brannstasjon 1 og 2 ......................................................... 60

Tabell 6.1: Benyttet laginndeling (jordartsklassifisering) og alternativ laginndeling (UyTrauliVk konTukWiviWeW) ...... 74

xvi 1

1 INNLEDNING

ORMEL er et forskingsprosjekt, hvor hovedmålet er å fremVkaffe eW faglig VoliT og baerekrafWig grunnlag for en opWimal uWnyWWelVe og forvalWning av grunnvannVreVVurVene i ÓelUuV og Nlverum kommune. MeW VWår for OpWimal reVVurVuWnyWWelVe av grunnvann Wil oppvarming og kjøling i ÓelUuV og Nlverum, og er et samarbeid mellom ÓelUuV og Nlverum kommuneH InVWiWuWW for geoviWenVkap og peWroleum og InVWiWuWW for energi- og proVeVVWeknikk veT NTNUH NorgeV geologiVke unTerVøkelVe (NGU) og AVplan Viak (ÓelUuV OommuneH 2017). ŃormåleW meT Tenne maVWeroppgaven er å Ve nøyere på vann- og varmeWranVporW mellom brønner Vom Vkal brukeV i eW grunnvannVbaVerW grunnvarmeanlegg. Oppgaven War uWgangVpunkW i VekV brønner i ÓelUuV VenWrum. TemperaWurTiVWribuVjon Vom følge av varmeWranVporW vil unTerVøkeV for konVepWuelle Wilfeller. Grunnvarme er en beWegnelVe på varme Vom er lagreW i bakkenH og Vom kan brukeV Wil energiformål. Men vikWigVWe kilTen Wil varme for grunn grunnvarme er Volenergi Vom blir abVorberW i overflaWen. På Typ VWørre enn 10 meWer er WemperaWuren i liWen graT påvirkeW av

årVWiTVvariaVjonen. I Willegg Wil Volenergi vil man Ua eW biTrag fra geoWermiVk varmeflukV. MeWWe er

varme Vom kommer fra jorTenV inTre og VWiger moW overflaWenH ogVå kalW geoWermiVk graTienW. I områTer Ter TeW ikke er vulkanVk akWiviWeW eller anTre anomalierH ligger Ten geoWermiVke Grunnvarme benyWWeV i en varmepumpe for å enTre WemperaWuren Wil TeW Vom er ønVkeW for varme- eller kjøleformål. Ńor grunnvannsbasert grunnvarme krever varmepumpen energi i form av varme eller kulTe fra bakken via grunnvanneWH i Willegg Wil elekWriVk energi for å Trive varmepumpen (VangkilTe-PeTerVen eW al., 2012). Grunnvarme kan uWnyWWeV båTe i løVmaVVer og i faVW fjell. Me geologiVke og UyTrogeologiVke forUolTene Wil en akvifer vil vaere avgjørenTe for valg av meWoTe. Me Wo vikWigVWe meWoTene er lukket og åpent system. I et lukket system overføres varmen mellom varmekilTen og varmepumpenV forTamper veT Ujelp av en froVWvaeVke (VekunTaermeTium)H Vom Virkulerer i en lukkeW kreWV (kollekWorVyVWem) (SinWefH 2017). NW VlikW VyVWem kan byggeV i mange ulike

geologiVke forUolTH og benyWWeV ofWe i faVW fjell. I eW åpenW VyVWem Uar man en proTukVjonVbrønn

og en reWurbrønn. Vann pumpeV opp av akviferen i proTukVjonVbrønnen. VeT oppvarmingVformål 2 blir varme blir WaWW uW av vanneWH og veT kjøling blir varme WilførW vanneW. MereWWer blir TeW reinfilWrerW i akviferen gjennom reWurbrønnen. Slike anlegg krever VpeVielle geologiVke beWingelVer. Grove VanT- og gruVforekomVWer er å foreWrekkeH for ekVempel fluviale- og glaVifluviale avVeWninger. Åpne VyVWem er lønnVomW for miTTelV Wil VWørre anlegg TerVom MerVom brønnene er plaVVerW ugunVWig i forUolT Wil grunnvannVWrømningH eller avVWanTen mellom proTukVjonV- og reWurbrønn ikke er WilVWrekkeligH vil WemperaWurTifferenVen mellom vanneW Vom pumpeV opp og TeW Vom reinfilWrereV graTviV uWjevneV. TermiVk korWVluWningVWiT er eW begrep for

Ten WiTen TeW War for TeW reinjiVerWe vanneW å påvirke vanneW runTW proTukVjonVbrønnen. NWWer aW

WermiVk korWVluWning Uar VkjeTTH vil WemperaWuren veT proTukVjonVbrønnen graTviV foranTreV. MeWWe vil føre Wil aW effekWiviWeWen Wil VyVWemeW reTuVereV (Lippmann eW al., 1980). HvorviTW WermiVk korWVluWning vil innWreffe vil avUenge av VWrømningVegenVkapene Wil akviferen. I Tenne oppgaven vil akviferenV UyTrauliVke konTukWiviWeW unTerVøkeV i TeWalj. Men UyTrauliVke konTukWiviWeW beVkriver UvorTan eW maWeriale lar Veg gjennomVWrømmeH og avUenger av løVmaVVen WemperaWurTiVWribuVjonen fra vanneW Vom injiVereV i akviferen gjennom reWurbrønnen vil forTeleV veT ulike UyTrauliVke Vcenarier. 3

2 TEORI

For å beskrive vann- og varmeWranVporW i en akvifer er TeW nøTvenTig å Ua kjennVkap Wil UvorTan

vann og varme forflyWWer Veg i bakken. MeW vil avUenge av blanW anneW UyTrauliVk konTukWiviWeWH grunnvanneWV UaVWigUeWH og varmeWranVporW veT konvekVjon og varmeleTning. I TeWWe kapiWWeleW vil TiVVe konVepWene bli beVkreveWH VamW UyTrauliVke parameWere Vom er nøTvenTige for å beVkrive Tem. InnleTningVviV vil TeW bli giWW inWroTukVjon Wil grunnvann. Programvarer benyWWeW i forbinTelVe meT oppgaven vil bli beVkreveW Wil VluWW.

2.1 Introduksjon til grunnvann

Vann finnes i bakken i sprekker og porer i berg og i porerommet mellom korn i løsmasser. Grunnen TeleV opp i umeWWeW og meWWeW VoneH avUengig av vannmeWningVgraTen. I umeWWeW sone vil porene vaere TelviV fylW meT lufW. I Ten meWWeTe Vonen vil alle porene vaere fylW meT vann. Grunnvannsspeilet er en Ten grenVen Uvor TeW UyTroVWaWiVke WrykkeW (poreWrykkeW) er lik aWmoVfaereWrykkeW. I meWWeW Vone vil poreWrykkeW vaere Uøyere enn aWmoVfaereWrykkeW. Grunnvann meWWeW og umeWWeW Vone er illuVWrerW i figur 2.1. 4 Nn akvifer TefinereV Vom en eller flere vannmeWWeTe geologiVke formaVjoner meT WilVWrekkelig porøViWeW og permeabiliWeW Wil aW grunnvann kan VWrømme gjennom eller uWvinneV (NGUH 2016).

MeW VkilleV mellom åpen og lukket akvifer. MiVVeH VamW lekkende akvifer er illuVWrerW i figur 2.2.

I en åpen akvifer står grunnvannet i dirkete kontakt med atmosfaeren. Det begrenses av en fri grunnvannVflaWeH grunnvannVVpeileWH meT UyTroVWaWiVk Wrykk likW aWmoVfaereWrykkeW. Nn lukket akvifer Uar eW overliggenTe impermeabelW lag. TrykkpoWeVialeWH WilVvarenTe

grunnvannVVpeileW for Ten åpne akviferenH VWår over akviferenV øvre grenVeflaWe. MeW beWyr av

Nn lekkende akvifer er en form for lukket akvifer der det overliggende laget har en viss gjennomWrengeligUeW (NGUH 2016).

2.2 Hydraulisk konduktivitet

Hydraulisk konTukWiviWeW (ܭ

fra pore Wil pore. ParameWeren avUenger av båTe vaeVkenV og jorTarWenV VWrømningVegenVkaper (Brattli, 2009). HyTrauliVk konTukWiviWeW TefinereV VomJ Ter ݇er permeabiliWeWH og beVkriver jorTarWenV VWrømningVegenVkaper. VaeVkenV VWrømningVegenVkaper beVkriveV av leTTeW ቀఊ 5 ViTere vil vaeVkenV og jorTarWenV VWrømningVegenVkaper beVkriveV i TeWalj. Ńor å beVkrive jorTarWenV VWrømningVegenVkaper meT empiriVke formlerH benyWWer man følgenTe Wre parameWereJ

porøViWeWH permeabiliWeW og VpeVifikW overflaWeareal. MiVVe Wre parameWerne bruker kornforTelingen

Wil jorTarWen Vom uWgangVpunkW for beregning.

Vaeskens strømningsegenskaper

Tetthet og viskositet til fluider avhenger av temperatur og trykk. Et fluids tetthet er definert som maVVe av fluiT per enUeWVvolum. ViVkoViWeW er eW mål for fluiTeWV moWVWanT moW å gi eWWer for

2013). Ńigur 2.3 viVer UvorTan WeWWUeW og viVkoViWeW Wil vann varierer meT WemperaWurer mellom 0-

12 °C.

ViVcopeTiaH 2008).

Jordartsklassifisering og kornfordelingsanalyse

Mineralske jordarter deles inn etter fraksjoner. Hovedfraksjonene grus, sand og silt deles inn i 6

Tabell 2.1J InnTeling av mineralVke jorTarWer i frakVjoner eWWer kornVWørrelVe (SWaWenV vegveVenH 2005)J

Fraksjon

Kornstørrelse [mm] Grovinndeling Fininndeling

Blokk - > 600

Stein - 600 - 60

Grus Grov 60 - 20

Middels 20 - 6

Fin 6 - 2

Sand Grov 2 - 0.6

Middels 0.6 - 0.2

Fin 0.2 - 0.06

Silt Grov 0.06 - 0.02

Middels 0.02 - 0.006

Fin 0.006 - 0.002

Leir - < 0.002

Innholdet av de ulike fraksjonene avgjør hvordan man navngir løsmassen. Dersom innholdet av

leire er minTre enn 15 % klaVVifiVereV en jorTarW beVWåenTe VanTH gruV eller VWein ifølge SWaWenV

vegveVen (2005) Vom i Wabell 2.2 Tabell 2.2J JorTarWVklaVVifiVering (SWaWenV vegveVenH 2005)J

Sand, grus eller steininnhold Navngivning:

Jordaterten angis i substantivsform

20-60 % Jordarten angis i adjektivsform, som sandig, grusig

eller steining. Ingen fraksjoner 60 % Jordarten angis som "materiale» med de enkelte fraksjonen nevnt i adjektivsform etter avtakende masseandel. Den vanligVWe måWen å preVenWere Te relaWive mengTene av frakVjonene Wil en løVmaVVe er kumulaWive kornforTelingVkurver. I en Vlik kornforTelingVkurve vil x-akVen angi kornVWørrelVen i logariWmiVk VkalaH og y-akVen preVenWere vekWproVenWen i lineaer eller logariWmiVk Vkala. OurvenV fire ulike avVeWningVmiljø. 7

Fra kornfordelingskurvene er det mulig å lese av kornstørrelsen ݀௡ veT n % VikWegjennomgang

(Selmer-OlVenH 1954). ݀ହ, ݀ଵ଴ǡog @଺଴ er relevanWe for eVWimering av porøViWeW og UyTrauliVk

konTukWiviWeW.

Graderingstallet (ܥ

parWikler av en VWørrelVe eller varierenTe VWørrelVer. GraTeringen vil påvirke porøViWeWen og

permeabiliWeWen Wil løVmaVVer. Ńigur 2.5 illuVWrerer forVkjellen på enVgraTerW og velgraTerW

quotesdbs_dbs14.pdfusesText_20