No description available.

Physical pressure caused by human activity is a significant and growing environmental problem that has a major impact on aquatic environments and habitats. To deal with this problem, the EU Water Framework Directive demands that hydromorphological status assessment of surface waters be implemented by all member states as part of the ecological status assessment. The aim of this thesis was to develop a method for assessing the hydromorphological status in lakes and coastal waters of Åland in accordance with the WFD guidelines, and to perform the status assessment of two water bodies according to the developed method.  An evaluation manual based on three quality factors – connectivity, hydrological regime and morphological conditions – and associated parameters was developed from a combination of WFD parameters, Swedish and Finnish assessment criteria and custom solutions. The assessment parameters were adapted to local conditions as well as available data and the assessment was conducted using GIS to ensure consistent and time-efficient execution. In accordance with the developed manual, the assessment was carried out for the coastal water body, Västra Hamnen, and Lake Långsjön. Lake Långsjön received a hydromorphological status of “good”, the primary pressure being a small regulation dam adjacent to the water body. As expected, Västra Hamnen showed a greater physical impact due to hydrodynamic effects caused by ship traffic and a road embankment, as well as a greater morphological impact due to artificial shoreline and land use in the surrounding area. As a result, Västra Hamnen received a hydromorphological status of “unsatisfactory”. The results of the project show that an assessment of the hydromorphological status of the surface waters of Åland is not only possible with the data currently available, but can be conducted in a resource and time efficient way using GIS and will facilitate the assessment of all of Åland’s lakes and coastal waters according to WFD guidelines. This report will: form the basis for reporting to the EU; account for both the methodology that will be used for hydromorphological status assessment on Åland and for the outcome of the assessment of the selected water bodies; and provide guidance for the further assessment of hydromorphological status. The method used has a promising future in development and extension opportunities as new research becomes available, and will put Åland at the forefront of hydromorphological assessment in Europe.

Syfte med examensarbetet har varit att upprätta en grundvattenmodell överEnköpingsåsen med hjälp av programvaran MODFLOW för att därefter försöka skattagrundvattenmagasinets parametrar. Parameterskattningen utfördes med detmodelloberoende programmet PEST. Parallellt med detta gjordes även enpumptestutvärdering av dessa parametrar där typkurvor passades till en tidigare utfördprovpumpning av akviferen. Därefter jämfördes dessa båda metoder. Vidare utfördesäven en känslighetsanalys av grundvattenmodellen i MODFLOW för att försökalokalisera nya undersökningsplatser.Grundvattenmodellen uppfördes över Enköpingsåsen i och kring Enköping. Där är åsenlokaliserad i nord sydlig riktning och strax söder om Enköpings centrala delar korsasåsen av Enköpingsån. Det råder osäkerhet angående grundvattenmagasinetsvattenbalans och var åsen får sitt tillskott av vatten ifrån. Enköpingsåsen fungerar somhuvudvattentäkt i Enköpings stad vilket gör att detta har ansetts viktigt att utreda.Grundvattenmodellen byggdes upp genom att främst använda redan insamlad data frångeotekniska, geofysiska och hydrogeologiska undersökningar utförda i området samtdata från SGU och SMHI. Därifrån togs data om områdets uppbyggnad och struktursamt dess yttre betingelser som till exempel nederbörd och Mälarens vattenstånd för attskapa en numerisk modell i MODFLOW.Resultaten visar på ett överensstämmande resultat mellan parameterskattningen gjord iMODFLOW och pumptestutvärderingen. Vidare tyder resultaten i MODFLOW på attde största osäkerheterna i modellen ligger kring Enköpingsån och är då beroende av omvattnet tillförs från grundvattenmagasinets laterala delar eller från Enköpingsån.Känslighetsanalysen tyder även på att för ytterligare undersökningar av åsenshydrogeologiska betingelser bör fokus ligga på förhållandena i Enköpingsåns sedimentoch dess genomsläpplighet. / The purpose of this thesis is to establish a groundwater model of the Enköping eskerusing MODFLOW simulation and then estimate groundwater parameters with themodel-independent program PEST. In parallel, a pump test evaluation of theseparameters where type curves are fitted to a previously performed pump test of theaquifer is done to estimate the aquifer parameters. Eventually, these two methods arecompared. Furthermore, a sensitivity analysis of the groundwater model is performed totry to locate additional measurement points.The groundwater model was built for the Enköping esker in and around Enköping. Theesker is located in the north-south direction and just south of Enköpings central partswhere Enköpingsån crosses the esker. There is uncertainty regarding the water balanceof the aquifer and where the esker recharges its water from. Enköping esker serves asthe main water source in Enköping city and this is why it is considered important toinvestigate.The groundwater model was constructed primarily by using already collected data fromgeotechnical, geophysical and hydrogeological studies conducted in the area as well asdata from the SGU and SMHI. The data on the area's composition and structure as wellas its external conditions is taken to create a numerical model in MODFLOW.The results show consistent outcomes between parameter estimates made withMODFLOW/PEST and the pump test evaluation.The results made with MODFLOW makes it possible to do further analysis. Resultsshow large model uncertainties around Enköpingsån and the esker is dependent onwater supplied from either the groundwater aquifer’s lateral parts or Enköpingsån. Thesensitivity analysis also suggests that further studies of the hydrogeological conditionsshould be concentrated to Enköpingsån’s sediments and its water penetration capacity.

This thesis investigates the overall risks of flooding over the Design Basis Flooding Level (DBFL) at the Swedish nuclear power plants (Oskarshamn, Ringhals and Forsmark), using statistical data and methods, but also considers historical events which might affect the overall risk of flooding at the specified sites. Considering the nuclear accident which happened in Fukushima in conjuction with the earthquake and tsunami which struck eastern Japan on 11 March 2011, operators and licensors of nuclear power plants all over the world conducted reviews and investigations on the overall risks posed to the plants from external events. One important such event is extreme water level. One part of the thesis includes an extreme value analysis (using Generalized Extreme Value distribution and Generalized Pareto distribution) of water level data from SMHI (Sweden's Meteorological and Hydrological Institute) measured at stations close to the Swedish nuclear power plants. The results of the statistical studies indicate that considering the return period used in the thesis (100 000 years), the water levels at the Swedish nuclear power plants are not expected to exceed DBFL. The other part of the thesis consists of a historical study of extreme weather-related events. The results of this study indicate that no historical events seem to have occured which would indicate a higher risk of flooding than the one suggested by the statistical study. / Detta examensarbete undersöker den övergripande risken för översvämningar över Design Basis Flooding Level (DBFL), den konstruktionsstyrande översvämningsnivån, vid de svenska kärnkraftverken Oskarshamn, Ringhals och Forsmark. För att bedöma risken för översvämning har både statistiska data och metoder använts, men även historiska extrema väderhändelser har analyserats för att bedöma den övergripande risken. Med anledning av kärnkraftsolyckan som skedde i Fukushima i samband med den jordbävning och tsunami som drabbade östra Japan den 11 mars 2011 har kärnkraftsoperatörer och -tillståndsgivare över hela världen genomfört många studier för att utreda hur stor risken för yttre händelser som kan påverka säkerheten på verken är. En viktig sådan typ av händelse är extremt högt vattenstånd. En av anledningarna till att händelseförloppet blev så pass katastrofalt som det blev på kärnkraftverket Fukushima I var att operatörerna inte hade räknat med att kunna drabbas av havsvågor högre än 6 meter, och därför ej hade kostat på sig att bygga skyddsvallar mot havet som var högre än denna nivå. Den tsunamivåg som drabbade verket i mars 2011 var dock över 14 meter hög, vilket översvämmade verket och slog ut viktig säkerhetsutrustning, vilket i slutändan ledde till härdsmältor i verkets reaktorer. I bedömningen av risken för naturkatastrofer är det dock viktigt att försöka få ett så brett informationsmaterial som möjligt, och inte enbart ta i beaktande den mest uppenbara informationen. I fallet med Fukushima fanns det exempelvis nedtecknade historiska vittnesmål, bland annat genom stentavlor uppsatta längs med den drabbade kusten, som varnade om att tsunamivågor högre än 12 meter inträffat tidigare i regionens historia. Vare sig kärnkraftsoperatörerna eller myndigheterna tog dock uppenbarligen dessa historiska vittnesmål i beaktande.  Den ena delen av denna uppsats inkluderar en extremvärdesanalys av vattenstånddata från SMHI, vilka uppmätts vid mätstationer i närheten av de svenska kärnkraftverken. I denna analys har de statistiska metoderna generaliserad extremvärdedistribution (GEV-distribution) och generaliserad Paretodistribution (GP-distribution) använts. GEV-distributionen går ut på att man delar upp sin tillgängliga datamängd i block, oftast med storleken ett år, och därefter väljer ut de högsta värdena från varje block. Därefter anpassar man sina distributionsparametrar efter dessa datavärden. GP-distributionen går ut på att man väljer ut alla värden som är högre än ett visst högt tröskelvärde, och därefter anpassar sina distributionsparametrar efter dessa tröskelöverskridande värden. Den faktiska statistiska analysen genomfördes med hjälp av datorprogrammen MATLAB och R. Utifrån behandlingen av mätdatat från SMHI återficks så kallade återkomstnivåplottar. Detta är grafer som visar de förväntade högsta vattenstånden för olika återkomsttider. Återkomsttid definieras som den tid som det i genomsnitt förväntas förflyta mellan två inträffanden av ett visst vattenstånd. Detta kan också enkelt omformuleras som sannolikheten att en viss händelse inträffar under ett år. Om sannolikheten för en händelse är 10-3 per år är det samma sak som att återkomsttiden är 1000 år. I denna uppsats har sannolikhetsnivån 10-5/år undersökts. Analys av de av de extremvärdesstatistiska distributionerna givna återkomstnivåplottarna och vattenstånden för de aktuella återkomstperioderna har genomförts. Resultaten av den statistiska undersökningen indikerar att med avseende på den återkomstperiod som använts i uppsatsen (100 000 år) förväntas vattenstånden vid de svenska kärnkraftverken ej stiga över DBFL. Den andra delen av uppsatsen består av en historisk studie av extrema väderrelaterade händelser. Flertalet olika historiska händelser som bedömdes vara relevanta för undersökningen identifierades. En av de händelser som studerades var Backafloden. Detta var en stormflod som inträffade i sydvästra Östersjön i november 1872, och som ledde till extremt höga vattenstånd på flera platser. Bland annat observerades 3,6 meter över medelvattenståndet i Abbekås i Skåne. En annan extrem historisk händelse som identifierades i rapporten var Storeggaraset. Detta var ett undervattensras som skedde cirka 6100 år f.kr. utanför den norska atlantkusten. Raset skapade enorma tsunamivågor som bland annat drabbade den norska och skotska kusten. Resultaten av den historiska studien visade dock att vare sig dessa båda händelser, eller några av de andra historiska händelser som det redogjorts för, indikerade på en högre risk för översvämning än de som påvisades av den statistiska undersökningen. Detta innebär att för att avgöra den övergripande risken för översvämningar vid de svenska kärnkraftverken borde man först och främst ha i beaktande de statistiska resultaten av denna undersökning. Som redan nämnt visar den statistiska undersökningen på att vid den använda sannolikhetsnivån (10-5/år) riskerar de svenska kärnkraftverken inte att översvämmas över den konstruktionsstyrande översvämningsnivån.

Groundwater and artificially recharged groundwater are important sources offreshwater in Sweden. In growing societies an ever larger demand is put onmunicipalities drinking water production facilities. Especially in coastal areas oraquifers that are located below the highest coastal line, there can be ionically strongpaleowaters at greater depths which then risk being pumped up to the municipal watersupply. A common problem for municipal water works is that production wells pumpup ionically strong water, with a high electrical conductivity when the production wellsare stressed at high effect or longer periods of constant pumping. At the waterworks ofGäddvik in Luleå municipality certain wells have shown tendencies of higher electricalconductivities in the produced water, while some wells seem to never produce waterwith higher electrical conductivity, no matter how much they are pumped. Highelectrical conductivities has earlier been assumed to be paleowaters from below theaquifer with great concentrations of chloride, but this is not certain.This work investigates the possibilities of characterizing groundwater by using theoxygen isotopes 16O & 18O as well as main element analysis. In the work a field surveywas performed where groundwater was pumped up from 26 observational wells and 5productional wells at Gäddviks aquifer in Luleå. The samples were analyzed for isotopesof both oxygen and hydrogen as well as the main elements. The results have shown thatit is possible to correlate the heaviest isotopic signatures of oxygen with the highestmeasured values of chloride. This indicates that there is a potential value for identifyingpaleowaters with the help of oxygen isotopes especially when correlated to mainelement data.

Lake overgrowth occurs in many areas in Sweden, and it is often explained by elevated amounts of nutrients. The overgrowth results in a changed local environment for both communities and ecosystems. In this project the lake Trehörningen, near Spersboda in Norrtälje municipality, has been examined regarding an ongoing overgrowth process. The study contains hydrological and chemical analyses and an inquiry to those living in the area. The purpose has been to survey the area and identify factors that may contribute to elevated nutrient levels, and to give suggestions to measures that may reduce the nutrient transport. The results from the period February–April 2020 indicate a moderate nutrient supply, but that certain areas are more exposed than others. The entire lake can not be seen as nutrient rich, and there is a net loss of nutrients from the lake over the period studied. The analysis of mass transports shows that the primary production in the lake is phosphorus limited, and that the largest addition of phosphorus comes from three streams that all supply the Spersboda bay. This bay is also the shallowest area of the lake and has the most visible emergent plant growth. Analyses of the lake sediments show a potential increase in phosphorus over time, and that there may be some internal loading, but it is unlikely to be a large source of phosphorus to the lake. The streams with the highest nutrient levels have their watershed mostly in human-impacted areas. The study has taken place before the plant growth season, and as such the absolute nutrient numbers may be elevated, but their relative amounts are worth discussing. To reduce the overgrowth process, measures which reduce the nutrient supply should be taken, especially in the watercourses around the Spersboda bay. / Igenväxning är ett problem som finns i många sjöar i Sverige och förklaras ofta med ökade halter av näringsämnen. Igenväxningen leder till en förändrad närmiljö för både samhällen och ekosystem. I detta projekt har sjön Trehörningen, intill Spersboda i Norrtälje kommun, undersökts med avseende på en pågående igenväxning. Undersökningen innefattar hydrologiska och kemiska mätningar, samt en enkät till de boende i området. Detta har gjorts för att kartlägga omgivningen, och se vilka faktorer som kan bidra till en ökad näringstillförsel, samt ge förslag på möjliga åtgärder. Resultaten från perioden februari–april 2020 visar överlag på en måttlig näringstillförsel, men att vissa områden har högre näringstillförsel. Sjön som helhet bör inte ses som näringsrik och totalt sett sker en nettoförlust av näringsämnen ur sjön under undersökningsperioden. Analys av masstransport för näringsämnen indikerar att primärproduktionen är fosforbegränsad och att de största tillskotten av fosfor kommer från tre vattendrag, som rinner till Spersbodaviken. Denna vik är även den grundaste, och mest beväxta. Analyser av sedimenten visar en möjlig ökning av fosforhalt över tid, och att viss internbelastning kan finnas, men är troligen inte en betydande fosforkälla. De vattendrag med höga halter av näringsämnen har främst sitt avrinningsområde på mark med mänskig påverkan. Undersökningen är gjord innan växtsäsongens början, vilket medför att de absoluta värdena troligen är förhöjda, men deras relativa påverkan kan diskuteras. För att motverka igenväxningen bör åtgärder som minskar tillförseln av näringsämnen göras, särskilt i Spersbodavikens tillrinnande vattendrag.

Håbo municipality is looking for alternative drinking water sources for its residence city of Bålsta. One possible source is the Vreta-Bålsta esker located northeast of Bålsta, which could be used for artificial infiltration and extraction of groundwater. Located on this esker is an area called Dragets industrial area, in which several objects of potential contamination have been identified. One of these is a Landfill located in the northern part of the industrial area in which the local fire fighting forces has used this area for training exercises. During these exercises they have used aqueous film forming foams (AFFFs) containing Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). Some PFASs have demonstrated adverse health effects already at low concentrations and no more than 90ng l-1 is recommended in Swedish drinking water. In order to assess the suitability of the esker as a source for drinking water a model of the esker was created inside the program GMS (Groundwater modeling system). In GMS the package MODFLOW was used to create a groundwater flow model, and the package MT3DMS was used for contamination transport of PFAS from the landfill. The finished model showed a groundwater divide located in the central parts of Dragets industrial area, with the water either running south toward Lake Mälaren or north towards Lilla Ullfjärden. In total three different PFAS species were used in the transport model with the abbreviations PFOS, PFPeA and PFBA. The transport model was created as a point source to see the transport behavior of PFAS from the landfill. This showed that all the contamination transport that occurred would transport the PFAS north towards Lilla Ullfjärden. Based on this result this would mean that a use for artificial infiltration and extraction of groundwater in the southern part of the esker would not pose a contamination risk from the landfill.

Mercury, Hg, is found in Arctic biota in alarming quantity, posing a potential health risk for the local population. It is believed that the large Arctic rivers contribute to this. The Mackenzie River annually transports approximately 325 km3 water to the Arctic Ocean, which is ca 10% of the freshwater received. The annual water flow also transports ca 2 ton of Hg. In order to investigate the source of Hg within the Mackenzie River Basin and the path of transport, a hydro-chemical river mixing model is constructed using field data gathered in summer 2018 and publicly available data. However, since the Hg concentration is very low in the river water and it is known that Hg binds very strongly to dissolved organic carbon (DOC) and particulate organic carbon (POC), both DOC and POC are utilized instead as proxies for Hg. The purpose of the model is to allow for estimations to be made of the relative contributions of different sub-basins and effluents to the total outflow of (e.g.) DOC at the mouth of the Mackenzie River, based on limited hydrographic and riverine water quality data. The model was used to estimate the mixing of DOC and POC sources for summer 2018 as an initial test of its performance. It performs adequately as it can estimate the amount of water discharge and DOC/TOC (total organic carbon) load that each node contributes to the Mackenzie River. The results from the model suggest that the contribution of organic carbon from each sub-watershed is not solely dependent on either drainage area size or water discharge; additionally, it appears to be determined by the local environment and geology. Water from catchment areas containing peatlands have high DOC content, and water passing through regions with coal layers have high POC content. The loss of POC towards the end of the model coincides well with the expected deceleration of the water discharge entering the Mackenzie River delta. It is concluded that the model should be useful for the study of Hg origin and transport in the Mackenzie River. Also, it has the potential for being a starting point for a more advanced or predictive model. / Varje år levereras stora mängder kvicksilver till det Arktiska havet. Kvicksilver är ett välkänt miljögift, tungmetall, och har kapaciteten att ackumuleras i näringskedjan.Kring Arktiska havet finns det ett flertal bosättningar där innevånarna får sin näring främst från havet och denna befolkning riskerar att bli påverkad av kvicksilverhalten i deras mat.Mackenziefloden mynnar ut i det Arktiska havet i norra Kanada. Med ett vattenflöde av ca 325 km3 vatten per år och ett avrinningsområde på 1.8 miljoner km2 bidrar Mackenziefloden med ca 10% av färskvattentillförseln till Arktiska havet. Det är också uppskattat att ca 2 ton av kvicksilver transporteras via Mackenziefloden.För att kartlägga flödet och ursprunget av kvicksilver används prover tagna i fält 2018 och allmänt tillgängliga data. Från det konstrueras en modell som kartlägger flödet och ursprung av partikulärt och kemiskt löst kol. Förekomsten av partikulärt och kemiskt löst kol är relaterat till förekomst av kvicksilver och är betydligt enklare att mäta.Tillsammans med data på flödeshastighet, tagna från existerande mätstationer, används provresultaten till att etablera en serie av punkter som kommer att representera de olika delarna av Mackenzieflodens dräneringsområde. På detta sätt kan de olika förgreningarna som mynnar ut i Mackenziefloden observeras var och en för sig, vilket gör det lättare att se vilka områden som tillför partikulärt och kemiskt löst kol och i vilka mängder.Det är föga förvånande att de stora floderna, så som Liardfloden och Peelfloden, är bland de största bidragarna av kol, både partikulärt och kemiskt löst. Nära Mackenzieflodens utlopp kan man se att mängden partikulärt kol i suspension avtar, i samband med att flödeshastigheten minskar och partiklar börjar att fällas ut då floden mynnar ut i deltat.Resultaten i den här studien visar en väldigt hög masstransport (i kg/km2/31d), gentemot tidigare observationer. Detta är dock orsakat av att fältproverna som använts här är tagna under en kort period väldigt nära vårfloden, vilket får de dagliga värdena att se väldigt stora ut. Dessa värden är dock bara aktuella en kortare tid och avtar resten av året.Denna modell utgör en potentiell bas för vidare studie av kol och kvicksilverförekomst i Mackenzieflodens avrinningsområde och eventuellt även för andra floder givet tillgängliga data.

Eutrophication is one of the key environmental problems of today, both in terms of complexity and magnitude. For the Baltic Sea (BS), eutrophication is an acute problem, leading to hypoxic conditions at the bottom; a situation that is sustained and amplified, when phosphorus is released from hypoxic sediments. Reducing nutrient loading is a top political priority but the present situation is believed to require active measures within the catchments and recipients to reduce both loading and adverse effects. Implementation of effective and cost-efficient abatement methods requires understanding of natural processes in watersheds, streams and recipients as well as technological expertise in order to compare the effects of measures of different kinds and locations. This thesis tries to combine process understanding of catchment transport behaviour, especially in coastal zones, and feasibility of certain technologies for reducing nutrient loading and effects of eutrophication in-situ. The over-arching theme is the fate of the individual contaminant, from injection to removal. Transport and dispersion in catchments are investigated, combining physically-based, distributed, numerical groundwater models with Lagrangian stochastic advective reactive solute (LaSAR) transport modelling. The approach is powerful in the sense that it incorporates catchment structural, geomorphological dispersion in the numerical model with hydrodynamic and sub-scale dispersion as well as uncertainty in the LaSAR framework. The study exemplifies the complex nature of transport time distributions in catchments in general and when varying source size and location, importance of dispersion parameters and retention due to molecular diffusion. It is shown that geomorphological control on dispersion is present even for relatively heterogeneous systems and that neither the mean residence time nor a statistical distribution may provide accurate representations of hydrological systems. To combat internal loading of P from sediments in-situ, large-scale aeration of deep waters, halocline ventilation, has been suggested. This study further investigates the feasibility of wave-powered devices to meet the energy demands for such an operation. It is shown that the required amount of oxygen needed to keep the sediments at oxic conditions could be provided, cheaply and efficiently, through the use of wave power. / QC 20120511

Conventional hydrological compartmental models have been shown to exhibit a high degree of uncertainty for predictions of peak flows, such as the design floods for design of hydropower infrastructure. One reason for these uncertainties is that conventional models are parameterised using statistical methods based on how catchments have responded in the past. Because the rare occurrence of peak flows, these are underrepresented during the periods used for calibration. This implies that the model has to be extrapolated beyond the discharge intervals where it has been calibrated. In this thesis, hydromechanical approaches are used to investigate the properties of stream networks, reflecting mechanisms including stage dependency, damming effects, interactions between tributaries (network effects) and the topography of the stream network. Further, it is investigated how these properties can be incorporated into the streamflow response functions of compartmental hydrological models. The response of the stream network was shown to vary strongly with stage in a non-linear manner, an effect that is commonly not accounted for in model formulation. The non-linearity is particularly linked to the flooding of stream channels and interactions with the flow on flood-plains. An evaluation of the significance of using physically based response functions on discharge predictions in a few sub-catchments in Southern Sweden show improvements (compared to a conventional model) in discharge predictions – particularly when modelling peak discharges. An additional benefit of replacing statistical parameterisation methods with physical parameterisation methods is the possibility of hydrological modelling during non-stationary conditions, such as the ongoing climate change. / QC 20101022