Producing electricity from marine renewable resources is a research area that develops continuously. The field of tidal energy is on the edge to progress from the prototype stage to the commercial stage. However, tidal resource characterization, and the effect of tidal turbines on the flow, is still an ongoing research area in which this thesis aims to contribute. In this thesis, measurements of flow velocities have been performed at three kinds of sites. Firstly, a tidal site has been investigated for its resource potential in a fjord in Norway. Measurements have been performed with an acoustic Doppler current profiler to map the spatial and temporal characteristics of the flow. Results show that currents are in the order of 2 m/s in the center of the channel. Furthermore, the flow is highly bi-directional between ebb and flood flows. The site thus has potential for in-stream energy conversion. Secondly, a river site serves as an experimental site for a marine current energy converter that has been designed at Uppsala University and deployed in Dalälven, Söderfors. The flow rate at the site is regulated by an upstream hydro power plant, making the site suitable for experiments on the performance of the vertical axis turbine in a natural environment. The turbine was run in steady discharge flows and measurements were performed to characterize the extent of the wake. Lastly, at an ocean current site, the effect that transiting ferries may have on submerged devices was investigated. Measurements were conducted with two sonar systems to obtain an underwater view of the wake caused by a propeller and a water jet thruster respectively. Furthermore, the variability of the intermittent renewable sources wind, solar, wave and tidal energy was investigated for the Nordic countries. All of the sources have distinctly different variability features, which is advantageous when combining power generated from them and introducing it on the electricity grid. Tidal variability is mainly due to four aspects: the tidal regime, the tidal cycle, local bathymetry causing turbulence, asymmetries etc. and weather effects. Models of power output from the four sources was set up and combined in different energy mixes for a “highly renewable” and a “fully renewable” scenario. By separating the resulting power time series into different frequency bands (long-, mid-, mid/short-, and short-term components) it was possible to minimize the variability on different time scales. It was concluded that a wise combination of intermittent renewable sources may lower the variability on short and long time scales, but increase the variability on mid and mid/short time scales. The tidal power variability in Norway was then investigated separately. The predictability of tidal currents has great advantages when planning electricity availability from tidal farms. However, the continuously varying tide from maximum power output to minimum output several times per day increases the demand for backup power or storage. The phase shift between tidal sites introduces a smoothing effect on hourly basis but the tidal cycle, with spring and neap tide simultaneously in large areas, will inevitably affect the power availability.

In hydrological and hydraulic modelling, river geometry is a crucial input data. Recent investigations have been looking at methods to improve the description of cross sections extracted by DEM derived by satellite images. SRTM derived DEM are often lacking precise information as the sensors cannot detect the submerged river parts, but, on the other hand, it is available on a global scale which makes it very attractive and useful, especially in data scarce regions. This study aims at applying the so called “slope break” method to improve river cross section geometry extracted from SRTM DEM. The report is divided into three parts: a) The making of a Matlab-code to improve cross sections geometry extracted by satellite derived DEM; b) an application of the code to real cross-sections from the river Po in Italy and c) hydraulic simulations with and without SRTM modified cross sections to test the performance of the method, in collaboration with senior colleagues. The Matlab successfully performs the slope break point and finds, when appropriate, the approximated lowest point zmin of the cross section below the water surface. The comparison of the river geometry of the modified SRTM cross sections versus LiDAR available cross sections show the good performance of the method in improving the river geometry description. This code can simplify the work and improve many SRTM river cross sections in an effective way. The hydraulic simulations performed with and without the modified cross sections show how the modified SRTM model improves when compared to LiDAR results

The preservation of freshwater aquifers is one important task of managing natural resources today. Intrusion of saltwater from the sea into the groundwater might occur in coastal-near areas and can affect the freshwater quality negatively. One such risk area is the Adriatic coast line of Albania, a country predominantly rich in freshwater resources due to the numerous rivers flowing from the mountains in the east towards the sea. The coastal areas are mainly used for agricultural activities were groundwater is an important resource for irrigation purposes. This study was therefore partly conducted in Albania where samples of groundwater and river waters were collected from the river deltas of Drin and Vjosa in order to investigate the origin of the salt and to assess the bioavailable metal concentrations of nickel and zinc. Both on-site tests and off-site tests, in laboratories, were conducted. In the laboratory, the samples were analysed for oxygen and deuterium isotope data. The results were used to assess the origin of the oxygen content as the method of investigating the origin of the salt uses the oxygen isotope as a tracer. Anion and cation concentrations were analysed as well as the concentrations of metals. These were used as input data to Visual Minteq, a model used to calculate the metal speciation of waters, and a Biotic Ligand Model used to calculate the bioavailable concentrations and the HC5 concentrations. The isotope analysis yielded results similar to previous studies conducted in the nearby area indicating that the salt does not have oceanic origin but meteorological. The bioavailable concentrations were in most sample sites lower than the calculated HC5 concentrations indicating that there is a sufficient buffering system present even though there are several mining activities upstream of the sample sites that could have affected the water quality. This study concludes that the origin of salt is of meteoric origin and not from seawater intrusion. The bioavailable concentrations do not pose a threat as the concentrations are under the HC5 concentrations for all sites but one. In order to deepen the understanding and knowledge of the water qualities in these areas, future studies should focus on a continuous measuring period lasting for example over the whole year minimizing any seasonal variations of the sampled data. Other methods such as geophysical measures could also contribute to a wider analysis of the groundwater condition. / Grundvatten är en av de viktigaste naturresurserna vilket innebär att för att säkerställa en långvarig försörjning krävs en god förvaltning av befintliga akvifärer. I kustnära områden kan intrång av saltvatten från havet till grundvattnet påverka sötvattenkvaliteten negativt. Ett sådant riskområde är den Adriatiska kustlinjen i Albanien, ett land som är övervägande rikt på sötvattenresurser tack vare de många floder som rinner från bergen i öst mot havet i väst. Kustområdena används huvudsakligen för jordbruksverksamhet, där grundvatten är en viktig resurs vid bevattning. Denna studie genomfördes därför delvis i Albanien där prov av grundvatten och flodvatten hämtades från Drins och Vjosas floddeltan för att undersöka saltets ursprung och för att bedöma de biotillgängliga metalkoncentrationerna av nickel och zink. Vattenprover togs på ett urval av platser och testades direkt för omgivningsberoende parametrar samt analyserades vidare i laboratorier. I laboratoriet analyserades proverna med avseende på fördelning av syre- och deuteriumisotoper. Resultaten användes för att bedöma syreinnehållets ursprung, eftersom metoden för att undersöka saltets ursprung använder syreisotopen som spårämne. Anjon- och katjonkoncentrationer analyserades såväl som koncentrationerna av metaller. Dessa användes som inmatningsdata till Visual Minteq, en modell som används för att beräkna metallsammansättningen i vatten och en Biotic ligand model som användes för att beräkna de biotillgängliga koncentrationerna samt HC5-koncentrationerna. Isotopanalysen gav resultat som liknar tidigare studier utförda i det närliggande området vilket indikerar att saltet inte har oceaniskt ursprung utan meteorologiskt. De biotillgängliga koncentrationerna av nickel och zink var i de flesta fall lägre än de beräknade HC5-koncentrationerna, vilket indikerar att det finns ett buffertsystem, trots att gruvaktiviteter uppströms provplatserna skulle kunna ha påverkat vattenkvaliteten negativt.   Studien slutsats är att saltet i grundvattnet och flodvattnet är av meteoriskt ursprung och inte ett resultat av saltvatteninträngning från det Adriatiska havet. De biotillgängliga halterna av nickel och zink understiger HC5 halterna i samtliga fall utom ett.   För att fördjupa förståelsen och kunskapen om vattenkvaliteten i dessa områden bör framtida studier fokusera på en kontinuerlig mätperiod som till exempel sträcker sig över hela året vilket skulle minimera eventuella säsongsvariationer av insamlad data. Andra metoder så som geofysiska mätningar kan också bidra till en bredare analys av tillståndet i grundvattnet.

Plastic, including microplastic, is a common product in the society today and is starting to be more common in oceans where it can stay for a long time. Microplastic is defined usually in the size range five millimeter and smaller and together with the important Chao Phraya river in Bangkok, Thailand, the main subject of this paper is described. More clearly, the aim of this paper is to provide a first-hand quantification of microplastics flowing into the Chao Phraya River. Samples were taken at upstream, middle and downstream locations in the river with a pump-system and were then analyzed in a lab. The result showed an increasing load of microplastic entering the river from Bangkok, for example the result for size range five to one millimeter showed a six times increase of microplastic between the upstream and downstream point. / Plast, däribland mikroplaster, är en vanlig förekommande produkt i samhället idag och börjar bli allt vanligare i hav där det också kan stanna ett långt tag efter att det hamnat där. Mikroplaster definieras oftast med storleks intervallet fem millimeter och mindre och tillsammans med den viktiga floden Chao Phraya i Bangkok, Thailand, är huvudämnet för denna studie beskriven. Mer tydligt, målet för denna studie är att förse en första kvantifiering av mikroplaster som flödar in till Chao Phraya floden. Prover togs på platser som var uppströms, i mitten och nedströms på floden och sedan analyserades dessa prover i ett laboratorium. Resultatet som framkom visade på ökande belastning av mikroplaster i floden från Bangkok, exempelvis visade resultatet för storleks intervallet fem till en millimeter på en sex gånger ökning av mikroplaster mellan uppströms platsen och nedströms platsen. Ökningen som troligen kommer från innerstaden kan bero på olika faktorer såsom väder, stadens avfallshantering och användningen av engångsprodukter som är av plastmaterial. Således påvisar detta vikten av, bland annat, en fungerande avfallshantering.

The number of hardened surfaces has increased as a result of urbanization, and thus also the amount of road stormwater. Road stormwater can transport pollutants that have been released on road areas to surrounding recipients. Two substances that are found in particularly high concentrations in road storm water are copper and zinc. At high concentrations of these substances, toxic effects occur which are particularly harmful to aquatic organisms. This report intends to investigate how well the filter material Polonite purifies road stormwater from copper and zinc. Polonite is a reactive filter material made of the sedimentary rock Opoka, which binds substances such as copper and zinc by adsorption. In this thesis, a laboratory experiment has been carried out where it has been investigated how well different amounts of Polonite adsorb copper and zinc during different time periods. The results show that the concentrations of copper and zinc generally decreased over time and with an increasing amount of Polonite. Furthermore, a simulation of how Polonite's purification capacity decreases over time has been created. The simulation showed that Polonite's ability to purify stormwater according to the guideline values ceases after 133 days for copper and 325 days for zinc. Data collected from a column experiment was then compared with the simulation. The comparison showed that the simulation for zinc was in good agreement with the data from the column experiment, while the data for copper were more different from the simulation.  Conclusions drawn are that Polonite can be a good solution for sustainable road stormwater management as it can purify zinc and copper in accordance with the recommended guideline values. The results also show that Polonite has a better ability to purify zinc than copper and that it can purify zinc for a longer period of time. Moreover, other aspects such as economics need to be investigated in future studies to establish with certainty that Polonite is a good solution for the purification of road stormwater in large-scale treatment plants. / Till följd av urbaniseringen ökar antalet hårdgjorda ytor, och därmed även mängden vägdagvatten. Vägdagvatten kan transportera föroreningar som uppkommit på vägområden till omgivande recipienter. Två ämnen som hittas i särskilt höga koncentrationer i vägdagvatten är koppar och zink.  Vid höga koncentrationer av dessa ämnen uppstår toxiska effekter som är särskilt skadliga för vattenlevande organismer. Denna rapport ämnar att undersöka hur väl filtermaterialet Polonite renar vägdagvatten från koppar och zink. Polonite är ett reaktivt filtermaterial som genom adsorption kan rena vägdagvatten. I detta arbete har en laboration utförts där det har undersökts hur väl olika mängder Polonite adsorberar koppar och zink under olika tidsperioder. Resultatet visar att halterna koppar och zink generellt minskar med tiden samt med ökande mängd Polonite. Vidare skapades en simulering av hur Polonites reningsförmåga minskar med tiden.  Slutsatser som dragits är att Polonite kan vara en god lösning för hållbar vägdagvattenhantering då det kan rena koppar och zink i enlighet med de rekommenderade riktvärdena. Resultatet visar även att Polonite har en bättre förmåga att rena zink än koppar samt att det kan rena zink under en längre tidsperiod. För att med säkerhet fastställa att Polonite är en bra lösning för rening av vägdagvatten i storskaliga reningsanläggningar behöver flera aspekter såsom ekonomi undersökas i framtida studier.

This project was performed on assigment of Vattenfall R&D in Älvkarleby. The project was a first step in evaluating whether bubble curtains with vertical tubes could be suitable for diverting fish from hydro power intakes into fish passages. To determine this, prototypes were constructed, where one was tested in still water and one in running water. The tests in still water were carried out in a large cylindrical tank and the tests in running water were carried out in Kungsr¨annan in ¨Alvkarleby. A number of test variables were developed to be able to vary the tests. These test variables were hole size, number of holes, tube center-to-center distance, air flow and water velocity. The tests were carried out without fish, but a number of indicators were developed to be able to compare and evaluate the tests. For the tests in still water, these indicators were the width of the bubble curtain created by a single tube and the horizontal movement of the air bubbles, to determine whether the hydrostatic pressure from the surrounding water had any effect on the appearance of the bubble curtain. For the tests in running water, the indicators were the bubble curtain density, the curvature of the tubes and the movement of the tubes. All experiments were documented using cameras and the results were then obtained through image processing in the software MATLAB. The results showed that the width of the bubble curtain created by a single tube varied between 12 and 34 cm for pressures between 0.5 and 2.0 bar. It was concluded that the hydrostatic pressure was of minimal significance for the appearance of the bubble curtain, at least for depths up to 1.95 m. For the tests in running water, the air flow rate and tube center-to-center distance was of the greatest importance for the bubble curtain density. The curvature of the tubes were most affected by the size of the holes and the movement of the tubes were most affected by the number of holes. / Detta projekt utfördes på uppdrag av Vattenfall R&D i Älvkarleby. Projektet var ett första steg i att utvärdera om bubbelridåer med vertikala slangar skulle kunna lämpa sig för att avleda fisk från vattenkraftverk vidare mot fiskpassager. För att avgöra detta konstruerades prototyper, där en testades i stilla vatten och en i rinnande vatten. Testerna i stilla vatten utfördes i en stor cylindrisk tank och testerna i rinnande vatten utfördes i Kungsrännan i Älvkarleby. Ett antal testvariabler togs fram för att kunna variera testerna. Dessa testvariabler var hålstorlek, antal hål, avstånd mellan slangarnas centrum, luftflöde samt vattenhastighet. Testerna gjordes utan fisk, men ett antal indikatorer togs fram för att kunna jämföra och utvärdera testerna. För testerna i stilla vatten var dessa indikatorer bubbelridåns bredd skapad av en enskild slang samt luftbubblornas horisontella förflyttning, för att avgöra om det hydrostatiska trycket från omgivande vattnet hade någon effekt på bubbelridåns utseende. För testerna i rinnande vatten var indikatorerna bubbelridåns täthet, slangens krökning samt slangens rörelser. Alla experiment dokumenterades med hjälp av kameror och resultaten togs sedan fram genom bildhantering i programvaran MATLAB. Resultaten visade att bubbelridåns bredd skapad av en enskild slang varierade mellan 12 och 34 cm för tryck mellan 0,5 och 2,0 bar. Det bedömdes att det hydrostatiska trycket var av minimal betydelse för bubbelridåns utseende, åtminstone för djup upp till 1,95 m. För testerna i rinnande vatten visade resultaten att luftflödet och avståndet mellan slangarnas centrum var av störst betydelse förr bubbelridåns täthet. Slangens krökning påverkades mest av hålens storlek och slangens rörelser påverkades mest av antalet hål.

Målet med detta projekt var att jämföra nuvarande dricksvattenproduktion på Åland med ett eventuellt kompletterande avsaltningsverk, samt undersöka om det är rimligt att uppföra ett sådant. Detta genomfördes genom informationsinsamling i en litteraturstudie och jämförelse mellan nuvarande vattenverk och ett eventuellt avsaltningsverk i en beslutsmatris. Kategorier som ansågs relevanta för jämförelsen identifierades och sedan utvecklades dessa genom att identifiera parametrar som byggde upp kategorierna. Den insamlade informationen användes sedan för att klassa de olika parametrarna inom kategorierna och en samlad bedömning gjordes. De kategorier som undersöktes var: dricksvattenkvalitet, miljökonsekvenser, energiförbrukning och kostnader samt tillräcklig och säker dricksvattentillgång. Det eventuella kompletterande avsaltningsverket ansågs kunna konkurrera med nuvarande vattenproduktion med avseende på alla dessa fyra kategorier och metoden bedömdes vara en bra grund för jämförelsen. För att utveckla projektet i framtiden rekommenderades modellering och en pilotstudie.

Les rivières présentent généralement un lit ondulé dû à la présence de bancs, qui correspondent à des larges dépôts sédimentaires alternant avec des zones profondes (mouilles). Des travaux d'ingénierie importants et répétés modifiant la géométrie du cours d'eau, le régime hydraulique et l'apport sédimentaire peuvent à terme modifier la dynamique des bancs à l'échelle de la rivière. Une meilleure compréhension des processus liés aux bancs est importante pour les gestionnaires des rivières, car les bancs contrôlent activement la morphologie du lit et érodent les berges, impactant la navigation, les prises d'eaux, les ouvrages et la qualité des habitats. Même si les mécanismes régissant la formation et le développement des bancs sont bien compris, la compréhension de la morphodynamique des bancs en milieu fluvial reste limitée, en raison de la non-linéarité induite par la combinaison de facteurs naturels en atrophiques. La non-uniformité des sédiments est une caractéristique inhérente des rivières, mais son impact sur la propriété des bancs, même dans des cas simplifiés, reste obscure. Ce travail de thèse vise à étudier l'impact de l'hétérogénéité granulométrique sur des bancs dans des chenaux endigués, via l'utilisation d'un modèle morphodynamique bi-dimensionnel implémenté dans le système Telemac-Mascaret. Les développements numériques nécessaires sont apportés afin d'être en accord avec l'état de l'art sur la modélisation de bancs avec un sédiment-non-uniforme. Par la suite, ce modèle est utilisé pour l'étude de la morphodynamique des bancs dans un chenal rectiligne sur la base d'expériences réalisées en laboratoire. Finalement, l'analyse est transférée sur un tronçon de 1 km de la Loire, caractérisé par sa géométrie relativement complexe. Les résultats permettent de valider l'approche de modélisation et démontrent la portabilité pour d'autres études, apportent plus d'éléments sur la relation entre sédiment non-uniforme et les bancs, et pourront être utilisés pour préconiser les gestionnaires des rivières / Rivers often present a wavy bed topography due to the presence of bars, corresponding to large sediment deposits alternating with deeper areas (pools). Intense and continual river engineering works altering the river geometry, flow regime and sediment supply can impact bar morphodynamics at the reach scale. A deep knowledge of bar processes is important for river managers, because bars actively control the river bed topography and influence bank erosion, with consequences for navigation, water intakes, infrastructure and the quality of their habitats. Although the origin of bar formation and propagation is well understood, the understanding of bar morphodynamics in rivers remains limited due to the non-linearity of combined natural and anthropogenic effects. Sediment non-uniformity is an inherent characteristic of rivers, but its impact on bar properties, even considering simple configurations, is still unclear. This Ph.D. thesis aims at investigating the impact of sediment size heterogeneity on bars in rivers with non-erodible banks, using a two-dimensional morphodynamic model implemented in the Telemac-Mascaret system. The necessary model developments are brought to comply with the state of the art on the modelling of heterogeneous sediment with bars. Then, the model is used to study bar morphodynamics in a straight channel on the basis of laboratory experiments. Eventually, the analysis is transferred in a 1 km reach of the Loire river characterized by a relatively complex geometry. General outcomes validate the modelling approach and demonstrate the application portability for other study cases, shed more light on the relationship between non-uniform sediment and bars, and can be later used as recommendations for river managers.

published_or_final_version / Architecture / Master / Master of Landscape Architecture

Vattentillgången på Öland har under en lång tid varit mycket ansträngd och har kommit till en punkt då det inte längre är hållbart. För att nå en mer långsiktig lösning planerar Mörbylånga kommun med hjälp av Norconsult att bygga ett vattenreningsverk. Detta kommer att rena bräckt vatten ifrån Kalmarsund samt processvatten ifrån Guldfågeln AB, som tillsammans kommer att fungera som ett komplement till det redan befintliga sötvattnet. Två pilotanläggningar som renar processvatten ifrån en industri, genom ultrafilter kombinerat med omvänd osmos, har utvärderats. En metod för att sammanställa de kostsamma driftparametrarna elförbrukning, förbrukning av kemikalier samt underhållsarbete vid drift och membranens inköpskostnad genom en LCC har tagits fram. Denna metod ger en ungefärlig totalkostnad per kubikmeter av det renade vattnet. Även vattenkvaliteten på ingående råvatten, vattnet mellan membranen samt det utgående vattnet har analyserats. Detta för att undersöka att processerna fungerar som den ska, samt ge en indikation på vilka mineraler som kommer att behöva tillsättas i efterhand. Pilot B blir ca fem kronor dyrare per kubikmeter jämfört med Pilot A. De totala kostnaderna, 9.70 – 10.79 kr/m3 för Pilot A och 15.19 – 15.28 kr/m3 för Pilot B, kan jämföras med den nuvarande kostnaden för en kubikmeter vatten i Mörbylånga, 15 kr/m3, samt den kostnad kommunen betalade sommaren 2016 för att frakta vatten i tankbilar, 70 kr/m3.