<p>Three methods of sensitivity and unceartainty analysis have been applied to the operative stormwater- and recipient model StormTac. The study area is the watershed of lake Flaten in the municipality Salem. StormTac’s submodels for stormwater, pollutant transport and the recipient are cosidired. In the sensitivity assessment, the model parametres and inputs were varied one at a time by a constant percentage according to the “one at a time” (OAAT) method and the response of the outputs were calculated. It was found that the stormwater- and baseflow were most sensitive to perturbations in the perciptation. Unceartainty analysis using Monte Carlo simulation was performed in two different ways. (1) All model parametres and inputs were included with defined unceartainties and the resulting unceartainty for the target variable was quantified. Thereafter, whith the purpose to estimate the contribution of all the parametres and inputs, the cumulative uncertainty for the target variable, each parameters/inputs unceartainty was omitted one at the time. The most crucial uncertainty for the storm water flow was the runoff coefficient for forestland and the perciptation (i.e the differens between the 90- and 10-percentile for the storm water flow was reduced whith 44 % and 33 % respectively). (2) To identify optimal parameter intervals, the probability for an acceptable value of the target variable was plotted against each parameters value range. The result suggests that for some of the parametres i StormTac, the ranges should be changed.</p> / <p>Den operativa dagvatten- och recipientmodellen StormTac har applicerats på sjön Flatens avrinningsområde i Salems kommun. StormTac:s delmodeller för dagvatten, föroreningstransport och recipienten studerades. Tre olika metoder för att undersöka osäkerheten och känsligheten hos parametrar och indata i delmodellerna tillämpades. I känslighetsanalysen (OAAT-metoden) behäftades parametervärdena och indata med systematiska fel och responsen hos utdata beräknades. Dag- och basvattenflödet var känsligast mot fel i nederbördsdata, medan kväve-, fosfor- och kopparbelastningen till recipienten var känsligast mot respektive förorenings dagvattenkoncentration från områden med bebyggelse. Varje parameter och indatas bidrag till den kumulativa osäkerheten hos utdata uppskattades med hjälp av Montecarlosimulering. Genom att för varje effektvariabel studera differensen mellan 90- och 10-percentilen när osäkerheten hos en parameter/indata i taget utelämnades, kunde varje parameters/indatas bidrag till modellresultatets osäkerhet kvantifieras. För dagvattenflödet bidrog avrinningskoefficienten för skogmark med 44 % av osäkerheten och nederbörden med 33 %. Montecarloanlys praktiserades även för att identifiera optimala intervall för parametrarna i modellen. Sannolikheten för ett accepterat värde på den simulerade effektvariabeln plottades mot varje parameters värdemängd. För vissa parametrar indikerade resultatet att intervallen kan förändras mot hur de i nuläget ser ut i StormTac. Uniforma sannolikhetsfördelningar, begränsade av StormTac:s min- och maxvärden för parametrarna och ± 50% av orginalvärdet för indata, användes i båda osäkerhetsanalyserna.</p>

<p>The river Göta Älv reaches between Vänern and Gothenburg and is the main raw water source for Gothenburg that supplies about 700 000 people with water. To protect and maintain a high water quality, continuously samples and water analyses are made throughout the river. In 1998 a protection area was founded between surte and Lärjeholm where the raw water intake is. This was made to increase the awareness of the importance to protect the water. However, there is a lot of contribution of untreated stormwater to Göta Älv within the protection area.</p><p>Göteborg Water and Sewage Works commissioned this thesis where two areas, Tagene industrial area and Kärra residential area, with untreated stormwater outlets within the protection area are studied. The areas have been divided according to surface composition with different rates of pollutant contribution. Then the stormwater flow and the contribution of pollutants was simulated with the model SEWSYS. The future aim is that the model will be able to simulate the contribution of pollutants for a variety of rains, for the whole protection area.</p><p>SEWSYS (Sewer System) is built in MATLAB/Simulink and consists of three modules, a stormwater module, a sanitary wastewater module and a treatment plant module. This project only includes the stormwater module. The model simulates the stormwater flow and the pollutants total phosphorous, total nitrogen, copper, zinc, lead, cadmium and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Samples and analysis for the two areas has been carried out for another thesis work during the same period. The results from those analyses have been used for the model settings for the areas.</p><p>Simulations have been performed to adjust the model and evaluate its ability to describe the stormwater flow and the pollutant contribution within the areas. The amount of stormwater and the runoff are well simulated by the model. However, the measured and analysed data has not been enough to get reliable simulations over the pollutant contribution. Further development of the model is necessary. Generally the model simulates lower values compared to measured values, especially in the industrial area. For a more general understanding over how SEWSYS works for the two areas, simulations were carried out on a yearly basis. Those simulations have been compared with general data for stormwater pollutants. Even though the results from the simulations have shown lower values than the measured values, the model shows clearly that the contribution of pollutants from the industrial site is greater than the contribution from the residential site.</p> / <p>Göta Älv sträcker sig från Vänern ner till Göteborg och är Göteborgs huvudsakliga råvattentäkt som försörjer ca 700 000 personer med vatten dagligen. För att säkra råvattenkvaliteten görs kontinuerliga provtagningar utmed älven. Dessutom beslutade Länsstyrelsen 1998 om ett skyddsområde med skyddsföreskrifter för avrinningsområdet mellan Surte i norr till vattenintaget vid Lärjeholm i söder. Ett mål med skyddsområdet är att det ska öka medvetenheten hos boende och de som är verksamma inom området om behovet att värna om vårt vatten. Dock leds det på flera ställen ut orenat dagvatten till älven inom skyddsområdet.</p><p>Examensarbetet är ett uppdrag av Göteborgs Va-verk där två områden med orenade dagvattenutsläpp till Göta Älv studeras, Tagene industriområde samt Kärra bostadsområde. Dessa områden har karterats och dagvattenflödet samt föroreningsbelastningen från dagvattnet har simulerats med modellen SEWSYS. Målet på lång sikt är att modellen ska kunna användas för att simulera föroreningsbelastningen vid olika regn för hela skyddsområdet.</p><p>Modellen SEWSYS (Sewer System) är uppbyggd i MATLAB/Simulink och bygger på tre moduler, en dagvattenmodul, en spillvattenmodul och en reningsverksmodul. För detta projekt har endast delen för dagvatten använts. Modellen simulerar dagvattenflödet och behandlar föroreningarna totalfosfor, totalkväve, koppar, zink, bly, kadmium samt polycykliska aromatiska kolväten (PAH). I ett examensarbete parallellt med detta har provtagning och analyser av föroreningar för de båda områdena ägt rum och dessa värden ligger till grund för inställningen av modellen.</p><p>Simuleringar har utförts för att anpassa modellen samt utvärdera dess förmåga att beskriva dagvattenflödet och föroreningsbelastningen inom de aktuella områdena. Simuleringarna visar att avrinningen och dagvattenflödet simuleras bra av modellen. Det har dock visat sig att de gjorda mätningarna inte har varit tillräckliga som underlag för att få en tillförlitlig beskrivning av föroreningsbelastningen och vidare utveckling är nödvändig. Detta gäller särskilt i industriområdet där modellen generellt simulerar för låga föroreningsmängder. För en mer allmän uppfattning av SEWSYS modellen för de två områdena, har även simuleringar på årsbasis utförts och jämförts med schablonhalter för dagvattenföroreningar. Trots att simuleringsvärdena har legat lägre än de uppmätta värdena på föroreningsmängderna har det gått att visa att industriområdet bidrar till högre föroreningsbelastning än bostadsområdet på recipienten Göta Älv.</p>

Three methods of sensitivity and unceartainty analysis have been applied to the operative stormwater- and recipient model StormTac. The study area is the watershed of lake Flaten in the municipality Salem. StormTac’s submodels for stormwater, pollutant transport and the recipient are cosidired. In the sensitivity assessment, the model parametres and inputs were varied one at a time by a constant percentage according to the “one at a time” (OAAT) method and the response of the outputs were calculated. It was found that the stormwater- and baseflow were most sensitive to perturbations in the perciptation. Unceartainty analysis using Monte Carlo simulation was performed in two different ways. (1) All model parametres and inputs were included with defined unceartainties and the resulting unceartainty for the target variable was quantified. Thereafter, whith the purpose to estimate the contribution of all the parametres and inputs, the cumulative uncertainty for the target variable, each parameters/inputs unceartainty was omitted one at the time. The most crucial uncertainty for the storm water flow was the runoff coefficient for forestland and the perciptation (i.e the differens between the 90- and 10-percentile for the storm water flow was reduced whith 44 % and 33 % respectively). (2) To identify optimal parameter intervals, the probability for an acceptable value of the target variable was plotted against each parameters value range. The result suggests that for some of the parametres i StormTac, the ranges should be changed. / Den operativa dagvatten- och recipientmodellen StormTac har applicerats på sjön Flatens avrinningsområde i Salems kommun. StormTac:s delmodeller för dagvatten, föroreningstransport och recipienten studerades. Tre olika metoder för att undersöka osäkerheten och känsligheten hos parametrar och indata i delmodellerna tillämpades. I känslighetsanalysen (OAAT-metoden) behäftades parametervärdena och indata med systematiska fel och responsen hos utdata beräknades. Dag- och basvattenflödet var känsligast mot fel i nederbördsdata, medan kväve-, fosfor- och kopparbelastningen till recipienten var känsligast mot respektive förorenings dagvattenkoncentration från områden med bebyggelse. Varje parameter och indatas bidrag till den kumulativa osäkerheten hos utdata uppskattades med hjälp av Montecarlosimulering. Genom att för varje effektvariabel studera differensen mellan 90- och 10-percentilen när osäkerheten hos en parameter/indata i taget utelämnades, kunde varje parameters/indatas bidrag till modellresultatets osäkerhet kvantifieras. För dagvattenflödet bidrog avrinningskoefficienten för skogmark med 44 % av osäkerheten och nederbörden med 33 %. Montecarloanlys praktiserades även för att identifiera optimala intervall för parametrarna i modellen. Sannolikheten för ett accepterat värde på den simulerade effektvariabeln plottades mot varje parameters värdemängd. För vissa parametrar indikerade resultatet att intervallen kan förändras mot hur de i nuläget ser ut i StormTac. Uniforma sannolikhetsfördelningar, begränsade av StormTac:s min- och maxvärden för parametrarna och ± 50% av orginalvärdet för indata, användes i båda osäkerhetsanalyserna.

The river Göta Älv reaches between Vänern and Gothenburg and is the main raw water source for Gothenburg that supplies about 700 000 people with water. To protect and maintain a high water quality, continuously samples and water analyses are made throughout the river. In 1998 a protection area was founded between surte and Lärjeholm where the raw water intake is. This was made to increase the awareness of the importance to protect the water. However, there is a lot of contribution of untreated stormwater to Göta Älv within the protection area. Göteborg Water and Sewage Works commissioned this thesis where two areas, Tagene industrial area and Kärra residential area, with untreated stormwater outlets within the protection area are studied. The areas have been divided according to surface composition with different rates of pollutant contribution. Then the stormwater flow and the contribution of pollutants was simulated with the model SEWSYS. The future aim is that the model will be able to simulate the contribution of pollutants for a variety of rains, for the whole protection area. SEWSYS (Sewer System) is built in MATLAB/Simulink and consists of three modules, a stormwater module, a sanitary wastewater module and a treatment plant module. This project only includes the stormwater module. The model simulates the stormwater flow and the pollutants total phosphorous, total nitrogen, copper, zinc, lead, cadmium and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Samples and analysis for the two areas has been carried out for another thesis work during the same period. The results from those analyses have been used for the model settings for the areas. Simulations have been performed to adjust the model and evaluate its ability to describe the stormwater flow and the pollutant contribution within the areas. The amount of stormwater and the runoff are well simulated by the model. However, the measured and analysed data has not been enough to get reliable simulations over the pollutant contribution. Further development of the model is necessary. Generally the model simulates lower values compared to measured values, especially in the industrial area. For a more general understanding over how SEWSYS works for the two areas, simulations were carried out on a yearly basis. Those simulations have been compared with general data for stormwater pollutants. Even though the results from the simulations have shown lower values than the measured values, the model shows clearly that the contribution of pollutants from the industrial site is greater than the contribution from the residential site. / Göta Älv sträcker sig från Vänern ner till Göteborg och är Göteborgs huvudsakliga råvattentäkt som försörjer ca 700 000 personer med vatten dagligen. För att säkra råvattenkvaliteten görs kontinuerliga provtagningar utmed älven. Dessutom beslutade Länsstyrelsen 1998 om ett skyddsområde med skyddsföreskrifter för avrinningsområdet mellan Surte i norr till vattenintaget vid Lärjeholm i söder. Ett mål med skyddsområdet är att det ska öka medvetenheten hos boende och de som är verksamma inom området om behovet att värna om vårt vatten. Dock leds det på flera ställen ut orenat dagvatten till älven inom skyddsområdet. Examensarbetet är ett uppdrag av Göteborgs Va-verk där två områden med orenade dagvattenutsläpp till Göta Älv studeras, Tagene industriområde samt Kärra bostadsområde. Dessa områden har karterats och dagvattenflödet samt föroreningsbelastningen från dagvattnet har simulerats med modellen SEWSYS. Målet på lång sikt är att modellen ska kunna användas för att simulera föroreningsbelastningen vid olika regn för hela skyddsområdet. Modellen SEWSYS (Sewer System) är uppbyggd i MATLAB/Simulink och bygger på tre moduler, en dagvattenmodul, en spillvattenmodul och en reningsverksmodul. För detta projekt har endast delen för dagvatten använts. Modellen simulerar dagvattenflödet och behandlar föroreningarna totalfosfor, totalkväve, koppar, zink, bly, kadmium samt polycykliska aromatiska kolväten (PAH). I ett examensarbete parallellt med detta har provtagning och analyser av föroreningar för de båda områdena ägt rum och dessa värden ligger till grund för inställningen av modellen. Simuleringar har utförts för att anpassa modellen samt utvärdera dess förmåga att beskriva dagvattenflödet och föroreningsbelastningen inom de aktuella områdena. Simuleringarna visar att avrinningen och dagvattenflödet simuleras bra av modellen. Det har dock visat sig att de gjorda mätningarna inte har varit tillräckliga som underlag för att få en tillförlitlig beskrivning av föroreningsbelastningen och vidare utveckling är nödvändig. Detta gäller särskilt i industriområdet där modellen generellt simulerar för låga föroreningsmängder. För en mer allmän uppfattning av SEWSYS modellen för de två områdena, har även simuleringar på årsbasis utförts och jämförts med schablonhalter för dagvattenföroreningar. Trots att simuleringsvärdena har legat lägre än de uppmätta värdena på föroreningsmängderna har det gått att visa att industriområdet bidrar till högre föroreningsbelastning än bostadsområdet på recipienten Göta Älv.

Pluvial flooding originating from extreme rainfall is problematic and an increasing issue in Sweden. Higher requirements on adapting cities in urban areas to these challenges have been placed on both municipalities and the county administration. Thus, an increased need for water modelling, both in existing and planned areas have emerged. The Danish Hydrological Institute (DHI) has developed several models and tools to simulate floods and heavy rains, of which MIKE 21 is one. MIKE 21 is a dynamic model consisting of hydrological calculations in each cell, requiring modelling skills and long simulation time, but is proven to be a good and credible model. SCALGO Live, on the other hand, is a static tool simulated by raster-based algorithms and capable of giving fast results directly on the platform. However, compared to MIKE 21, SCALGO Live is not as evaluated nor is its use as widespread for simulating floods and heavy rain events. This study aims to investigate how inundation in twenty urban areas caused by cloudbursts is simulated in both programs to examine how well the result coming from SCALGO Live, is equivalent to the result from the MIKE 21-model. The comparison is made in both depth and spread using three comparative indexes, two statistical equations and one map, showing the extension of the inundation in both models. To make the models comparable, the model in MIKE 21 is made as equivalent as possible with SCALGO Live before simulation and the purpose is to investigate whether there is any type of area where the two different models are equivalent. The result shows that the flooded areas from SCALGO Live are in good agreement in most areas with the MIKE 21-model, but that the depth in the depression zones is somewhat overestimated, compared with the highest value in MIKE 21. The MIKE 21-model has a greater spread upstream, showing flowpaths if compared directly with the flooded areas from SCALGO Live, but if activating the flow accumulation tool in SCALGO Live, the differences are reduced but cannot be quantified in this study. The differences between the models increase with a higher resolution, longer flowpaths and a larger catchment, at least for the confined catchments. To conclude, SCALGO Live is best suited for smaller confined catchments where there are no long or complex flowpaths. SCALGO Live also works well at an early stage in the planning process and as a platform for combining detailed data and results. However, for the more complex areas, MIKE 21 is better suited, since various parameters can be considered.

Heavy precipitation events are expected to increase in intensity and frequency, due to global warming. Sewer systems might overload during heavy rainfall, resulting in floods which potentially affect all municipalities in Sweden. Traditionally, stormwater is seen as pipe-related problem, but a transition towards Sustainable Drainage Systems (SuDS) has started. SuDS aim to reduce the quantity of the runoff from the site, slow down the runoff to allow (in)filtration, and provide treatment of the surface water before discharge. In Sweden, municipalities are responsible for the sewer system and realization and implementation of climate change adaptation measures, like SuDS. Tools and models support the highly complex selection, location, and design of SuDS, by systematically providing the most relevant information that represents the actual drainage system in the best way possible. Furthermore, models are used to predict the behaviour of SuDS, which may form Decision Support Systems (DSS). The highest interest in SuDS modelling and DSS lies in water quantity, however existing models are complex and lack flexibility, transferability, and stakeholder inclusion. The aim of this project is to provide a tool for the Municipality of Östersund that aids in the decision-making and design process for the implementation of SuDS, concerning their capacity to store stormwater. The ‘SuDS water storage capacity calculator’ can be used to test what (combinations of) SuDS are able to store the stormwater of a heavy rainfall event.The following SuDS components were included in the calculator: extensive green roofs, underground infiltration systems, infiltration basins, swales, porous pavements, detention basins, ponds, and wetlands. Secondly, the technical criteria forming the basis of the calculator were identified through a literature review. These criteria were used to calculate precipitation and the water storage capacity of each SuDS. The calculator was then built in Microsoft Powerpoint using Visual Basic for Applications (VBA). Two case studies were selected in Östersund and explored using the calculator. The water storage capacity of each SuDS component was calculated using scenarios in which 25%, 50%, 75%, and 100% of the total available area in each case study was used as input. Finally, four combinations of SuDS were tested concerning their water storage capacity. All calculated water storage capacity was compared to the amount of water falling on the case study areas during a heavy precipitation event that only occurs once every 100 years.The developed calculator can be used to calculate water storage capacity of SuDS and precipitation in a simple way. The tool contains user input and default values, which can still be changed. Furthermore, the calculator allows comparison between the amount of precipitation and water storage capacity. The results of the scenarios show that underground infiltration systems and detention basins have the highest potential to store stormwater, followed by infiltration basins, porous pavements, and ponds or wetlands. The calculator has limited design options, due to its simplification of reality. However, its limits are mostly applicable further in the designing process. The4calculator gives a rough estimate of the potential water storage capacity of a variety of SuDS components. The calculator is a useful tool before the design process has started, by providing an indication of the options that are worthwhile to consider in terms of water storage capacity. Furthermore, opportunities for optimization of the tool were recognized. The water storage capacity resulting from the different scenarios was compared to the precipitation falling on each case study area. Realistically, the amount of precipitation that exceeds the capacity of the sewer system might not fall directly where the SuDS are located. Finally, the calculator allows applications of a wider range of combinations of SuDS components. / <p>2022-06.16</p>