I detta examensarbete har det undersökts om digitala höjdmodeller, framställda från LIDAR-data som insamlats av Lantmäteriet, kan användas för komplettera och lokalisera nya bäckar och diken som inte finns med i Lantmäteriets databaser idag. I Lantmäteriets verksamhet karteras bäckar och diken först och främst idag med hjälp flygfotografier i stereo. Då metoden fungerar bra på öppen mark kan det vara svårt att urskilja bäckar under tät vegetation som till exempel barrskog. Metoden som använts för att lokalisera bäckar och diken går ut på att beräkna flödesriktningar och flödesackumuleringar i höjdmodellerna. I projektet testas hur metoden påverkas av höjdmodeller av olika upplösningar och ursprung. Förutom Lantmäteriets egna höjdmodeller testas en modell som tagit fram genom en så kallad B-spline interpolation av laserdata. Detta för att undersöka om Lantmäteriets modeller duger för att göra de hydrologiska beräkningar som krävs för att identifiera bäckar och diken. För att evaluera noggrannheten på bäckarna mäts ett antal bäckar och diken in under olika terräng- och vegetationstyper mot vilka en areaavvikelse per meter referensbäck och andelen som ligger under godkänt noggrannhetskrav i plan beräknas. Studien har visat att Lantmäteriets bäcklinjer under tät vegetation, främst barrskog, har en lägre noggrannhet än på öppen mark. Lantmäteriets egna höjdmodeller med 1 meters upplösning har visat sig prestera bäst eller likvärdigt med övriga modeller under dessa förhållanden och genererar bäckar med större noggrannhet än reda karterade bäcklinjer. Dock är metoden beroende av kompletterande information om bäckarnas utformning från till exempel flygfotografier eller fältstudier, eftersom genererade bäckar måste väljas ut manuellt. Detta gör att inga nya bäckar med absolut säkerhet kan lokaliseras med denna metod. Det rekommenderas därför att metoden endast används för att komplettera redan karterade bäckar och diken. / This Master thesis investigated whether digital elevation models, derived from LiDAR data collected by the Swedish mapping and surveying agency, Lantmäteriet, which is a public authority that manages geographic information in Sweden, can be used to map streams and dikes not included in their databases today. Today Lantmäteriet identifies streams and dikes mainly with the photogrammetric methods. The methods works well on open land, but it can be difficult to distinguish smaller streams and ditches covered by dense vegetation. The method used to locate streams and dikes is to calculate flow directions and flow accumulations in the height models. The project tests how the methods are influenced by elevation models with different resolutions and origins. In addition to the national elevation model, a new model interpolated from LiDAR-data was tested, using a so-called B-spline method. This was to find out if the model produced by Lantmäteriet is useful to make the hydrological calculations required to identify streams and dikes. In order to evaluate the accuracy of the streams, a number of reference stretches of streams and dikes were surveyed in areas with different terrain and vegetation types. The area deviation per meter reference stretch and the proportion below approved accuracy was calculated. The results shows that Lantmäteriet’s mapped watercourses under dense vegetation, mainly coniferous forest, have a lower accuracy than on open fields. Lantmäteriet’s height models with 1 meter resolution have been shown to perform best or equivalent to other models under these conditions, and generate broads with greater accuracy than finding marked pelvic lines. However, the method is dependent on supplementary information about the streams distribution from, for example, aerial photographs or field studies, as generated streams must be manually selected. This means that watercourses cannot be mapped accurately with this method. It is therefore recommended that the method should only be used for supplement already mapped streams and dikes.

In recent years, streams draining agricultural land has been suggested to exhibit high carbon dioxide (CO2) concentrations when compared to streams draining other land-types. The transport of carbon from land to ocean is mainly occurring through the chain of inland waters, and with agricultural land today representing 40% of all continental area many of these inland waters are influenced by agricultural land. The aim of this study was to improve the understanding of CO2 dynamics and its control in agricultural streams. Continuous data was collected from two catchments of different scales, near the city of Uppsala, Sweden. Both catchments are typical low-land catchments largely dominated by agricultural land. The measured CO2 concentrations were analyzed to find temporal variations and differences in dynamics between the catchments. The interplay between CO2 and parameters such as dissolved oxygen, discharge and conductivity were analyzed to determine the main drivers for CO2 dynamics. The findings show supersaturation of CO2 concentration during the full length of the measurement periods, with mean CO2 concentrations higher than what have been observed in streams draining other land-type catchments. Diel CO2 cycles were found throughout most of the measurement periods, where manual measurements were conducted to confirm these findings. The diel CO2 patterns were suggested to be heavily dependent on in-situ metabolic control while hydrological factors, such as sufficient discharge, seemed to be needed to produce a good diel CO2 signal. CO2 build-up is suggested to occur in the catchment soil and, when flushed out after rain events, result in an increasing CO2 concentration. This might be one important driver for the high levels in CO2 concentration found in the streams during summer and autumn. Analysis of the catchment areas suggest the percentage of agricultural land and the size of the catchment areas had an impact on hydrology, both for sufficient water flow to exist but also for the CO2 response after rain events. More research is encouraged, where more parameters should be investigated, such as groundwater inputs and carbonate precipitation. / Bäckar som dränerar åkermark har under de senaste åren blivit mer uppmärksammade på grund av nya studier som visat att dessa bäckar tenderar att ha högre CO2-koncentration än bäckar som dränerar andra marktyper. Idag utgör cirka 40% av all kontinentalyta åkermark, då den huvudsakliga transporten av kol från land till hav sker genom sammankopplade vattendrag är därav en förståelse av åkermarkers dränering till bäckar av stor betydelse. Syftet med studien var att förbättra förståelsen av CO2-dynamiken och dess påverkan på bäckar i jordbruksdominerade avrinningsområden. Kontinuerlig data samlades in, samt erhölls från tidigare mätningar, från två avrinningsområden med olika storlekar och markfördelningar nära Uppsala. Båda avrinningsområdena var typiska låglands- avrinningsområden som dominerades av åkermark. Data för CO2-koncentration analyserades för att hitta kort- och långsiktiga variationer i CO2-dynamiken samt undersöka hur denna dynamik skiljer sig mellan avrinningsområden med olika storlek och markfördelning. Samspelet mellan CO2 och parametrar såsom vattenlösligt syre, vattenföring och konduktivitet analyserades för att hitta drivkrafter bakom CO2-dynamiken. Resultatet visar att de undersökta bäckarna var övermättade med CO2 under hela mätperioden, samt att medelkoncentrationerna som uppmättes var högre än vad som observerats i bäckar som dränerar andra landtyper. En dygnsvariation av CO2 observerades under större delar av mätperioderna, manuella prover utfördes för att stärka denna data. Den observerade dygnscykeln av CO2-koncentrationen konstaterades korrelera med den in-situ metaboliska kontrollen medan hydrologiska faktorer, såsom ett tillräckligt högt vattenflöde, visade sig var viktigt för att en CO2-dygnscykel ska existera. De mycket höga toppar av CO2-koncentration som observerats under mätningarna tros bero på ackumulering av CO2 i avrinningsområdenas marker, vilket under nederbörd utarmas och transporteras till bäcken. Vid jämförelse av de två avrinningsområdena föreslogs den procentuella andelen åkermark och storleken av avrinningsområdet ha en stor påverkan på hydrologin, både för att ett tillräckligt vattenflöde ska existera men också för CO2-responsen vid större nederbördsmängder. Mer forskning behövs där fler parametrar börs ta i beaktning, till exempel in-situ karbonutfällning och inflöde av CO2 via grundvatten, för att få en bättre bild över åkermarkens påverkan på CO2-dynamik i bäckar.

Carbon Dioxide (CO2) emissions from streams are a significant component of the global carbon cycle.Terrestrial export of CO2 through runoff is increasingly recognized as a major source of CO2 in boreal headwater streams. However, the spatial and temporal distribution of soil water CO2 within theterrestrial landscape remains poorly quantified, contributing to large uncertainties about the origin of CO2 in headwater streams. The riparian zone (i.e. the area with fine sediments and organic rich soils closest to the stream) is accepted as a main contributor of organic carbon to streams, but its importanceas a source of CO2 is less evident. Here I evaluate the riparian zone as a main source by quantifying the contribution of lateral CO2 export from the riparian and hillslope zones to a headwater stream in a Swedish boreal catchment. Hourly measurements of CO2 concentration, conductivity, soil temperature and water table levels were taken in the riparian zone and the hillslope from June 2014 to October 2015. The riparian zone accounted for 58-89 % (August 2014 and March respectively) of the total terrestrial CO2 export from the slope to the stream. The hillslope, in turn, became a progressively larger source of CO2 to the stream during high flow events. To identify the drivers behind these zone-dependent and seasonal patterns in CO2 export, the CO2 production dissolved in the groundwater (groundwater- absorbed carbon) was estimated by taking the temporarily stored CO2  into account. The highest groundwater-absorbed carbon was observed during April and May (5.0 and 7.1 g C-CO2 m-2 month-1 respectively) which is the period with the highest discharge due to snow melt and the initiation of spring production. As such, conventional methods (gas chambers and the gradient method) may underestimate the soil respiration up to 50% during periods of high flow, as they exclude groundwater-absorbed carbon. CO2 consumption was observed in September 2014 and October 2015 (-0.2 and -0.7 g C-CO2 m-2 month-1 respectively) and may be explained by a major amount of the soil respiration being emitted instead of diluted in the groundwater during periods of low groundwater levels. It can be concludedthat, regardless of season, the riparian zone is a major source of CO2 to the headwater stream. / En signifikant mängd koldioxid (CO2) är lagrad i skog och marken. Marken i barrskogsregionernaförvarar en signifikant mängd CO2 där det partiella trycket av CO2 varierar mellan ~10 000 – 50 000 ppm i jämförelse med atmosfären (400 ppm). Mättnaden av CO2 gör att mycket avdunstar tillbaka till atmosfären. Dock absorberas en del CO2 av grundvattnet; vilket resulterar i en naturlig transport av CO2 vidare till ytvattnen där det kapillära nätverket av bäckar är största recipienten. Det är fortfarande oklart hur transporten av CO2 är distribuerad i ett vattenavrinningsområde vilket medför brister i förståelsen av en viktig processväg som kan komma att spela en större roll i framtidens kolkretslopp på grund av den globala uppvärmningen. Därför är en kvantifiering av olika områdens bidrag av CO2 till bäckarna nödvändig. Två betydande zoner i ett vattenavrinningsområde som troligen bidrar olika är: the riparian zone som är närmast bäcken och består av fina sediment med hög organisk halt och, the hillslope som är resterande område och består av grovkorniga jordar med låg organisk halt. Den förstnämnda misstänks transportera mer CO2 via grundvattnet på grund av dess närhet till bäcken, höga halter av CO2 och höga vattenmättnad men detta är ännu inte verifierat. Jag evaluerar the riparian zone som en viktig källa till CO2 i ett vattenavrinningsområde genom att kvantifiera transporten av CO2 från de två zonerna. För att förklara varför transporten varierar presenterar jag en ny modell (GVR) som beräknar den månatliga fluktuationen av den del av CO2-produktionen som absorberas i grundvattnet i the riparian zone. Mätningar av data utfördes i Västrabäcken, ett mindre vattenavrinningsområde i ett större vid namn Krycklan, i norra Sverige. En transekt av tre mätstationer (i bäcken, the riparian zone och the hillslope) installerades i den förmodade grundvattenströmningsriktningen. Resultaten visar på en hög produktion av CO2 under vårfloden (maj) då en hög grundvattenyta troligen absorberar en signifikant mängd CO2. Detta kan betyda att jordrespiration under våren underskattas då dagens mätmetoder är begränsade till mätningar i jorden av CO2 ovan grundvattenytan. Fortsatta studier rekommenderas där GVR-modellen och andra mätmetoder utförs samtidigt för att vidare utröna den kvantitativa underskattningen under perioder med hög grundvattenyta (speciellt under våren). Bidraget från the riparian zone till den totala laterala transporten av CO2 till bäcken under ett år varierar mellan 58-89 % och det månatliga transportmönstret kunde förklaras med resultaten från GVR-modellen. Resultaten verifierar att oberoende av säsong så är the riparian zone den huvudsakliga laterala koltransporten från landvegetationen; medan the hillslope procentuellt bidrar med mer CO2 under höga grundvattenflöden.

Temporary streams and their dynamics have often been largely overseen in hydrological research and there is relatively little knowledge about how the occurrence of flow in these streams varies temporally and spatially. Temporary streams are important from a hydro- logical perspective because they affect water quantity and quality in downstream peren- nial reaches, and from an ecological perspective because they provide habitat to unique species. In order to gain knowledge about these important streams, this maser thesis was conducted, within the Msc program in Water and Environmental Engineering at Uppsala University and the Swedish University of Agricultural Sciences, in collaboration with the Hydrology and Climate group at the University of Zurich. In this study, the temporal and spatial variation of the temporary streams in a small pre-Alpine catchment in Switzerland were investigated, both in terms of the presence of flowing water and stream chemistry. The 20 ha Studibach catchment is typical for the pre-Alpine area, with frequent precipi- tation. The streams in the lower part of the Studibach catchment were mapped in the field during September 2020. The temporal and spatial variations of the presence of flow and stream chemistry within the stream network was investigated in September and October 2020 during varying weather conditions. During ten field campaigns the flow state of the streams was classified and the Electrical Conductivity (EC) of the streams was mea- sured approximately every 20 meter. The findings from the field campaigns were related to topographic indices, in particular the Topographic Wetness Index (TWI) and Upslope Accumulated Area (A), in order to see how topography influenced the presence of stream- flow and stream EC. The results show a high temporal and spatial variation in both stream chemistry and streamflow. The active network length expanded by a factor of two in re- sponse to precipitation events. The stream EC also had a large spatial variation, and the streams in the southeast part of the catchment had a higher EC than the other streams. This spatial variation is expected to reflect the large variability in groundwater EC within the catchment. The spatial variation of the streamflow demonstrated a difference between the north-middle and the south part of the catchment, where the south part responded quicker to events and drained and retracted faster after the event. The findings also indicate that topographic indices can predict the occurrence of flow in the stream network, with sites with higher topographic index values having a higher probability of flowing water in the stream. Topography also influences the stream chemistry. The variation in stream chem- istry was smaller for sites with higher values for the topographic indices, something that can be explained by the Representative Elementary Area (REA) concept, because sites with higher topographic index values are located further downstream and water at these locations is a mixture of the smaller streams that feed these streams. / Temporära bäckar och dess dynamik har länge varit förbisedda inom hydrologisk forskn- ing, och en djupgående kunskap rörande temporära och rumsliga variationer saknas. Tem- porära bäckar är viktiga utifrån ett hydrologisk perspektiv eftersom de påverkar både kvantitet och kvalitet på vattnet nedströms, och från ett ekologiskt perspektiv eftersom de bidrar med habitat till unika arter. Detta examensarbete har genomförts för att öka kunskapen kring dynamiken i dessa temporära nätverk. Examensarbetet genomfördes inom Civilingenjörsprogrammet i Miljö och Vattenteknik vid Uppsala Universitet och Sveriges Lantbruksuniversitet, i ett samarbete med Hydrologi- och Klimatgruppen vid University of Zurich. Studien har undersökt temporära och rumsliga variationer i ett tem- porärt bäcknätverk med avseende på flöden och kemin i vattnet, i ett mindre pre-alpint avrinningsområde i centrala Schweiz. Bäckarna i den nedre delen av avrinningsområdet Studibach karterades i fält för hand med karta och kompass under september 2020. Avrin- ningsområdet är på 20 ha och räknas som typiskt för ett pre-Alpint område, med frekvent nederbörd. Tio fältkampanjer genomfördes där temporära och rumsliga variationer un- dersöktes genom klassificering av flöden och mätningar av Elektrisk Konduktivitet (EC) i bäckarna ungefär var 20e meter, under september och oktober 2020 i varierande väder- förhållanden. Resultaten från fältkampanjerna relaterades till de topografiska indexen Topographic Wetness Index (TWI) och Upslope Accumulated Area (A) för att undersöka hur topografin påverkar flöden och bäckkemin. Studien kom fram till att bäckarna i den nedre delen av Studibach visar både en temporär och en rumslig variation för både flöde och bäckkemi. De aktiva bäckarna i nätverket visade på en expansion med en faktor två som svar på nederbörd. En rumslig variation för flödet påträffades även mellan den södra och nord-centrala delen av nätverket där den södra svarade snabbare mot event och även drogs ihop snabbare. Kemin i bäckvattnet visade på en stor rumslig variation, med högt EC i den sydöstra delen av avrinningsområdet, vilket förmodas bero på den stora rumsliga variationen av EC i grundvattnet. Resultaten visar även på att topografiska index kan till viss del förutspå flöden i bäckarna, där platser med högre topografiska index har högre sannolikhet att det flödar i bäcken. Topografin påverkar även bäckkemin. Variationen i bäckkemin var mindre för platser med högre topografiska index, vilket kan förklaras med Representative Elementary Area (REA) konceptet, eftersom platser med högre to- pogragiska index värden återfinns längre nedströms och vattnet på dessa platser är en blandning av de mindre bäckarna som tillför vattnet till de större.