Att man förstår mark- och grundvattenflöde är en förutsättning för förståelsen av ämnestransport genom skogsmark. Ståndortskarteringen har inte möjlighet att mäta grundvattenflödet på sina provytor med t ex totalpotentialmätningar utan behöver en alternativ metod. Syftet med detta arbete var att skapa en multivariat klassificeringsmodell för klassificering av grundvattenförhållandena i en skogssluttning söder om Tärnsjö i norra Uppland. Modellen bygger på principalkomponentanalys av olika kemiska variabler i det fasta organiska materialet i den organiska horisonten. De kemiska variablerna som användes var; pH(H2O), pH(BaCl2), andel C, S och N i det organiska materialet, den procentuella andelen Al3+, H+, Ca2+, Mg2+, K+ och Na+ på utbyteskomplexen, CECeff och andel organiskt material i proven. Principalkomponentanalysen tyder på att (1) inströmningsområdet karaktäriserades av lågt pH, låga Na+-halter och relativt höga K+-halter, (2) det omättade utströmningsområdet karaktäriserades av höga Al3+-halter, och (3) det näst intill mättade utströmningsområdet karaktäriserades av höga Na+-, Ca2+- och Mg2+-halter som gav högre pH-värden samt högre andel av S och N i det organiska materialet. Undersökningen tyder på att grundvattenförhållandena i en barrskogssluttning har stor betydelse för de kemiska egenskaperna hos markens organiska horisont. Informationen man får från markkemiska analyser gör det möjligt att med hjälp av kemiska variabler klassificera graden av in- respektive utströmningsförhållanden. Den multivariata klassificeringsmodell som skapades i denna undersökning ger en riktlinje för hur en generell klassificeringsmodell för indikationer av grundvattenförhållanden kan konstrueras. Den generella klassificeringsmodellen är ett alternativ till t ex totalpotentialmätningar eftersom klassificeringsmodellen varken behöver ske på plats eller mätas i tidsserier. Vidare kan klassificeringsmodellen tillämpas på redan existerande markkemiska analyser. / A thorough understanding of soil water and groundwater flow is necessary to understand the transport of elements in forest soils. The National Forest Soil and Vegetation Survey has no possibilities to determine groundwater flow using total potential measurements in the sampling plots. In the present work an alternative approach using soil chemistry to classify the extent of recharge and discharge conditions in the sampling plots was used. A multivariate model was created to classify groundwater regime in a forested hillslope south of Tärnsjö in the northern part of Uppland, Sweden. The model was based on principal component analysis (PCA) of different variables in solid organic matter in the organic horizon in the soil. The chemical variables used were pH(H2O), pH(BaCl2), total C, N and S in organic matter, the percentage of Al3+, H+, Ca2+, Mg2+, K+, Na+ in the exchange complex, the effective CEC and the percentage of organic matter in the soil samples. PCA indicated that; (1) samples from the recharge area were characterised by low pH, low Na+ and relatively high K+ levels, (2) the unsaturated discharge zone was characterised by high levels of exchangeable Al3+ and (3) the nearly saturated discharge area was characterised by high Na+, Ca2+ and Mg2+ levels, higher pH and higher amounts of N and S in the organic matter. This study indicated that groundwater regime in a forested hillslope is of major importance in determining the chemical status of the organic matter in the organic horizon. It was possible to use information obtained from soil chemical analysis to determine the extent of recharge or discharge at the points where the soil samples were taken. The PCA model used in this work gives guidelines for the construction of a general model for classification of groundwater regimes.

Abstract Groundwater, a key part of the hydrological cycle, is under increasing pressure from different land uses and changing climate. However, less attention has been paid to integrated groundwater management than surface waters. This thesis combined hydrological and socio-economic research for the case study of the Rokua esker aquifer in order to update current concepts of groundwater management. The Rokua area contains groundwater-dependent lakes and a periodic water level decline has raised concerns about the future of these lakes. Peatland drainage in the vicinity of the aquifer has been accused of changing the aquifer conditions. Groundwater discharge from the esker aquifer to drained peatland was studied to identify relevant hydrological processes for groundwater-surface water interactions. The results revealed a connection between the aquifer and the peatland whereby groundwater can enter the ditches through seepage or preferential flow. Modeling was used to determine critical factors in the management of the esker aquifer-peatland system. The results showed that climate and land use can affect esker groundwater, while peatland drainage in the vicinity can have similar impacts to groundwater abstraction and drought. Peatland restoration by filling in drainage ditches could possibly restore the aquifer groundwater levels. However, for the Rokua aquifer, which will possibly experience less severe dry periods in the future, extensive drainage restoration is currently too major, uncertain, and expensive a measure relative to the expected benefits. Multi-criteria decision analysis was used to identify ways of facilitating stakeholder involvement and learning in groundwater management. The results obtained with this participatory process confirmed that it can foster learning on complicated groundwater issues and collaboration in a process encompassing disputes and diverse interests. The decision analysis process led to the initiation of dialogue on more integrated management, where the preferences of all stakeholders were discussed and taken into account. Overall, this thesis shows how different aspects of aquifer management, such as land use, climate, ecological and economic values, and stakeholder preferences, can all be taken into account using a combined method which reduces the mistrust between opposing interests through research and information, resulting in more robust future planning. / Tiivistelmä Pohjaveteen, hydrologisen kierron avainosaan, kohdistuu kasvavia paineita eri maankäytön muodoista ja ilmastonmuutoksesta. Pohjaveden hallintaan ei kuitenkaan ole kiinnitetty tarvittavaa huomiota. Tässä väitöstyössä yhdistettiin hydrologista ja sosioekonomista tutkimusta Rokuan harjualueella pohjaveden hallintakonseptin päivittämiseksi. Rokuan alueella on useita pohjavedestä riippuvaisia järviä, joiden vedenpinta on kausittain laskenut voimakkaasti. Pintojen lasku on kasvattanut paikallisten huolta järvien tilasta. Harjua ympäröivät metsäojitetut turvemaat, ja ojituksia on syytetty pohjaveden tilan ja sitä kautta myös järvien tilan heikkenemisestä. Työn ensimmäisessä osassa tutkittiin pohjaveden hydrologisia purkautumisprosesseja harjun pohjavesiesiintymästä ojitetulle suoalueelle. Tulokset osoittivat hydraulisen yhteyden akviferin ja turvemaan välillä: pohjavesi pääsi purkautumaan metsäojiin joko suotautumalla tai turpeen kaksoishuokoisuusrakenteiden kautta. Seuraavassa vaiheessa työtä pohjavesimallinnusta käytettiin määrittämään kriittisiä pohjaveden tilaan vaikuttavia tekijöitä pohjavesi-turvemaa-systeemissä. Mallinnustulosten perusteella niin ilmasto kuin maankäyttökin vaikuttavat kumpikin suoraan pohjaveden pinnankorkeuden tilaan. Turvemaiden ojituksilla pohjavesialueella voi olla samoja vaikutuksia pohjaveden pinnankorkeuden tasoihin kuin pohjaveden otolla tai kuivilla kausilla. Turvemaiden ennallistaminen ojia täyttämällä voi osittain palauttaa vedenpinnan tasoja pohjavesialueella. Rokuan harjualueen tapauksessa suuren mittakaavan oja-alueiden ennallistaminen todettiin kuitenkin liian epävarmaksi ja kalliiksi toimenpiteeksi hyötyihin nähden, varsinkin jos kuivien kausien vaikutus suurilla harjualueilla heikkenee tulevaisuudessa sademäärien kasvun myötä. Työn kolmannessa osassa käytettiin monitavoitearviointia eri sidosryhmien osallistamiseen ja oppimiseen pohjavesien hallinnassa. Osallistavasta prosessista saadut tulokset vahvistivat, että menetelmää voidaan käyttää oppimisen edesauttamiseen vaikeissa pohjavesiasioissa sekä yhteistyön muodostamiseen ristiriitaisessa ja monimutkaisessa tapauksessa. Monitavoitearvioinnin prosessi johti keskustelun avaukseen yhtenäisemmän suunnittelun puolesta, joka ottaa huomioon eri sidosryhmien näkökulmat ja tuo ne osaksi keskustelua. Tämä väitöstyö osoitti miten eri pohjavesialueen hallintaan tarvittavat näkökulmat, kuten maankäyttö, ilmasto, ekologiset ja ekonomiset arvot, sekä sidosryhmien mielipiteet voidaan kaikki ottaa huomioon yhdistämällä eri metodeja. Näin tutkimuksella ja informoinnilla vähennetään epäluottamusta eri intressitahojen välillä ja luodaan pohja vakaammalle pohjavesialueiden tulevaisuuden suunnittelulle.