<p>Mires surface energy and water budgets govern the conditions for climatic, hydrological, ecological and carbon balance processes. The components of the water and surface energy budgets were quantified over two growing seasons for an open boreal mire. The measurements of fluxes were complemented with data on the spatial variation of water content and temperature in different micro-relief elements (hummocks and hollows). Since measurements on mires are scarce, special investigations of aerodynamic properties were done as well as a calibration of TDR function for peat. The partitioning of available energy at the surface depended mainly on air temperature and relative humidity. There was a trend of falling Bowen ratio both during the day and during the season from May (monthly value 0.9) to September (0.6). The bulk surface resistance (<i>r</i>_s) to evapotranspiration was considerable and varied little (mean <i>r</i>_s = 160 s m^-1). The cause of its relatively large value could be found in a great aerodynamic resistance within the canopy layer, and the peat wetness variation influenced little. In the scale of the whole mire, the water storage were similar over the central, open areas. On a smaller scale, the presence of a pronounced micro-topography caused a variation of the surface wetness. This was also reflected in the spatial variation of soil temperatures. The heat storage in hummock was largely influenced by lateral heat fluxes. There were considerable effects of peat elasticity and approximately 40 % of the changes in water storage was caused by swelling/shrinking of the whole peat mound. This effect should be incorporated in future models of mire-water dynamics.</p>

Mires surface energy and water budgets govern the conditions for climatic, hydrological, ecological and carbon balance processes. The components of the water and surface energy budgets were quantified over two growing seasons for an open boreal mire. The measurements of fluxes were complemented with data on the spatial variation of water content and temperature in different micro-relief elements (hummocks and hollows). Since measurements on mires are scarce, special investigations of aerodynamic properties were done as well as a calibration of TDR function for peat. The partitioning of available energy at the surface depended mainly on air temperature and relative humidity. There was a trend of falling Bowen ratio both during the day and during the season from May (monthly value 0.9) to September (0.6). The bulk surface resistance (rs) to evapotranspiration was considerable and varied little (mean rs = 160 s m-1). The cause of its relatively large value could be found in a great aerodynamic resistance within the canopy layer, and the peat wetness variation influenced little. In the scale of the whole mire, the water storage were similar over the central, open areas. On a smaller scale, the presence of a pronounced micro-topography caused a variation of the surface wetness. This was also reflected in the spatial variation of soil temperatures. The heat storage in hummock was largely influenced by lateral heat fluxes. There were considerable effects of peat elasticity and approximately 40 % of the changes in water storage was caused by swelling/shrinking of the whole peat mound. This effect should be incorporated in future models of mire-water dynamics.

This thesis aimed to study how different actors perform hydrological observations in Sweden. Target groups for the study were institutions that regularly measure water stage and river discharge, including water councils, water- and wastewater departments in municipalities, water authorities and hydropower companies. After the identification of the different actors, the study investigated how, where and why they perform hydrological observations as well as the way actors perceive the accuracy of these measurements. Information was collected through interviews and the development of a number of questionnaires. A total of 447 actors were contacted and 260 replied. The majority of them, 209, answered that they do not perform any hydrological measurements while the remaining 51 answered that they measure water stage. One of the main reasons for measuring is that many actors are facing water-rights court ruling. There were also several actors that stated that they perform hydrological measurements to make sure that the water body where water from wastewater treatment plants and storm water is emitted has sufficient water stage for environmental concerns. The hydropower companies replied that they, in addition to maintaining a water-rights court ruling, used water stage data to control the functioning of the plant. They also calculate river discharge based on production, floodgate position and stage. There were also seven municipalities, which stated that they had implemented a flood-monitoring model and that water stage data were used as input to the model. These municipalities and two other actors stated that they measure discharge or use a stage-discharge relationship (rating curve) to derive discharge data. However, in some cases, control measurements were lacking. Most actors used pressure sensors to measure stage. Their perceived levels of accuracy varied from ± 1 mm to ± 5 cm. Only five actors stated that they level their instruments regularly, which is a precondition for maintaining a correct data series. The results are useful for SMHI’s continued review of their hydrological network, although continued attempts to receive answers from all contacted actors would provide a more complete overview of hydrological observations. A study that thoroughly investigates how actors perceive the accuracy of their measurements would also give further knowledge in this field. / Examensarbetet syftade till att undersöka hur olika aktörer genomför hydrologiska mätningar i Sverige. Målgrupper för studien var aktörer vars verksamhet innefattar mätningar av vattenföring och vattenstånd. De målgrupper som identifierades var vattenråd, kommunala VA-avdelningar, vattenmyndigheter och vattenkraftbolag. När aktörerna identifierats undersöktes hur, var och varför aktörerna mäter samt hur de uppfattar noggrannheter i sina mätningar. Informationen samlades in genom frågeformulär och intervjuer. Totalt kontaktades 447 aktörer varav 260 svarade på frågorna som ställdes. Majoriteten, 209 aktörer svarade att de inte utför några hydrologiska mätningar medan resterande svarande att de mäter vattenstånd. Den anledning som flest aktörer gav till att de mäter var att de har en vattendom. Det var även flera aktörer som mätte för att försäkra sig om att recipienter för dagvatten och avloppsreningsverk hade tillräckligt högt vattenstånd för utsläpp. Vattenkraftproducenterna svarade att de, utöver att de har vattendomar, använder vattenståndsdata för att reglera kraftverken. De beräknade också vattenföringen utifrån lucköppningsgrad, vattenstånd och producerad effekt. Det var även sju kommuner som svarade att de hade implementerat modeller för översvämningsövervakning och använde vattenståndsmätningar som indata i prognosmodellerna. Dessa kommuner och två ytterligare aktörer svarade att de mäter vattenföring eller använder avbördningskurvor men i flera fall är kontrollmätningar av vattenföringen bristande. De flesta aktörerna använde tryckgivare för att mäta vattenståndet och de gav noggrannhetsintervall mellan ± 1 mm och ± 5 cm. Endast fem aktörer uppgav att de avväger mätinstrumentet vilket är en förutsättning för att upprätthålla en korrekt mätserie. Resultaten är användbar information i SMHIs utvärdering av sitt nätverk av hydrologiska mätstationer, dock skulle fortsatta försök att få svar från samtliga kontaktade aktörer ge en mer heltäckande bild av hydrologiska mätningar utförda av de olika målgrupperna. Det vore även intressant med en studie som går djupare in på hur noggrannhet uppskattas och uppfattas av de olika aktörerna.

During the recent summers, Gotland has suffered from drinking water shortage and due to the climate change, the water shortage can possible increase in the future. To find a solution, the Swedish Environmental Research Institute IVL and Region Gotland are going to build a testbed at Storsudret located on the south of Gotland, to investigate different sustainable solutions. One possible solution is to increase the water level in Lake Mjölhatteträsk, located at Storsudret, to increase the water storage. This master thesis has focused on the water balance of the lake to understand whether it is possible to store more water in the lake and how large areas that would be flooded in the event of an increase in the water level. This has been done using a combination of field data sampling with geophysical methods, hydraulic tests, water depth measurements, existing hydrometeorological data from Lantmäteriet and the Geological Survey of Sweden (SGU) and modelling with the tools MIKE SHE and MIKE HYDRO River created by DHI and also GIS. The result of this master thesis showed that there is a very thin soil layer with possibly high clay and silt content to the west of the lake. At the bottom of the lake, a thick clay layer exists which reduces the hydraulic connection between the lake and the surroundings. The potential to store and extract water in the sand layer in the west is therefore small. However, there is potential to produce enough water in the lake to meet the water demand at Storsudret, according to the model created in MIKE SHE. This would require a dam at a suggested location at the outflow with a height of 0.12 m. / Gotland har under de senaste åren lidit utav vattenbrist under somrarna och på grund av klimatförändringarna är det möjligt att vattenbristen kan komma att öka i framtiden. För att hitta en lösning har Svenska Miljöinstitutet (IVL) och region Gotland fått i uppgift att anlägga en testbädd på Storsudret på södra Gotland, där olika hållbara lösningar ska testas. En möjlig lösning är att höja vattennivån i sjön Mjölhatteträsk på Storsudret för att på så vis kunna lagra mer vatten. Den här masteruppsatsen har fokuserat på hur sjöns vattenbalans ser ut för att förstå om det är möjligt att lagra mer vatten i sjön och hur stora områden som skulle bli översvämmade vid en ökning av vattennivån. Detta har gjorts med hjälp av en kombination av fältstudier med geofysiska mätningar, hydrauliska tester, vattendjupmätningar och flödesmätningar tillsammans med digitala databaser från Lantmäteriet och Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) samt modellering med verktygen MIKE SHE och MIKE HYDRO River som skapats av DHI och även GIS. Resultatet för den här masteruppsatsen visade att det finns ett mycket tunt jordlager med eventuellt högt ler och silt innehåll väster om sjön. Vid botten av sjön finns ett tjockt lerlager som minskar den hydrauliska förbindelsen mellan sjön och omgivningen. Potentialen att lagra och utvinna vatten i sandlagret i väst är därmed liten. Däremot finns det potential att producera tillräckligt med vatten i sjön för att kunna uppfylla vattenbehovet på Storsudret, enligt modellen skapad i MIKE SHE. Detta skulle innebära en dam vid en föreslagen punkt vid utflödet som har en höjd på 0.12 m.

Models are important tools for understanding the hydrological processes that govern water transport in the landscape and for prediction at times and places where no observations are available. The degree of trust placed on models, however, should not exceed the quality of the data they are fed with. The overall aim of this thesis was to tune the modeling process to account for the uncertainty in the data, by identifying robust parameter values using methods from computational geometry. The methods were developed and tested on data from the Choluteca River basin in Honduras. Quality control of precipitation and discharge data resulted in a rejection of 22% percent of daily raingage data and the complete removal of one out of the seven discharge stations analyzed. The raingage network was not found sufficient to capture the spatial and temporal variability of precipitation in the Choluteca River basin. The temporal variability of discharge was evaluated through a Monte Carlo assessment of the rating-equation parameter values over a moving time window of stage-discharge measurements. Al hydrometric stations showed considerable temporal variability in the stage-discharge relationship, which was largest for low flows, albeit with no common trend. The problem with limited data quality was addressed by identifying robust model parameter values within the set of well-performing (behavioral) parameter-value vectors with computational-geometry methods. The hypothesis that geometrically deep parameter-value vectors within the behavioral set were hydrologically robust was tested, and verified, using two depth functions. Deep parameter-value vectors tended to perform better than shallow ones, were less sensitive to small changes in their values, and were better suited to temporal transfer. Depth functions rank multidimensional data. Methods to visualize the multivariate distribution of behavioral parameters based on the ranked values were developed. It was shown that, by projecting along a common dimension, the multivariate distribution of behavioral parameters for models of varying complexity could be compared using the proposed visualization tools. This has a potential to aid in the selection of an adequate model structure considering the uncertainty in the data. These methods allowed to quantify observational uncertainties. Geometric methods have only recently begun to be used in hydrology. It was shown that they can be used to identify robust parameter values, and some of their potential uses were highlighted. / Modeller är viktiga verktyg för att förstå de hydrologiska processer som bestämmer vattnets transport i landskapet och för prognoser för tider och platser där det saknas mätdata. Graden av tillit till modeller bör emellertid inte överstiga kvaliteten på de data som de matas med. Det övergripande syftet med denna avhandling var att anpassa modelleringsprocessen så att den tar hänsyn till osäkerheten i data och identifierar robusta parametervärden med hjälp av metoder från beräkningsgeometrin. Metoderna var utvecklade och testades på data från Cholutecaflodens avrinningsområde i Honduras. Kvalitetskontrollen i nederbörds- och vattenföringsdata resulterade i att 22 % av de dagliga nederbördsobservationerna måste kasseras liksom alla data från en av sju analyserade vattenföringsstationer. Observationsnätet för nederbörd befanns otillräckligt för att fånga upp den rumsliga och tidsmässiga variabiliteten i den övre delen av Cholutecaflodens avrinningsområde. Vattenföringens tidsvariation utvärderades med en Monte Carlo-skattning av värdet på parametrarna i avbördningskurvan i ett rörligt tidsfönster av vattenföringsmätningar. Alla vattenföringsstationer uppvisade stor tidsvariation i avbördningskurvan som var störst för låga flöden, dock inte med någon gemensam trend. Problemet med den måttliga datakvaliteten bedömdes med hjälp av robusta modellparametervärden som identifierades med hjälp av beräkningsgeometriska metoder. Hypotesen att djupa parametervärdesuppsättningar var robusta testades och verifierades genom två djupfunktioner. Geometriskt djupa parametervärdesuppsättningar verkade ge bättre hydrologiska resultat än ytliga, var mindre känsliga för små ändringar i parametervärden och var bättre lämpade för förflyttning i tiden. Metoder utvecklades för att visualisera multivariata fördelningar av välpresterande parametrar baserade på de rangordnade värdena. Genom att projicera längs en gemensam dimension, kunde multivariata fördelningar av välpresterande parametrar hos modeller med varierande komplexitet jämföras med hjälp av det föreslagna visualiseringsverktyget. Det har alltså potentialen att bistå vid valet av en adekvat modellstruktur som tar hänsyn till osäkerheten i data. Dessa metoder möjliggjorde kvantifiering av observationsosäkerheter. Geometriska metoder har helt nyligen börjat användas inom hydrologin. I studien demonstrerades att de kan användas för att identifiera robusta parametervärdesuppsättningar och några av metodernas potentiella användningsområden belystes.

The Håga river, located west of the Swedish city Uppsala, is currently without a proper gauging station. Knowing the streamflow is nonetheless important to, for example, be able to calculate the nutrient transport in the river. This project aimed to evaluate different indirect methods of streamflow estimation to investigate how they perform, in particular in relation to SMHI’s S-HYPE model. Two of the methods used were based on transferring streamflow of nearby catchments to Håga, either by using relationships between the mean and standard deviation of the streamflow time series (MOVE), or by simply scaling relative to catchment size (DAR). Furthermore, a hydrological model, HBV, was calibrated for Håga using different amounts and types of calibration data. All the methods were then compared to streamflow data from a previously active gauging station in Håga.  It was found that the overall best method to estimate the streamflow in Håga was using the MOVE method with one particular donor catchment. However, the performance of the simpler MOVE and DAR methods varied a lot from catchment to catchment. HBV was found to be able to produce better performing simulations than S-HYPE, despite being a simpler model. Even HBV-calibrations using alternative or limited data could perform rather well, although rarely at the level of a calibration utilising all available streamflow data. A big uncertainty of the study was the fact that the most recent available validation data for the Håga catchment was from two decades ago, when the old gauging station was decommissioned. Most likely the methods that worked well during the 90s would work well today as well, but this is a matter that could be studied further. / Hågaån, ett vattendrag som ligger väster om Uppsala, saknar i nuläget en mätstation för vattenföring. Att känna till flödet är dock ändå intressant, bland annat för att kunna beräkna näringstransporten i ån. Syftet med detta projekt var därmed att utvärdera och jämföra olika metoder för att uppskatta vattenflödet i Hågaån, särskilt för att undersöka hur de presterade i jämförelse med SMHI:s S-HYPE-modell. Två av metoderna som användes för detta baserades på att överföra flöden från närliggande vattendrag till Håga, antingen genom att använda förhållanden mellan medelvärde och standardavvikelse för flödes-datan (MOVE), eller genom att bara utgå från skillnader i områdenas storlek (DAR). Utöver det kalibrerades även den hydrologiska modellen HBV för Håga med olika typer och mängder av kalibreringsdata. Alla metoderna jämfördes sedan med data från en mätstation som tidigare funnits i Hågaån. Resultaten visade att den över lag bästa metoden för att uppskatta flödet i Håga var MOVE-metoden i kombination med ett av de närliggande vattendragen. Hur väl dessa simplare MOVE- och DAR-metoder presterade varierade dock mycket beroende på vilket vattendrag som användes som donator. Det visade sig även att det gick att erhålla bättre resultat med HBV än de som gavs av S-HYPE, trots att HBV är en enklare modell. Även HBV-kalibreringar baserade på alternativ eller begränsad data kunde producera välpresterande simulationer, dock sällan på samma nivå som den kalibrering som använt all tillgänglig flödesdata. En stor osäkerhet i projektet kretsar kring att den nyaste tillgängliga valideringsdatan från Hågaån var över två decennier gammal, då den mätstation som funnits stängdes ner. Med stor sannolikhet kommer metoderna som fungerade väl under 90-talet även fungera bra i modern tid, men detta är något som kräver vidare studier.

Climate models are essential for generating future climate projections. However, due to simplifications, the models can produce systematic differences between output and reality, which is referred to as model bias. Bias adjustment methods aim to reduce this error, which is important for making future projections more reliable. Here, the suitability of four different bias adjustment methods was tested: distribution-based (Distribution Scaling (DS), Quantile Delta Mapping (QDM)) and non-distribution- based methods (Copula, Multivariate Bias Correction (MBCn)), of which each one univariate and one multivariate approach. The methods were assessed on climate future projections together with a non bias adjusted data set, focusing on their impacts on hydrological modelling simulations. For this, 16 hydrological signatures were analysed and categorized into: 1) water balance and flow dynamics, 2) seasonal behaviour of the flow, 3) low flow characteristics and 4) high flow characteristics. The assessment was carried out based on 50 catchments in Sweden, 10 climate models and one hydrological model. Most noticeable differences were observed between distribution-based and non-distribution-based methods, rather than between univariate and multivariate methods. Bias adjustment methods introduce half as much variation as climate models, catchments contribute substantially more to the projected signatures. Specific hydrological signatures differed regionally, such as changes in the average spring streamflow magnitude and greater bias adjustment variations in low- and high-flow frequencies, compared to varia- tions among catchments, suggesting a shift in the frequency of extreme streamflow events in the future. The choice of bias adjustment method impacted ’High flow characteristics’ the strongest. The Copula method deviated in the trend analysis by utilizing an existing trend. This research prompts further exploration of variation between current and projected future climate, or the inclusion of other variables that might impact projections, to determine the necessity of the methods. / Vi befinner oss i en tid av klimatförändringar. Det blir mer och mer synligt och klimatet kommer förändras i närtid och långt fram i tiden. Men hur exakt kommer det vara i slutet av detta århundrade? För att förutspå det, används klimatmodeller. Dock kan klimatmodeller bara ge en uppskattning om hur det kommer se ut, eftersom de måste förenkla jordsystem och klimat genom simplifieringar och antaganden, för att kunna beräkna projektionen. Det betyder att klimatprojektioner är ingen särskilt exakt förutsägelse. För att projicera framtidens vattenföring i en förändrande klimat, behöver an först modellera framtidens klimat och ut ur det modellera framtidens hydrologiska processer genom hydrologiska modeller. Kombinationer av flera modelltyper kallas modellkedja. För att projicera framtidens klimat, behövs en hel modell-kedja som består av klimatmodeller och hydrologiska modeller. Ju fler delar en modell-kedjan består av, desto osäkrare blir projektionen. Osäkerheten kallas systematiskt och slumpmässigt fel, kort bias. För att förbättra projektionen kan man inkluderar en så kallat bias korrektions metod, vars syfte är att minska biasen med en massa ekvationer och underliggande algoritmer. Det finns flera olika metoder, baserade på olika algoritmer, som beroende på algoritmernas innehåll är mer eller mindre komplicerad.  Jag undersökte i det här projektet, om det gör en skillnad, vilket bias korrektur metod man använder för att förbättra sitt klimat projektion. Det kan, t.ex. vara intressant att veta, när man måste bestämma sig mellan olika bias korrektur metoder som innehåller olika nivåer av komplexitet som användaren måste förstå sig på för att beräkna och korrigerar dataset som är utdatan från klimatmodellerna. För att testa det, tog jag ett existerande stort dataset (bestående av 4 olika bias korrektur metoder och ett dataset som inte var bias korrigerad, med 10 stycken klimatprojektioner för 50 avrinningsområden jämt utspridda över hela Sverige). För att kunna ge en omfattande överblick av framtidens klimat, beräknade jag flera, så kallade hydrologiska signaturer av vattenföringens karakteristik. De signaturer testades statistiskt för att visar avvikande och liknande betedde.  Metoder som korrigerar systematiskt fel betog sig ganska lika varandra, dock introducerades ungefär hälften så mycket variation som hos de 10 testade klimatmodeller, däremot introducerade de 50 flodbäcken mycket mer variation än bias korrektur metoderna, förutom vissa undantag. Jämförelsen föreslår en förändring i vårflöde och ett betydligt skifte i extremflöden i framtiden, jämfört med dagens flöde i älvarna. Det syns att det som blivit påverkat mest av från valet av bias korrektur metoder är kategorin "hög flod drag".  Det här projektet är bara en liten del av en större forskning, och det finns mycket kvar att studera. I framtidens forskning skulle det vara intressant att jämföra skillnaden mellan dagens avloppet och i framtiden och hur stor skillnaden är, jämfört med styrkan av variationen mellan de testade bias korrektur metoder. Därmed kunde man minska forskningsgapet ytterligare, och göra ett noggrant konstaterande i samband med olika bias korrektur metoder och om valets betydelse.

För övervakning av svenska vatten krävs noggranna mätningar av oceanografiska parametrar såsom våghöjd, vågriktning, ytvattentemperatur och ytströmmar. Mätdata för parametrarna samlas in av Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut (SMHI) och används till prognoser, sjöfart samt forskning. I denna studie undersöktes möjligheten att ersätta eller komplettera vågbojarna av modellen Directional Waverider MkIII som SMHI använder idag, med ny kommersiellt tillgänglig fjärranalysteknik. Projektet begränsades till att studera två högfrekvens-radartekniker och en X-bandradar. Studien är platsspecifik och utreder kvalitetsmässiga, ekonomiska och miljömässiga för- och nackdelar med de utvalda radarteknikerna i relation till vågbojarna. En litteraturstudie och modellering av data över parametrar som påverkar radarteknikernas räckvidd och datatillgänglighet genomfördes. Ur modelleringen drogs slutsatsen att det är möjligt att erhålla likvärdig datatillgänglighet med vågradar som med vågboj. Vidare modellering ledde till slutsatsen att radarteknikerna begränsas till ungefär hälften av sin optimala räckvidd i Östersjön på grund av den låga salthalten, och därför är Sveriges västkust bättre lämpad för placering av radarteknik. Undersökning av isbildning i havsvatten, som kan begränsa radarteknikernas räckvidd, ledde till slutsatsen att Sveriges västkust också är att föredra utifrån detta perspektiv. Med anledning av radarteknikers möjlighet att utföra mätningar över större områden, finner studien att det finns goda grunder för att motivera en ersättning eller komplettering av vågbojarna med modern radarteknik. Vidare talar radarteknikernas goda anpassningsförmåga, lägre inverkan på miljön och enklare underhållskrav jämfört med vågbojarna till dess fördel. Att övergå till radarteknik medför däremot högre installations- och driftkostnader i jämförelse med vågbojar.