Kraftindustrin arbetar oavbrutet med att försöka höja och upprätthålla dammsäkerheten i Sverige. Erosionsskydd för fyllningsdammar skall dimensioneras och utformas så att de medverkar till en god dammsäkerhet. Vid dimensionering och projektering av erosionskydd måste vågberäkningar utföras för att bedöma angripande våglast. I Sverige genomförs dessa beräkningar utifrån kraftföretagens riktlinjer för dammsäkerhet, RIDAS. Uträkningarna och bedömningar av våglasterna är ur dammsäkerhetssynpunkt viktiga eftersom de ofta avgör erforderligt fribord. Vågberäkningarna är behäftade med stora osäkerheter, speciellt i fall då störningar i form av öar, uddar och uppgrundande partier finns framför dammkonstruktionen. Syftet med examensarbetet har varit att utvärdera vågförhållanden och därmed våglasterna på Vojmsjöns regleringsdamm. Vågförhållandena har simulerats och analyserats med den numeriska modellen MIKE 21 Spectral Wave. Tillvägagångssättet är nytt och modellen har tidigare inte använts inom området. Således genomfördes en verifiering och orienterande kalibrering i magasin Sädvajaure. Utifrån de kunskaper och erfarenheter som erhölls vid utförandet i Sädvajaure användes modellen i fallstudie Vojmsjön. Ett mer övergripande syfte har varit att utreda om förfarandet är en ny möjlig metod för att utvärdera vågor i vattenkraftmagsin. Undersökningen i Sädvajaure visade på en relativt god korrelation mellan uppmätta och simulerade våghöjder. Modellens noggrannhet är starkt beroende av tillförlitligheten hos indata. Mer exakt indata hade förmodligen resulterat i ännu bättre samband. Fallstudie Vojmsjön visade på signifikanta skillnader i resultat mellan vågberäkningarna enligt RIDAS och de av modellen simulerade. RIDAS beräkningsmetoder överskattar våghöjderna i området framför Vojmsjöns regleringsdamm, främst till följd av att beräkningarna genomförs med grova förenklingar av magasinets form och att vågorna antas propagera fritt utan inverkan av refraktion och uppgrundande partier. Förfarandet med att använda en numerisk modell för att analysera vågor i vattenkraftmagasin anses vara tillämpbar. Metoden bedöms, utifrån denna studie, vara ett bra komplement för tillfällen när RIDAS beräkningsmetoder anses vara otillräckliga och särskilda utredningar är påkallade. Liknande mer grundliga utredningar, skulle kunna ge bra underlag för att fatta goda ekonomiska och dammsäkerhetsmässiga beslut. / The power industry is constantly trying to raise and maintain the safety of dams in Sweden. Erosion protection for embankment should be designed to contribute to a high level of dam safety. When designing an erosion protection, wave calculation must be carried out to assess the wave load. In Sweden, these calculations and assessments are based on the Power Companies Guidelines for Dam Safety, named RIDAS. The calculation of wave loads is important from a dam safety point of view, because they often determine the required freeboard. The wave calculations are subject to large uncertainties especially in cases when islands, capes and shoaling areas are located in front of the dam construction. The aim of the thesis has been to assess the wave conditions and thereby the wave loads in reservoir Vojmsjön. The approach has been to simulate and analyse the wave conditions with a numerical model MIKE 21 Spectral Wave. The procedure is new and a verification and orientated calibration was conducted since the model has not previously been used in the field. The verification of the model was carried out in reservoir Sädvajaure. Based on the knowledge and experience obtained during the investigation at Sädvajaure the model was used in the case study Vojmsjön. A more general aim has been to investigate whether the approach is a new possible method to evaluate waves in hydropower reservoirs. The investigation in Sädvajaure showed a relatively good correlation between measured and simulated wave heights. The model precision is highly dependent on the accuracy of input data. More accurate input data had probably given even better results. Case study Vojmsjön showed significant differences in result between wave calculation based on RIDAS and the model simulated. RIDAS calculation methods overestimate the wave heights in the area in front of regulation dam Vojmsjön. Mainly because the calculations are based on simplifications of the reservoir structure, but also depending on the fact that the waves are assumed propagating freely without the influence of refraction and shoaling. The approach of using a numerical model to evaluate the waves in hydropower reservoirs is believed to be applicable. The method is considered to be useful as a complement in investigations when RIDAS calculation methods are considered being insufficient and special investigations is necessary. Similar more extended investigations could provide good material to make good decisions, both from an economic and a dam safety point of view.

As ondas geradas por tempestades causam as alterações mais significativas na costa arenosa. Este trabalho avaliou a influência da variabilidade interanual do clima de ondas nos processos costeiros do litoral Sudeste e Sul do Brasil. O clima de ondas foi determinado a partir de resultados entre 1997 e 2010 do modelo numérico NOAA WAVEWATCH III (NWW3) com seis pontos de água profunda. O modelo numérico MIKE 21 SW foi utilizado para verificar o efeito destas ondas na Enseada de Massaguaçu (SP) e no trecho Sul de Imbituba (SC). Foram simuladas as direções de ondas mais frequentes e foi calculado o transporte longitudinal de sedimentos gerado por elas. As ondas do quadrante Sul foram mais energéticas e não foi identificado um padrão na variação interanual do clima de ondas. Em São Paulo, as direções de onda mais frequentes (Sul e Sul-Sudoeste) não geraram quantidade efetiva de transporte de sedimentos, e foram as ondas de Leste-Sudeste a Sudeste-Sul que geraram a maior quantidade de transporte longitudinal de sedimentos. Em Santa Catarina foram as ondas de Leste a Sul que geraram maior transporte longitudinal de sedimentos. / The coastal dynamics is mainly controlled by waves, being the energetic storm waves the most influential. This study aims to assess the wave climate influence on coastal processes in the South and Southeastern coast of Brazil. The wave climate was defined through NOAA WAVEWATCH III (NWW3) numerical model results for six offshore points, from 1997 to 2010. In order to propagate the waves onshore the Spectral Wave FM from MIKE 21 numerical model has been applied on Massaguaçu bay (SP) and Imbituba (SC). Most frequent storm waves have been simulated for each year and sector and sediment longshore transport along each sector was calculated. Waves from the South are the most energetic. There is no clear interanual pattern in the time-series. For SP, the most frequent directions (South and South-Southwest) do not generate considerable longshore sediment transport, with East-Southeast to Southeast-South waves generating most sediment transport, which was northwards for all beaches. In SC the sediment transport was northwards in Vila and Vila Nova beaches and southwards on Itapirubá beach, with waves from Eastern and Southern quadrants generating more longshore sediment transport.

Les ressources en eau sont généralement considérées comme l'une des ressources naturelles les plus importantes du développement social, en particulier pour soutenir les usages domestiques, agricoles et industriels. Au cours de la dernière décennie, en raison de l'augmentation des activités humaines, telles que l'urbanisation et l'industrialisation, les impacts sociaux sur l'environnement naturel deviennent de plus en plus intenses. Par conséquent, de nos jours, les problèmes d'eau par rapport à avant deviennent plus compliqués. Pour faire face au problème complexe depuis les années 1970, les gens ont reconnu que le système d'aide à la décision (DSS) présente des avantages évidents. De plus, avec le développement de l'informatique et des techniques web, les DSS sont souvent utilisés pour appuyer la décision locale. Les décideurs pour gérer les ressources naturelles de la région en particulier les ressources en eau. La modélisation hydrologique en charge de la représentation des caractéristiques du bassin versant joue un rôle important dans le système d'aide à la décision environnementale (EDSS). Parmi les différents types de modèles, le modèle hydrologique distribué déterministe est capable de décrire l'état réel de la zone d'étude de manière plus détaillée et précise. Cependant, le seul obstacle à la limitation des applications de ce type de modèle est pointé vers le grand besoin de données demandé par sa configuration de modélisation. Dans cette étude d'évaluation de la modélisation hydrologique dans le projet AquaVar, un modèle distribué déterministe (MIKE SHE) est construit pour l'ensemble du bassin versant du Var avec moins d'informations de terrain disponibles dans la zone. Grâce à une stratégie de modélisation raisonnable, plusieurs hypothèses sont conçues pour résoudre les problèmes de données manquantes dans les intervalles de temps quotidiens et horaires. La simulation est étalonnée sur une échelle de temps quotidienne et horaire de 2008 à 2011, qui contient un événement de crue extrême en 2011. En raison des impacts des données manquantes sur les entrées et les observations du modèle, l'évaluation de l'étalonnage de la modélisation n'est pas seulement basée sur des coefficients statistiques tels que le coefficient de Nash, mais aussi des facteurs physiques (p. ex. valeurs maximales et débit total). Le modèle calibré est capable de décrire les conditions habituelles du système hydrologique varois, et représente également le phénomène inhabituel dans le bassin versant tel que les inondations et les sécheresses. Le processus de validation mis en œuvre de 2011 à 2014 dans l'intervalle de temps journalier et horaire confirme la bonne performance de la simulation dans le Var. La simulation MIKE SHE dans Var est l'une des parties principales du système de modélisation distribuée déterministe de l'EDSS d'AquaVar. Après l'étalonnage et la validation, le modèle pourrait être utilisé pour prévoir les impacts des événements météorologiques à venir (par exemple, des crues extrêmes) dans cette région et produire les conditions aux limites pour d'autres modèles distribués déterministes dans le système. La conception de l'architecture EDSS, la stratégie de modélisation et le processus d'évaluation de modélisation présentés dans cette recherche pourraient être appliqués comme un processus de travail standard pour résoudre les problèmes similaires dans d'autres régions. / Water resource is commonly considered as one of the most important natural resources in social development especially for supporting domestic, agricultural and industrial uses. During the last decade, due to the increase of human activities, such as urbanization and industrialization, the social impacts on the natural environment become more and more intensive. Therefore, recently, water problems compared to before become more complicated. To deal with the complex problem, since 1970s, started from the companies, people recognized that the Decision Support System (DSS) has obvious advantages Moreover, with the development of computer science and web techniques, the DSS are commonly applied for supporting the local decision makers to manage the region natural resources especially the water resources. The hydrological modelling in charge of representing the catchment characteristics plays significant role in the Environment Decision Support System (EDSS). Among different kinds of models, the deterministic distributed hydrological model is able to describe the real condition of the study area in more detail and accurate way. However, the only obstacle to limit the applications of this kind of model is pointed to the large data requirement requested by its modelling set up. In this study of hydrological modelling assessment in AquaVar project, one deterministic distributed model (MIKE SHE) is built for the whole Var catchment with less field information available in the area. Through one reasonable modelling strategy, several hypothesises are conceived to solve the missing data problems within daily and hourly time intervals. The simulation is calibrated in both daily and hourly time scale from 2008 to 2011, which contains one extreme flood event at 2011. Due to the impacts of missing data on both model inputs and observations, the evaluation of modelling calibration is not only based on the statistic coefficients such as Nash coefficient, but also effected by some physical factors (e.g. peak values and total discharge). The calibrated model is able to describe usual condition of Var hydrological system, and also represent the unusual phenomenon in the catchment such as flood and drought event. The validation process implemented from 2011 to 2014 within both daily and hourly time interval further proves the good performance of the simulation in Var. The MIKE SHE simulation in Var is one of the main parts of the deterministic distributed modelling system in the EDSS of AquaVar. After the calibration and validation, the model could be able to use for forecasting the impacts of coming meteorological events (e.g. extreme flood) in this region and producing the boundary conditions for other deterministic distributed models in the system. The design of the EDSS architecture, modelling strategy and modelling evaluation process presented in this research could be applied as one standard working process for solving the similar problems in other region.

Due to recent summers’ amplified frequency in intense rainstorm events, so-called cloudbursts, in places of the world not normally prone to such extreme weather phenomena, interest has aroused amongst authorities regarding measures to address in order to minimize the devastating impact of the subsequent floods. Such measures include physical planning of the townscape in terms of avoiding water to pond in inappropriate places. An important tool in this process is flood modelling. By utilizing advanced numerical hydraulic models, risk areas in the urban environment can be identified and important flow paths can be detected. A computer model that is able to simulate the two-dimensional surface runoff is MIKE 21, a part of the MIKE by DHI software series for water environment modelling. MIKE 21 comes in two versions, the Classic version and the Flexible Mesh (FM) version. The Classic version employs a structured orthogonal mesh to describe the topography/bathymetry of the computational domain, whilst the FM version bases its general domain description on a triangulated, unstructured mesh. In contrast to the Classic approach, the FM description allows for an altered resolution within the study area. This allows for an increase of the mesh resolution in the proximity of structures that are assumed important for the flood propagation, and a decrease in homogenous areas that are not expected to be as important regarding the general flood distribution. In this report, the suitability of applying the FM version in precipitation-related urban flood modelling purposes has been investigated. The results have been compared to those obtained from the Classic model, which represents the current method employed to perform these kind of analyses. The main investigations have been conducted in scenarios representing a rainfall event with a return period of 100 years. As no calibration data was available for the sites investigated at this kind of extreme event, the results only relate to each other. The results showed no significant difference between the models regarding where water generally will flow and accumulate. However, the spatial and volumetric distribution of the water in risk areas is more severe in the Classic model’s results. This was assessed to be the consequence of a parameter, only existing in the FM model, which suppresses the momentum equations of the model and by doing so, retains water in the mesh elements and prevents it to flow unimpeded until a certain depth is achieved. Too low values of this parameter caused instabilities in the program. Additionally, the required workload to set up the FM model was found significantly higher compared to the Classic model. Accordingly, no sensible reason to change from the Classic to the FM approach in urban flood modelling could be found. / På grund av de senaste somrarnas ökade återkomst av kraftiga och intensiva regn, så kallade skyfall, i delar av världen som vanligtvis inte har varit speciellt utsatta för den här typen av väderfenomen har medvetenheten av deras förstörande kraft ökat bland kommuner och myndigheter. Med det har också intresset kring översvämningsförebyggande åtgärder ökat. Sådana åtgärder inkluderar den fysiska utformningen av stadsbilden ifråga om exempelvis höjdsättning för att undvika vattenansamlingar på olämpliga ställen. I denna process är översvämningsmodellering ett viktigt redskap. Med hjälp av avancerade numeriska hydrauliska modeller kan riskområden samt flödesvägar i stadsmiljön kartläggas. MIKE 21 är en datormodell som kan simulera den tvådimensionella ytavrinningen. MIKE 21 är en del av programsviten MIKE by DHI och återfinns i två versioner, MIKE 21 Classic och MIKE 21 Flexible Mesh (FM). Classicversionen utgår från ett rutnätmönstrat grid för att beskriva topografin/batymetrin i beräkningsdomänen, medan den i FM-versionen bygger på en triangulär, ostrukturerad konstruktion. I och med sin ostrukturerade uppbyggnad tillåter FM-beskrivningen en varierad upplösning inom studieområdet, tillskillnad från Classic-tillvägagångssättet. Detta gör det möjligt att i FM-modellen öka upplösningen i komplexa områden som anses särskilt viktiga för att kunna ge en korrekt bild av översvämningsförloppet, medan en lägre upplösning kan tilldelas mer homogena områden som anses ha en mindre viktig betydelse för den generella översvämningsutbredningen. Den här rapporten har undersökt hur väl MIKE 21 FM lämpar sig i skyfallsanalyser. Resultaten har jämförts mot de resultat som erhållits från Classic-modellen, som representerar det nuvarande tillvägagångssättet att utföra skyfallsanalyser på. Huvudutredningarna byggde på scenarion som kan uppstå när ett 100-årsregn faller över studieområdena. Eftersom ingen mätdata från ett sådant skyfall fanns att tillgå har resultaten från de två modellerna endast jämförts i förhållande till varandra. Resultaten visade inte på några egentliga skillnader ifråga om var vatten ansamlas. Dock kunde det påvisas att både den ytliga och volymetriska utbredningen i och kring ansamlingsplatserna var högre i Classicmodellen. Detta bedömdes ha att göra med en djupparameter som endast återfinns i FM-modellen. Denna parameter styr när modellens momentekvationer tas med i beräkningen. På så sätt styr den när vatten kan flöda mellan elementen i meshet. För låga värden på den leder till instabiliteter i programmet. Vidare visade sig arbetet med att framställa en FM modell vara betydligt mer tidskrävande jämfört med Classicmodellen. Med bakgrund av detta kunde inte någon anledning till varför MIKE 21 Classic skulle frångås i skyfallsanalyser hittas.

Huvudsyftet med den här studien var att undersöka vilka parametrar som har störst inverkan på trädens vattentillgång i BlåGrönGråa-system (BGG-system), utvecklat av Edge, och vilka förbättringar som kan göras för att vegetationen bättre ska klara av torka. Ett annat mål med denna studie var attundersöka hur väl det går att efterlikna och simulera BGG-system i modelleringsverktyget MIKESHE, utvecklad av Danish Hydraulic Institute (DHI). För att undersöka vilka parametrar som har störst inverkan på BGG-systems vattenhalt varierades; storleken på tillrinningsområdet, crop factor, växtsubstrat, djup på regnbäddarna, växtval, dräneringsdjup och dräneringshastigheten. Alla simuleringarna genomfördes med meteorologisk data för perioden 1991-2020 för att underöka hur årsvariationer påverkar vattenhalten i systemet. Resultaten visar att stadsträd som inte erhåller något tillskott av vatten via tillförsel av dagvatten kommer utsättas för extremt ogynnsamma förhållanden när det kommer till vattentillgång, och att den parameter som har störst inverkan på vattenhalten i BGG-system är storleken på tillrinningsområdet. För att ytterligare förbättra vattentillgången för träden i BGG-system kan växtsubstratet förbättras genom att öka mängden växttillgängligt vatten. Detta föreslås dock framförallt för större träd eller då tillrinningsområdet inte kan utökas ytterligare. Variationen av djupet på regnbäddarna har relativt liten effekt på resultatet, vilket delvis kan förklaras av andra val i satta parametrar. Växtvalet visar sig i denna studie har liten effekt på vattenhalten, vilket delvis beror på modellens utformning och valdaparametrar. Variationen av dräneringsdjupet och dräneringshastigheten visar sig inte ha någon effekt på de resultat som undersöks i denna studie. Modellen som har satts upp beskriver systemet på ett tillförlitligt sätt, och är ett bra första steg föratt ytterligare öka förståelsen för trädens förutsättningar i dagvattenhantering. Men för att kunna dramer långtgående slutsatser om hur träden klarar av torrperioder behöver ytterligare undersökningargenomföras på BGG-system. / The main purpose of this study was to investigate which parameters have the greatest impact on thetrees’ water supply in BlueGreenGray-systems (BGG-system), developed by Edge, and what improvements can be made to the system to make the vegetation able to withstand periods of droughts better. Another aim of this study was to investigate how well it is possible to imitate and simulate BGG-systems in the modeling tool MIKE SHE, developed by the Danish Hydraulic Institute (DHI). To investigate which parameters have the greatest impact on the water content in BGG-systems the following parameters was varied; the size of the catchment area, crop factor, plant substrate, depth of the rain beds, plant selection, drainage depth and drainage rate. All simulations were performed with meteorological data for the period 1991-2020 to investigate how annual variations affect the watercontent in the system. The results show that city trees that do not receive any addition of water via the supply of stormwater will be exposed to extremely unfavorable conditions when it comes to water supply, and that the parameter that has the greatest impact on the water content in BGG-systems is the size of the catchment area. To further improve the water supply for the trees in a BGG-system, the plant substrate can be improved by increasing the amount of plant available water. However, this is mainly proposed for larger sized trees or when the catchment area cannot be expanded further. The variation in the depth of the rain beds has a relatively small effect on the result, which can be partly explained by other choices in set parameters. The choice of plant in this study has little effect on the water content, which is partly due to the model’s design and selected parameters. The variation of the drainage depth and the drainage rate does not appear to have any effect on the results examined in this study. The model that has been set up describes the system in a reliable way, and is a good first step to furtherincrease the understanding of the trees conditions in stormwater management. However, in order tobe able to draw more far-reaching conclusions about how trees cope with dry periods, further studiesneed to be carried out on BGG-systems.

[pt] O objetivo deste trabalho é avaliar a contaminação da água subterrânea por metais pesados provenientes da Área de Disposição de Resíduos (ADR) do município de Resende, RJ. O escopo compreende um estudo preliminar com base em levantamento e mapeamento de dados espaciais; investigação in situ e em laboratório, incluindo a instalação de poços de monitoramento, amostragens e caracterização de solos, águas subterrâneas e chorume, ensaios de condutividade hidráulica, K; e modelagem da pluma de contaminação usando o programa MIKE SHE. Em geral, a caracterização apresentou argilas arenosas, siltes arenosos e, areias siltosas, cujos principais minerais foram quartzo, caulinita, e muscovita com presença de biotita e feldspato. Os valores de K variaram de 10(-5) a 10(-6) m/s; o pH entre 4,59 e 6,93 (água subterrânea) e 7,93 e 8,16 (chorume); a condutividade elétrica na água variou de 0,032 a 7,113 mS/cm, coerente com os sólidos totais dissolvidos e com maiores valores no chorume e no poço mais próximo a ADR. Análises detectaram 14 metais dissolvidos (Al, As, B, Ba, Cd, Co, Cr, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Se e Zn) em concentrações acima do permissível por lei. A modelagem mostrou como a distribuição espacial e a anisotropia dos solos influenciam o fluxo e transporte do cloreto (advectivo) e do cromo (sorção). Quando são considerados solos anisotrópicos, a pluma de Cl- atinge o Rio Paraíba do Sul, à 2,5 km de distância, em 43 anos enquanto a pluma do Cr dista apenas 55 m da fonte. Embora os resultados experimentais não tenham sido claros em determinar se todos os metais encontrados são necessariamente da fonte de contaminação da ADR ou de origens naturais, as simulações deste modelo indicaram baixo impacto ambiental dos metais para o rio. / [en] The objective of this work is to evaluate the groundwater contamination due to heavy metals from the Waste Disposal Area (WDA) in the municipality of Resende, RJ. The scope consists of a preliminary assessment based on surveying and mapping spatial data; in situ and laboratory investigation, including the installation of monitoring wells, sampling and characterization of soils, groundwater and waste leachate, hydraulic conductivity tests, K; and contaminant plume modelling using the program MIKE SHE. Overall, the characterization revealed sandy clays, sandy silts and silty sands. The predominant minerals were quartz, kaolinite, and muscovite along with the presence of biotite and feldspar. The values of K varied from 10(-5) to 10(-6) m/s; the pH between 4.59 and 6.93 (groundwater) and 7.93 and 8.16 (leachate); the electrical conductivity in the water varied from 0.032 to 7.113 mS/cm, consistent with the total dissolved solids and with higher values attributed to the leachate and the well closest to the WDA. Analysis detected 14 dissolved metals (Al, As, B, Ba, Cd, Co, Cr, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Se and Zn) with concentrations above the legal limit. The model illustrated how the soils spatial distribution and anisotropy influence the flow and transport of chloride (advective) and chromium (sorption). When considering anisotropic soils, the Clplume reached the Paraíba do Sul River, 2.5 km away, in 43 years while the Cr plume only moved 55 m from the source. Although the experimental results were not clear in determining whether all the metals found necessarily originated from the contaminant source from the WDA or from natural origins, the simulations of this model indicated a low environmental impact to the river.

Flooding has been identified as the most widespread and most frequently occurring natural disaster by the United Nation. Sweden is no exception when it comes to being affected by flooding, and several major flood events have been seen in recent years. The Swedish National Board of Building, Housing and Planning published a report on climate adaption in 2010 where they stated that Sweden is missing over all strategies and goals meet the demands of more frequent and intense rain events. Present thesis aimed to develop planning support for integration of hydrological perspectives in urban planning to manage water related risks such as flooding and high water levels. This was done through hydrodynamic modelling in MIKE FLOOD, developed by the DHI, where a 1D stream model was coupled with a 2D free-surface flow model. The model was run for three different scenarios reflecting current conditions (Scenario 1), climate change (Scenario 2) and land use change (Scenario 3). The study area chosen for present study was Kista residential area, located northwest of Stockholm, and part of Igelbäcken stream that runs by Kista. Igelbäcken stream was represented by a 1D stream model in the software MIKE 11 provided by DHI and Järfälla municipality, whereas a 2D model in MIKE 21 for Kista and the stream surroundings was setup throughout the project. Data was provided by Stockholm Vatten och Avfall and processed in ArcMap before it could be used in the modelling. The MIKE 21 model required data regarding topography, land use, and precipitation. A 100-year flood, based on a series of designed rain events with various duration and intensity, was used as precipitation input to replicated a hypothetical major rain event. Flooding in Scenario 2 was more extensive than flooding in Scenario 1, which was expected since Scenario 2 was based on a 100-year flood with a climate change factor of 1.25 and projection for year 2100. Scenario 3, which represented a “worst case” scenario with all planned exploitation of Kista identified as impermeable surface, forced the water to move further down in the topography compared with Scenario 1. Several buildings were more or less surrounded by at least 0.3 meter of water in Scenario 3. Water levels in Igelbäcken stream were strongly affected by the rain events and showed an increase of 0.4, 0.9, and 0.4 meter for the three scenarios at the end of the simulations which lasted for six hours. In conclusion, findings of present study show larger flooding extent that previously performed studies in the area and they reflect fast response in Igelbäcken stream with respect to increased water level. Indicating that effects from major rain events should not be underestimated. Furthermore, the findings could prove useful for identification of major runoff pathways and identification of suitable locations for multifunctional with respect to infiltration and retardation, if available at an early stage in the planning process. Thus, this type of study could prove useful for integration of hydrology in the urban planning process. / Översvämningar har identifierats som världens mest utspridda och vanligast förekommande naturkatastroftyp av FN. Sverige är inget undantag när det kommer till påverkas av översvämningar, under de senaste åren har flera stora översvämningar förekommit i landet. Boverket publicerade 2010 en rapport gällande Sveriges hantering av klimatanpassning. Slutsatsen av denna rapport var att övergripande strategier och mål för klimatanpassning saknas när det gäller hantering av kraftiga skyfall och att bättring krävs för en hållbar samhällsutveckling. Denna studie syftade till att utveckla planeringsstöd för integrering av ett hydrologiskt perspektiv i urban planering för att hantera vattenrelaterade risker så som översvämning och höga vattennivåer. Detta gjordes genom hydrodynamiks modellering i mjukvaran MIKE FLOOD, utvecklad av DHI, där en 1D vattendragsmodell kopplades till en 2D ytavrinningsmodell. Modellen kördes för tre scenarion: nuläget (Scenario 1), klimatförändring (Scenario 2) och förändrad markanvändning (Scenario 3). Förorten Kista, belägen nordväst om Stockholm, och den del av Igelbäcken som passerar Kista valdes som studieområde. Igelbäcken representerades av en 1D vattendragsmodell, MIKE 11, som tillhandahölls av DHI, medan en 2D ytavrinningsmodell i MIKE 21 sattes upp för Kista och Igelbäckens omgivning under projektets gång. Data tillhandahölls av Stockholm Vatten och Avfall och bearbetades i ArcMap innan den kunde användas i modelleringen. MIKE 21 modellen baserades på data rörande topografi, markanvändning och nederbörd. Ett 100-års regn, baserat på en serie möjliga 100-års regn med varierande intensitet och varaktighet, användes som nederbördsdata för att efterlikna ett hypotetiskt kraftigt skyfall. Översvämning i Scenario 2 hade en större utbredning än Scenario 1, vilket var väntat då Scenario 2 baserades på ett 100-års regn med en klimatförändringfaktor på 1.25 och en klimatprojektion för år 2100. Scenario 3, vilket representerade ett ”värsta möjliga” scenario med all planerad exploatering i Kista definierad som icke genomsläpplig yta, tvingade vatten som ansamlats på ytan att röra sig längre ner i topografin eller fångade det på nya ställen i studieområdet jämfört med Scenario 1. Ett flertal byggnader var till stor del omringade av ett vattendjup på åtminstone 0.3 meter i Scenario 3. Vattennivåer i Igelbäcken var inledningsvis väldigt låga, men påvisade sedan en ökning av 0.4, 0.9 samt 0.4 meter i respektive scenario vid simuleringens slut (vilken varade i sex timmar). Sammanfattningsvis påvisade studien större översvämningsspridning än tidigare genomförd översvämningsmodellering i området. Vidare visade resultaten en snabb respons i Igelbäcken med avseende på vattennivåförändringar vid simuleringens slut. Detta indikerar att påverkan från kraftiga skyfall inte bör underskattas. Resultaten ses som användbara i ett tidigt stadie av planeringsprocessen för identifiering av viktiga ytavrinningsvägar i landskapet samt för lokalisering av lämpliga ytor för etablering av multifunktionella ytor, till exempel parker, med avseende på infiltration och fördröjning av dagvatten. Denna typ av studie kan därmed ses som användbar för integration av ett hydrologiskt perspektiv i den urbana planeringsprocessen.

Due to precipitation poor winters and springs and over-exploitation of groundwater reserves during the summer months as a consequence of tourism, the island of Gotland has experienced fresh water shortages during recent years which has led to harsh restrictions in the use of municipal water. In order to find a solution to the islands fresh water problems, the region of Gotland and the Swedish Environmental Institute (IVL) have initiated a project in which the southernmost part of Gotland, Storsudret, will be used as a test site for new methods of sustainable freshwater storage and extraction methods. A, for Sweden, new method currently being investigated is the use of subsurface dams in order to increase the storage capacity of soil groundwater, thus increasing the possible extractions. Methods for finding suitable sites for subsurface dams has been investigated by Imran Jamali, 2016, and Ludvig Almqvist, 2017. There is however a need in further investigating and developing methods for subsurface dam location. This master thesis has focused on performing on-site data collection and on the use of groundwater flow model to evaluate the possibility of placing a subsurface dam on Storsudret, as steps in a method to localize areas suitable for subsurface dams. On site data was collected through resistivity measurements and water level measurements. This was used as input data for the flow model, MIKE SHE, together with more general GIS-data available. Flow modelling was performed during the period 2015-2018, which included the initially dry years of 2015-16 and the summer of 2017, and the more precipitation rich second half of 2017 and spring of 2018. Subsurface dams were modelled to investigate the results on the surroundings. The result did not show any obvious locations for the placement of a subsurface dam within the modelled area. The site considered to be most suitable for dam placement was modelled but showed only a rather small additional stored volume. However, the model result indicated that large possibilities for freshwater extraction already could be present in an existing geological formation in the area, even without the presence of a subsurface dam. As a tool for finding the specific location of groundwater dams, it was concluded that MIKE SHE gives a good overview over the general hydrogeological features and flow paths. Thus, it is a valuable tool when it comes to finding interesting sites for further investigations. However, due to problems in obtaining detailed enough input data, the model is considered to be less suitable for finding specific locations for dam placement when investigating a larger domain. / På grund av nederbördsfattiga vintrar och ett överuttag från grundvattenreservoarerna under turistsäsongen på somrarna, har Gotland erfarit vattenbrist under senare år vilket lett till hårda bevattningsförbud för såväl kommunalt och enskilt vatten. För att hitta en lösning på denna vattenbrist har Region Gotland och Svenska Miljöinstitutet (IVL) initierat ett projekt på den södra delen av Gotland, Storsudret, som kommer att användas som en testplats för nya lösningar inom lagring och uttag av färskvatten. En, för Sverige, ny metod som för nuvarande undersöks är användandet av grundvattendammar som ett sätt att öka lagringskapaciteten i marken och på så sätt kunna öka uttagen av grundvatten. Metoder för att finna lämpliga platser för grundvattendammar har undersökts av Imran Jamali, 2016, och Ludvig Almqvist, 2017. Därtill finns ett behov av att vidare undersöka och utveckla metoder för lokalisering av grundvattendammar. Denna masteruppsats har fokuserat på att utföra data-inhämtning i fält och bygga upp en grundvattenflödesmodell för att utvärdera möjligheten att placera en grundvattendam på Storsudret, som ett vidare steg i att utveckla en metod för att finna lämpliga platser för grundvattendammar. Data från fältundersökningar hämtades genom resistivitetsmätningar och vattenståndsmätningar. Dessa data användes som inmatning i grundvattenflödesmodellen, MIKE SHE, tillsammans med mer generell GIS-data. Flödesmodellering utfördes under perioden 2015-2018, vilket inkluderade torrår under perioden 2015-2016 och slutet av sommaren 2017 och mer nederbördsrik period under hösten 2017 och våren 2018. Grundvattendammar modellerades för att undersöka områdespåverkan. Resultaten visade på ingen självklar lokalisering för en grundvattendamm inom det modellerade området, på grund av platt geologi utan tydliga utflödespunkter blev resultatet av en damm endast en liten ökad grundvattenvolym. Däremot visade modellresultaten att stora uttagsmöjligheter för grundvatten redan fanns i existerande geologiska formationer även utan en grundvattendamm närvarande. Som ett steg i metoden att finna lämpliga platser för grundvattendammar var MIKE SHE ett bra verktyg för att ge en god överblick över de generella hydrogeologiska flödena. MIKE SHE är ett värdefullt verktyg när det kommer till att hitta intressanta platser för vidare undersökningar. Däremot fanns problem med att finna detaljerade inmatningsdata vilket gör modellen mindre lämplig för att finna exakta grundvattendamsplaceringar inom ett större område.

With increased urbanization and climate change, heavy rainfall events and urban floods are becoming more frequent. To meet the demands for effective climate adaptation strategies and mitigation measures, Nature-Based Solutions (NBS) have received increased attention. The city of Stockholm has a long history of implementing such solutions for local stormwater management, to capture surface runoff by infiltration and retention at its source. Implementing urban trees with skeletal soil is a well-established approach with the potential as an effective mitigation measure. Nevertheless, the literature review found few studies with evidence of their effectiveness in terms of flood risk mitigation. To contribute to this knowledge gap, the aim of this study was to quantitatively assess the effectiveness of urban trees with skeletal soils. By investigating their effectiveness in reducing flood extent, runoff volumes, and peak flows during different rainfall events, the results are thought to provide new insights and support decision-makers. In fulfilling the study objectives, the hydrological functions of plant beds with skeletal soils were investigated, and an urban flood model was developed within the MIKE+ 2D Overland Module. Three scenarios, including a baseline scenario and two full-scale implementations of skeletal soils, were evaluated under different design storms. The results revealed that urban trees with skeletal soils have low effectiveness in flood risk reduction under heavy rainfall events, but are an effective measure for rainfalls with low return periods. For flood risk mitigation, this study emphasizes a hybrid approach, combining multiple NBS with traditional grey infrastructure. Uncertainties related to model performance and hydrological parameters raised concerns about the reliability of the results. Therefore, plant beds with skeletal soils should not be disregarded, but require further investigations. This study recommends alternative modelling approaches, such as coupling the 2D overland flow model with a 1D network model, and emphasizes the need for comprehensive analyses, empirical data, and field measurements. Future research should explore the collective impact of various NBS, and incorporate economic valuation through cost-benefit analysis (CBA). / Med en ökad urbanisering och påverkan av klimatförändringar blir intensiva nederbördshändelser och stadsöversvämningar allt vanligare. För att möta kraven på mer effektiva strategier för klimatanpassning och riskbegränsande åtgärder har naturbaserade lösningar fått ökad uppmärksamhet. Stockholms stad har en lång historia av att använda sådana lösningar för lokalt omhändertagande av dagvatten, med fokus på att fånga upp ytavrinning genom infiltration och fördröjning. En väletablerad metod innefattar användandet av stadsträd med skelettjordar, med potential som en effektiv skyfallsåtgärd. Trots detta visade litteraturstudien att det finns begränsat vetenskapligt stöd för deras effekt när det gäller översvämningshantering. För att fylla denna kunskapslucka syftar denna studie till att kvantitativt bedöma effekten hos stadsträd med skelettjordar. Genom att analysera deras effekt när det gäller att minska översvämningsmängder, avrinningsvolymer och toppflöden under varierande nederbördshändelser hoppas studien kunna bidra med nya insikter samt stödja beslutsfattare. För att uppnå dessa mål genomfördes en analys av de hydrologiska funktionerna hos skelettjordar, och en skyfallsmodell togs fram inom ramen för MIKE+ 2D Overland Module. Tre scenarier, inklusive ett nulägesscenario samt två fullskaliga användningar av skelettjordar, utvärderades under varierande typregn. Resultaten visade att skelettjordar har generellt låg effekt vid intensiva regn, men kan betraktas som en effektiv åtgärd för dagvattenhantering vid normala flöden. För att minska risken för översvämningar betonar denna studie vikten av att kombinera flera naturbaserade lösningar med traditionell grå infrastruktur. Osäkerheter relaterade till modellens prestanda och hydrologiska parametrar väckte dock tvivel kring resultatens tillförlitlighet. Således bör stadsträd med skelettjordar ej helt förkastas som skyfallsåtgärd. Studien föreslår alternativa modelleringsmetoder, såsom att koppla 2D-modellen med en nätverksmodell, samt understryker behovet av avancerade analyser och empiriska data för att förbättra modellens precision och tillförlitlighet. Framtida forskning bör inriktas mot att undersöka den samlade effekten av olika naturbaserade lösningar samt inkludera ekonomisk värdering genom kostnadsnyttoanalys.

Alteration of rainfall patterns is one major impact of climate change. Rainfall events with big precipitation volumes under short periods of time are predicted to become even more frequent in higher latitude regions, including Sweden. One characteristic example of such an intense rainfall occurred between the 5th and 6th of September 2015 in Hallsberg, a city in central Sweden, where approximately 105 mm of rain fell under 24 hours, causing severe flooding in the city. In order to be able to predict flood cases like the aforementioned one, hydrodynamic models are employed to simulate floods and investigate rainfall scenarios so that the competent authorities can take precaution measures. However, due to lack of calibration data most of flood models are not validated and are comprised of substantial uncertainty. This report aims to study the Hallsberg flood event in September 2015 by calibrating a hydrodynamic model using aerial photographs for the flood inundation extent. The utilized model is MIKE 21, which is a 2D overland flow model developed by DHI. Contrary to the common practice in flood studies where inclusion of the infiltration capacity is implemented with an arbitrary reduction of the rain volume, the infiltration module of MIKE 21, which is a new development in the model, was utilized. Apart from the inundation extent, the outputs were also evaluated for the water depth in two points based on a photograph captured from the streets of the affected area, the description of the course of events for the timing of flood’s culmination and the water volume on the pixels that were erroneously simulated as flooded. The results presented a high degree of agreement with the observations. The parameter of surface resistance, expressed as Manning’s “M”, was found to be of paramount importance with the suitable values for undeveloped areas being below 5. In addition, the culverts’ limited capacity played an important role in the flooding of the city and hence including them in the simulations is crucial. Finally, utilization of the infiltration module resulted in a higher accuracy of 8.3% although it can be considered more of an arbitrary deduction of water as some of the parameters used in it are not physically well justified. / Ändringar i nederbördsmönster är en tydlig konsekvens av klimatförändringen. Regnhändelser med stora volymer nederbörd under korta tidsperioder förutses bli alltmer frekventa i regioner vid högre breddgrader, däribland Sverige. Ett karaktäristiskt exempel av en sådan händelse skedde mellan den femte och sjätte september 2015 i Hallsberg. Ca 105 mm regn föll inom loppet av 24 timmar vilket orsakade stora översvämningar i staden. För att kunna förutse översvämningar så som den tidigare nämnd och möjliggöra vidtagning av förebyggande åtgärder används hydrodynamiska modeller för att simulera vattenflöden och undersöka möjliga scenarion av nederbörd. Emellertid, på grund av avsaknaden av data för kalibrering av modellerna medför användandet av dem en signifikant osäkerhet. Syftet med den här rapporten är att undersöka översvämningen i Hallsberg i september 2015 genom att kalibrera en hydrodynamisk modell med hjälp av flygbilder för översvämningens utbredning. Den använda modellen, MIKE 21, är en 2D modell över ytavrinningen utvecklad av DHI. Praxis vid studiet av översvämningar är att inkludera infiltrationsförmåga med ett godtyckligt avdrag av nederbörden. Här används istället infiltreringsmodulen för MIKE 21, vilket är en ny del som har utvecklats i modellen. Förutom översvämningens utbredning utvärderades även resultaten utifrån vattendjupet vid två punkter baseras på ett fotografi från gatorna i det drabbade området. Utvärdering av resultaten gjordes också mot tid av översvämnings kulm från beskrivning av händelses förlopp samt vattenvolym vid pixlarna som felaktigt simulerades som översvämmade. Resultatet visade på en hög grad av samstämmighet med gjorda observationer. Parametern ytans råhet, uttryckt som Mannings ”M”, visade sig vara av stor betydelse med lämpliga värden för underutvecklade områden under 5. Därtill spelade kulvertarnas begränsade kapacitet en viktig roll vid översvämmandet av staden. Att inkludera dessa i simuleringarna var därför avgörande. Slutligen, användandet av infiltreringsmodulen resulterade i en högre noggrannhet av 8.3 %, även om det kan anses vara ett godtyckligt vattenavdrag då vissa av de använda parametrarna inte är fysiskt välmotiverade.