Negative effects on water quality are created by eutrophication of the world’s water resources. Mitigation measures have been implemented, but poor improvements in water quality have been observed. Two-stage ditches have the possibility to increase nutrient and sediment retention to reduce eutrophication in receiving water bodies. A two-stage ditch has floodplain terraces on each side of the ordinary main channel. The terraces are available for flooding during high water flows and enables decreases in flow velocities. However, more knowledge is needed about the two-stage ditch and its effect in Swedish landscapes. The aim of the project was to study the two-stage ditch design with focus on water retention. Optimization of the two-stage ditch design was made by modeling and simulating design parameters and vegetation in the software Hydrologic Engineering Center’s River Analysis System (HEC-RAS). An existing two-stage ditch in Sweden was used as base and comparison to the theoretical model. In addition, a climate change scenario was studied to evaluate the impact of increased storm events in a two-stage ditch. Results showed that increased retention time of water, nutrients, and sediments theoretically can be given by designing two-stage ditches with maximum terrace width and minimum terrace height, and with terraces angled away from the main channel. Vegetation should also be kept on both terraces and in the main channel of the two-stage ditch to increase retention time. The study also showed that the two-stage ditch design has the possibility to decrease peak water levels during storm events, which can be expected to increase in the future. The impact on transport of nutrients and sediments from more future extreme hydrological events needs further studies. / Negativa effekter i vattenkvalitet skapas av övergödning i världens vattenresurser. Åtgärder för att begränsa övergödningen har genomförts, men svaga förbättringar i vattenkvalitet har noterats. Tvåstegsdiken har möjligheten att öka retentionen av näringsämnen och sediment för att minska övergödning. Ett tvåstegsdike har terrasser på vardera sida om den vanliga mittfåran. Terrasserna är tillgängliga för översvämning vid höga vattenflöden, vilket möjliggör minskning av flödeshastigheter. Dock krävs mer kunskap för tvåstegsdiken och dess effekt i svenska landskap. Syftet med projektet var att studera designen av tvåstegsdiken med fokus på retention av vattenflöde. Optimering av tvåstegsdikens design genomfördes via modellering och simulering av designparametrar och vegetation i programvaran Hydrologic Engineering Center’s River Analysis System (HEC-RAS). Ett befintligt tvåstegsdike i Sverige användes som bas och jämförelse mot den teoretiska modellen. Ett scenario för klimatförändring studerades även för att utvärdera effekten i ett tvåstegsdike då fler stormevent sker. Resultaten visade att ökad retentionstid for vatten, näringsämnen, och sediment teoretiskt kan ges genom att designa tvåstegsdiken med maximal terrassbredd och minimal terrasshöjd, samt med terrasser vinklade bort från mittfåran. Vegetation bör även behållas på terrasser och i mittfåran av tvåstegsdiket för att öka retentionstiden. Studien visade även att tvåstegs- dikets design har möjligheten att minska toppflöden vid stormevent, vilka kan förväntas öka i framtiden. Påverkan på transport av näringsämnen och sediment från fler framtida extrema hydrologiska event kräver ytterligare studier.

Vi lever i ett samhälle med pågående urbanisering. Nyexploateringar och förtätningar istadsmiljöer bidrar till minskad infiltration och evapotranspiration samt ökad ytavrinning avregn- och smältvatten; så kallat dagvatten. Det är viktigt att kvantifiera denna diffusaföroreningskälla i urbana miljöer då bland annat näringsämnen och tungmetaller transporterasmed dagvattnet, vilket bidrar till försämrad status i recipienter. Enföroreningsbelastningsmodell för näringsämnen i dagvatten på nationell nivå används avSvenska miljöemissionsdata (SMED). Beräkningsmetoden använder empiriskt framtagnaavrinningskoefficienter och belastningsschabloner som varierar beroende påmarkanvändningsslag. Flödesproportionell provtagning av totalhalter kväve, fosfor, bly, koppar, zink, kadmium ochsuspenderad substans genomfördes under nio veckor i ett av Uppsalas störstadagvattenavrinningsområden. Syftet var att kvantifiera områdets föroreningsbelastning för attutvärdera och föreslå förbättringar till SMED:s beräkningsmetod som enligt tidigare studierhar stora osäkerheter, men även för att ge underlag till placering av eventuella reningsåtgärderi området. Provtagningen kompletterades med en modellutvärdering där beräkningsmetodenskänslighet med avseende på markanvändning och inkludering av basflöde testades. Även enmer fysikaliskt förankrad modell för näringsämnestransport i naturliga avrinningsområdenanvändes i modellutvärderingen. Resultaten visade att bly, koppar och zink transporteras till Fyrisån i koncentrationer somöverskrider föreslagna regionala riktvärden för dagvatten. För koppar och zink är även dentotala belastningen på recipient högre än tidigare modellerade värden. Då tungmetaller, menäven fosfor, till stor del transporteras i partikulär form bör en eventuell reningsåtgärd iavrinningsområdet fokusera på att avskilja partikulärt material. Åtgärden bör även placerasuppströms industrin GE Healthcare Bio-Sciences AB där föroreningskoncentrationerna spädsut genom att stora volymer kyl- och regenereringsvatten tillförs dagvattennätet. Vidare visade modellutvärderingen att när SMED:s beräkningsmetod applicerades på detstuderade avrinningsområdet överskattades volymavrinningen från dagvattnet jämfört medprovtagningsresultaten medan medelkoncentrationen för kväve underskattades. För fosfor gavprovtagningsresultaten och beräkningsmetoden samstämmiga svar. Sammantagetöverskattade modellen fosforbelastningen något men underskattade kvävebelastningen. Förkväve har basflödet visat sig stå för en betydande del av belastningen och bör därför iframtiden inkluderas i SMED:s beräkningsmetod. Även den markanvändningskarta somanvänds i metoden bör bytas ut på grund av dess inaktualitet samt att modellutvärderingenvisade relativt stora känsligheter i resultaten för ändring i markanvändning. / We live in a society with an ongoing urbanization. New development projects anddensifications in urban areas contribute to reduced infiltration and evapotranspiration and anincreased surface runoff from rain and melt water, i.e. stormwater. It is essential to quantifythis diffuse source of pollution in urban environments since nutrients, heavy metals and otherpollutants, are transported by the stormwater and contribute to recipient degradation. Anutrient pollution load model in stormwater is used by Swedish environmental emission data(SMED) on a national level. The SMED computational method utilizes empirical runoffcoefficients and standard concentrations, which vary depending on the catchment land-use. Flow proportional sampling of total concentrations of nitrogen, phosphorus, lead, copper,zinc, cadmium and suspended solids was conducted during nine weeks in one of the largeststormwater catchments in Uppsala city, Sweden. The study aimed at quantifying the pollutionload of the catchment in order to evaluate and suggest improvements to the SMEDcomputational method, which contains large uncertainties according to previous studies.Furthermore, the study aimed at providing a basis for potential treatment measures in thecatchment. The sampling was complemented with a model evaluation where the sensitivity ofthe computational method was tested with respect to land-use input and the inclusion ofbaseflow. The model evaluation also included a comparison with a more physically basedmodel for nutrient transport in natural catchments. The results revealed that lead, copper and zinc are discharged into the Fyris River inconcentrations exceeding proposed regional guideline values. For copper and zinc the totalpollution loads on the recipient are higher than previously modeled values. As heavy metalsand phosphorus are transported largely in particulate form the potential treatment measureshould have the ability to effectively separate particulate matter from the stormwater matrix.Due to emissions of large volumes of cooling and regeneration water from the industry GEHealthcare Bio-Sciences AB, the stormwater pollutants are diluted. The treatment measureshould therefore be placed upstream from the industry. When applying the SMED computational method on the studied catchment, the modeloverestimated the runoff volume from stormwater compared to the sampling results, while theaverage nitrogen concentration was underestimated. Regarding phosphorus concentrations,the model and the sampling results concurred relatively well. This resulted in a higherphosphorus, but lower nitrogen, pollution load predicted by the model. It can partly beattributed the fact that baseflow transport of nitrogen is a significant part of the total pollutionload, and should thus be included in the SMED computational method in future calculations.Another model improvement would be to replace the outdated land-use map currently beingused in the method as the model evaluation indicated a relatively large sensitivity in theresults with regards to alterations in the land-use type input.