The chemistry of a stream is the result of different transport routes of the precipitation and the processes it undergoes in the catchment area to the stream. The transport route can involve natural processes in the ground, called diffuse sources, or some more anthropogenic sources titled point sources. In the stream, this chemistry is affected by dilution and different sources and sinks of substances. From Hovgårdens waste facility, a point source situated in Tomtaåns water catchment (20 km NE of Uppsala), waste water is released in the nearby Hovgårdsbäcken stream, bringing various metals, salts and nutrient salts. This is then transported to Lissån stream and further on to Tomtaån stream. Before connecting to Lissån, Tomtaån flows through a rural landscape without known larger point sources. This project has two purposes, one is to investigate if substance concentrations in the water changes on its transport along Hovgårdsbäcken, Lissån and Tomtaån streams and why. The other is to determine whether the mass transport from Tomtaån stream is significant for the water chemistry compared to Lissån stream. This project is based on substance concentrations measured by Uppsala Vatten AB from 2009-2014 and the writers’ own measurements from spring of 2016. The substances concerned in this project are N-tot, P-tot, NH4+, PO43-, Fe, SO42-, NO3-. The samplings made by Uppsala Vatten AB does not include Tomtaån upstream the inflow from Lissån. To obtain the size of the mass transport of Tomtaån, modelled substance concentrations along with surface types from GIS have been used. A mass balance was then calculated. The reliability of these values are then discussed. The own measurements included discharge measurements and water sampling to carry out analysis of pH, alkalinity as well as anions Cl-, SO42- and NO3-. The results showed that for Fe, P-tot and PO43-, the values were peaking after the inflow of Lissån to Tomtaån, meaning that these ones come in higher values from Tomtaån than Hovgården. N-tot, NH4+ and SO42- decrease in concentration along the transport which indicates the opposite for Fe, P-tot and PO43-. The mass transport calculated with the modelled values indicates an absurd deficit, which brings the conclusion that these are not reliable. / Ett vattendrags kemi är ett resultat av nederbördens olika transportvägar och dess processer i avrinningsområdet. Transportvägen kan innefatta naturliga processer i mark, så kallade diffusa utsläpp, och mer antropogena källor som har en bestämd utsläppspunkt, vilka benämns som punktkällor. Väl i vattendraget påverkar utspädning, källor och sänkor ämnenas halter. Från Hovgårdens avfallsanläggning, en punktkälla som ligger i Tomtaåns avrinningsområde (2 mil nordost om Uppsala), rinner avfallsvatten ut i den närliggande Hovgårdsbäcken med en rad olika typer av metaller, salter och närsalter. Detta transporteras vidare till Lissån vars flöde går ihop med Tomtaån. Tomtaån rinner innan sammanflöde med Lissån genom ett jordbrukslandskap utan större kända punktkällor men där diffusa utsläppskällor kommer till uttryck. Projektet har två syften, det ena är att undersöka om ämneshalterna i vattnet på sin transport längsmed Hovgårdsbäcken, Lissån och Tomtaån förändras och varför. Det andra är att slå fast om masstransporten från Tomtaån är betydande för vattenkemin jämfört med Lissån. Till grund för projektet ligger ämneshalter tagna vid olika punkter av Uppsala Vatten AB år 2009-2014 respektive prover tagna av författarna våren 2016. Ämnen som ligger i fokus är; N-tot, P-tot, NH4+, PO43-, Fe, SO42-, NO3-. Uppsala Vattens provtagningar innefattar inte Tomtaån uppströms. För att få fram storleken på Tomtaåns masstransport, har istället schablonvärden och markanvändningsareor tagna ur GIS använts. Med dessa schablonvärden och de empiriskt uppmätta halterna från Uppsala Vatten har massbalansberäkningen sedan gjorts. Vi kommer föra en diskussion om denna metod var tillförlitlig eller ej. Av författarna mättes vattenföring och vattenprover togs, vilka analyserades för pH och alkalinitet såväl som anjonerna: Cl-, SO42- and NO3-. Resultatet visade att ämneshalterna för Fe, P-tot and PO43- var högst efter Lissåns inflöde med Tomtaån. Vilken betyder att vattenkemin påverkas mer av Tomtaån än Hovgården. Resterande ämnen minskar i halt längsmed transporten, Hovgården bidrar med högst ämneshalt och Tomtaån påverkar vattenkemin genom utspädning. Masstransporten beräknad med schablonvärden indikerar ett massivt orimligt underskott, bedömningen är att schablonhalter ej är tillförlitliga.

This thesis describes the conception and implementation of the hydrological model ArcEGMO-URBAN and its application to the basin of the Havel river in north-eastern Germany. The model has been developed in order to make up the balance of nitrogen and phosphorus inputs from point sources in urban areas on the scale of river basins. The nutrient input can be calculated with a high spatial resolution and according to its seasonal variation. At the same time, the impact of the rainfall on the nutrient input is being focused on in this project. ArcEGMO-URBAN models rainfall-runoff processes and pollution-transport processes in urban areas taking natural, technological and social parameters into consideration. Input data are meteorological and terrestrial data with a high spatiotemporal resolution as well as statistic data on the scale of municipalities. The digitally available spatial data are being analysed with GIS functions before the actual modelling and later merged to areas with similar attributes. Technological and social parameters are assigned to these areas which were derived from statistic data. The diversity of the input data and their high spatial resolution allow for the description of relevant processes differentiated on the scale of urban patches. The model considers different urban water technologies and their determined matter fluxes as well as different sewer systems. With regard to rainfall-runoff processes the following sub-processes are considered for this model: the runoff-generation and runoff-concentration on sealed surfaces, the runoff-transformation and combination with the dry weather flow in the sewer system, and the split-up of the runoff in retention tanks and waste water treatment plants. Referring to pollution-transport processes the following sub-processes are taken into account: the atmospheric pollution and surface pollution dependent on the type of land use, and the matter transport in the sewer system. The sub-processes of matter accumulation and matter erosion on the land surface can be calculated by using mean values of pollution or, more detailed, by using special functions for processes of accumulation as well as erosion. In order to guarantee an easy application, the model's conception allows the use of input data and parameters of varying accuracy. Both, either measurements or statistical data can be used for the calculation dependent on the available data. The model is programmed in "C" and, therefore, usable on every established computer system. The model's validation succeeds for several sub-processes as well as sub catchments. Results of the model's application in the basin of the Havel river illustrate that the model calculates similar annual matter loads when compared to established other models. Furthermore, the results show the potential of the model to calculate the seasonal variation of matter loads and to calculate scenarios by using GIS based parameters. ArcEGMO-URBAN therefore is a capable tool for the identification of nutrient input from point sources on the scale of river catchments. / Diese Arbeit beschreibt die Konzeption und Realisierung des Modells ArcEGMO-URBAN sowie die Modellanwendung im Flussgebiet der Havel. ArcEGMO-URBAN wurde entwickelt um die punktuell in Gewässer eingetragenen Frachten von Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor aus urbanen Räumen auf der Ebene von Flussgebieten zu bilanzieren. Die Nährstoffeinträge werden mit einer hohen räumlichen Auflösung und in ihrer innerjährlichen Dynamik berechnet, wobei der Einfluss des Niederschlagsgeschehens auf die Stoffeinträge besonders thematisiert wird. ArcEGMO-URBAN modelliert die Niederschlags-Abfluss- und die Schmutz-Transport-Prozesse in urbanen Räumen unter Berücksichtigung von naturräumlichen, technologischen und sozialen Parametern. Eingangsgrößen sind meteorologische und terrestrische Daten mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung sowie statistische Angaben auf Gemeindeebene. Die digital vorliegenden Flächendaten werden vor der Modellierung mittels GIS-Funktionen ausgewertet und zu Flächen mit gleichen Eigenschaften zusammengefasst. Diesen Flächen werden technologische und soziale Parameter zugeordnet, welche aus den statistischen Angaben abgeleitet wurden. Durch die hohe inhaltliche und räumliche Auflösung der Eingangsdaten können relevante Prozesse teilflächendifferenziert beschrieben werden. Es können sowohl unterschiedliche Wasserver- und -entsorgungstechnologien und die durch sie induzierten Stoffströme als auch unterschiedliche Kanalisationsverfahren berücksichtigt werden. Bezogen auf den Niederschlags-Abfluss-Prozess werden die Abflussbildung und Abflusskonzentration auf befestigten Flächen, die Abflusstransformation und Überlagerung mit dem Trockenwetterabfluss im Kanalnetz und die Abflussaufteilung an Sonderbauwerken bzw. Kläranlagen berechnet. Für die Berücksichtigung der Stoff-Transport-Prozesse werden die durch die Atmosphäre und spezifische Nutzungen bedingten Stoffeinträge sowie der durch die Kanalisation bestimmte Stofftransport berechnet. Die auf der Oberfläche stattfindenden Teilprozesse von Stoffakkumulation und -abtrag können über mittlere Verschmutzungswerte oder detailliert über Akkumulations- und Abtragsfunktionen berechnet werden. Um ein weites Anwendungsspektrum zu gewährleisten, ist das Modell so konzipiert, dass eine Parametrisierung mit Eingangsdaten unterschiedlicher Qualität möglich ist. Abhängig von der verfügbaren Datenbasis werden entweder konkrete Messwerte oder statistische Größen verwendet. Das Programm ist in "C" programmiert und damit auf jeder Rechnerarchitektur lauffähig. Die Validierung des Modells gelingt für einzelne Teilprozesse aber auch für Teilgebiete gut. Die Ergebnisse im Flussgebiet der Havel belegen, dass das Modell ähnliche jährliche Nährstofffrachten wie bereits eingeführte Modelle berechnet. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse das Potenzial des Modells, die innerjährliche Dynamik punktueller Stoffeinträge abzubilden und durch die GIS-gestützte Parametrisierung aufwandsarm Szenarien zu berechnen. Damit ist ArcEGMO-URBAN ein geeignetes Modell zur Bestimmung von Nährstoffeinträgen aus punktuellen Quellen auf der Ebene von Flussgebieten.

La thermographie infrarouge est une méthode largement employée pour la caractérisation des propriétés thermophysiques des matériaux. L’avènement des diodes laser pratiques, peu onéreuses et aux multiples caractéristiques, étendent les possibilités métrologiques des caméras infrarouges et mettent à disposition un ensemble de nouveaux outils puissants pour la caractérisation thermique et le contrôle non desturctif. Cependant, un lot de nouvelles difficultés doit être surmonté, comme le traitement d’une grande quantité de données bruitées et la faible sensibilité de ces données aux paramètres recherchés. Cela oblige de revisiter les méthodes de traitement du signal existantes, d’adopter de nouveaux outils mathématiques sophistiqués pour la compression de données et le traitement d’informations pertinentes. Les nouvelles stratégies consistent à utiliser des transformations orthogonales du signal comme outils de compression préalable de données, de réduction et maîtrise du bruit de mesure. L’analyse de sensibilité, basée sur l’étude locale des corrélations entre les dérivées partielles du signal expérimental, complète ces nouvelles approches. L'analogie avec la théorie dans l'espace de Fourier a permis d'apporter de nouveaux éléments de réponse pour mieux cerner la «physique» des approches modales.La réponse au point source impulsionnel a été revisitée de manière numérique et expérimentale. En utilisant la séparabilité des champs de température nous avons proposé une nouvelle méthode d'inversion basée sur une double décomposition en valeurs singulières du signal expérimental. Cette méthode par rapport aux précédentes, permet de tenir compte de la diffusion bi ou tridimensionnelle et offre ainsi une meilleure exploitation du contenu spatial des images infrarouges. Des exemples numériques et expérimentaux nous ont permis de valider dans une première approche cette nouvelle méthode d'estimation pour la caractérisation de diffusivités thermiques longitudinales. Des applications dans le domaine du contrôle non destructif des matériaux sont également proposées. Une ancienne problématique qui consiste à retrouver les champs de température initiaux à partir de données bruitées a été abordée sous un nouveau jour. La nécessité de connaitre les diffusivités thermiques du matériau orthotrope et la prise en compte des transferts souvent tridimensionnels sont complexes à gérer. L'application de la double décomposition en valeurs singulières a permis d'obtenir des résultats intéressants compte tenu de la simplicité de la méthode. En effet, les méthodes modales sont basées sur des approches statistiques de traitement d'une grande quantité de données, censément plus robustes quant au bruit de mesure, comme cela a pu être observé. / Infrared thermography is a widely used method for characterization of thermophysical properties of materials. The advent of the laser diodes, which are handy, inexpensive, with a broad spectrum of characteristics, extend metrological possibilities of infrared cameras and provide a combination of new powerful tools for thermal characterization and non destructive evaluation. However, this new dynamic has also brought numerous difficulties that must be overcome, such as high volume noisy data processing and low sensitivity to estimated parameters of such data. This requires revisiting the existing methods of signal processing, adopting new sophisticated mathematical tools for data compression and processing of relevant information.New strategies consist in using orthogonal transforms of the signal as a prior data compression tools, which allow noise reduction and control over it. Correlation analysis, based on the local cerrelation study between partial derivatives of the experimental signal, completes these new strategies. A theoretical analogy in Fourier space has been performed in order to better understand the «physical» meaning of modal approaches.The response to the instantaneous point source of heat, has been revisited both numerically and experimentally. By using separable temperature fields, a new inversion technique based on a double singular value decomposition of experimental signal has been introduced. In comparison with previous methods, it takes into account two or three-dimensional heat diffusion and therefore offers a better exploitation of the spatial content of infrared images. Numerical and experimental examples have allowed us to validate in the first approach our new estimation method of longitudinal thermal diffusivities. Non destructive testing applications based on the new technique have also been introduced.An old issue, which consists in determining the initial temperature field from noisy data, has been approached in a new light. The necessity to know the thermal diffusivities of an orthotropic medium and the need to take into account often three-dimensional heat transfer, are complicated issues. The implementation of the double singular value decomposition allowed us to achieve interesting results according to its ease of use. Indeed, modal approaches are statistical methods based on high volume data processing, supposedly robust as to the measurement noise.