Skyfall kan leda till stora konsekvenser för samhället, framförallt i en stad då den urbana miljön är känslig för extrema händelser. Västerås stad har tidigare drabbats av skyfall där följderna har varit kostsamma. Den senaste forskningen pekar på att intensiva regnhändelser kommer bli allt mer vanligt förekommande, därför är det intressant att undersöka vilka konsekvenser dessa regn kan leda till. En analys har gjorts med utgångspunkt från SMHI:s lågpunktskartering över Västerås. Utifrån denna kartering undersöktes vilka förorenade områden, bostadsområden, exploateringsområden, infrastruktur, vårdcentraler, skolor, nätstationer och prioriterade pumpar som ligger i lågpunktsområden. Denna jämförelse har gjorts i ArcGIS. Där konstaterades att många viktiga objekt ligger i låga områden och då riskerar att översvämmas. Det gäller främst sjukhusområdet, mindre bostadsområden, cykel-underfarter och nätstationer. Resultaten från jämförelsen med lågpunktskarteringen låg därefter som grund för val av vidare studie där en fördjupad konsekvensstudie har gjorts över sjukhusområdet då detta är en samhällsviktig funktion som tidigare har översvämmats vid skyfall. En hydraulisk modell har byggts upp i programmet MIKE 21 Flow Model där ett regn med återkomsttiden 100 år har simulerats och dess konsekvenser över sjukhusets avrinningsområde har undersökts. Simuleringen visar att stora ytor vid främst sjukhusområdet och i bostadsområden med tät bebyggelse översvämmas. Stora vattendjup ansamlas bland annat vid sjukhusets akutingång och längs E 18 vid Korsängsmotet och Folkparksmotet. Känslighetsanalyser har även utförts i MIKE 21 Flow Model för att undersöka bland annat hur olika stora regn påverkar resultaten samt hur känslig resultaten är för val av Mannings tal (M). Resultaten visar att intensivare regn medför framförallt en större översvämmad yta och att ett konstant värde på M = 40 hade varit en rimlig förenkling för detta område. En kontroll har utförts där skyfallet som föll över Västerås 8 juli 2012 har simulerats i MIKE 21 Flow Model. Resultaten från de hydrauliska simuleringarna har även jämförts med SMHI:s lågpunktskartering där det konstaterades att många lågpunkter inte översvämmas, men samtidigt att flera områden som inte är lågpunktsområden översvämmas vid simulerade skyfall. / Heavy rainfall can lead to large consequences for society, especially in a city since the urban environment is sensitive to extreme events. Västerås has earlier suffered heavy rains and according to the latest research, more intense future rainfall is to be expected. It’s therefore interesting to examine the possible implications of these rains. SMHI has produced a map of low areas in the city of Västerås. Based on this mapping, this study evaluated the occurrence of contaminated areas, residential areas, development areas, infrastructure, health centers, schools, power stations and prioritized pumps in low areas. This comparison has been made in ArcGIS. It could be established that many important objects are located in low areas and therefore have a risk of being flooded by heavy rain showers. This primarily concerns the hospital, smaller residential areas, underpasses and power stations. The results from the comparison with low areas were used as background information when the hospital was chosen for further studies. The hospital is an important public function that has previously been flooded by heavy rain showers. By using the program MIKE 21 Flow Model, a hydraulic model has been set up where a rain with a return period of 100 years has been simulated and its consequences on the catchment area has been explored. The simulation shows that large flooded areas will occur around the hospital and in residential areas. A large water depth is predicted to occur at the hospital's emergency entrance and along E 18 at Korsängsmotet and Folkparksmotet. Sensitivity analyses were also performed in the MIKE 21 Flow Model to investigate how different kinds of rain affect the results, and how sensitive the results are to the choice of Manning's M values. From the results it can be seen that intense rainfall means primarily a greater flooded surface and that a constant value of M = 40 had been a reasonable simplification for the simulated area. A simulation has been performed in MIKE 21 Flow Model with the heavy rain shower that fell over Västerås July 8, 2012. A comparison has also been made between the results from the hydraulic simulations and the mapping of low areas made by SMHI. It was found that many of the lower areas were not flooded, but also that several areas that were not found as low areas were flooded in simulated rainfalls.

With an expanding urbanization in the world, and thus the expansion of impermeable surfaces, the risk of pluvial floods is an increasing factor that needs to be considered. This, in combination with increasing rain intensities and frequency of rain events indicates a problem both today and for the future. With this in mind, it is an advantage to increase the knowledge of how different variations of extreme rainfall affects the hydraulic response of urban catchments, as well as which areas in urban environments contribute to the flood peak. The aims of this study are, with a particle tracking approach, to investigate how the peak runoff contributing areas differ geographically depending on the duration and time to peak of the rainfall event. This also includes the evaluation of what sizes of urban catchment areas are relevant to include when modelling the hydraulic response of Swedish urban catchment in relation to the characteristics of the hyetograph. The catchment area used in this study is made synthetically to represent a generic Swedish urban catchment with regards to the proportions of hardened surfaces, buildings and low points, as well as the slope of the catchment. Various variants of the Chicago Design Storm were implemented in the model. This included three different durations of 2-, 4- and 6 hours of which each, separately, constituted of three different time to peak that is decided by an r-value when creating the design storms. The r-values used in this study is 0.1, 0.4 and 0.8 where the values correlates to an early-, centred- and late peak of the hyetograph. To be able to investigate the peak contributing area, a particle tracking approach was initially used as an equivalent to tracers where the particles are first evenly distributed over the catchment area to then be concentrated to the locations that shows a variation in in the peak contributing area. This was done by using the modelling program MIKE 21 Flow Model FM powered by DHI, which also was used to run the hydrodynamic simulations of the inundation. The results of the hydrodynamic simulations showed that the rain events generated more runoff as the duration was extended. In addition, the timing of the peak of the rainfall intensity also had an impact on the result as the runoff increased with increasing r-value. Thus, as the peak of the hyetograph is delayed, it imposes an increasing risk of severe flooding. Furthermore, with the use of particle tracking, it could be concluded that the different design storm had an influence on the peak contributing distance where the distance grew larger when the duration of the rainfall event was extended and when the peak of the storm was delayed. / Med en ökande urbanisering i världen, och med det även en ökning av hårdgjorda ytor, är risken för pluviala översvämningar en allt större faktor som måste beaktas. Detta i kombination meden ökande regnintensitet samt nederbördsfrekvens indikerar ett problem både för idag och förframtiden. Med detta i åtanke är det en fördel att öka kunskapen om hur olika variationer avextrem nederbörd påverkar den hydrauliska responsen i urbana avrinningsområden, samt vilka områden i stadsmiljöer som bidrar till den maximala översvämningen. Syftet med denna studie är att, med hjälp av partikelspårning, undersöka hur peak-bidragande områden skiljer sig geografiskt beroende på regnets varaktighet samt tid till regnintensitetsmaximum. I detta ingår även utvärdering av vilka storlekar av urbana avrinningsområden som är relevanta att inkludera vid modellering av den hydrauliska responsen i förhållande till hyetografens egenskaper. Avrinningsområdet som används i denna studie är syntetiskt gjort för att representera ett generiskt svenskt urbant avrinningsområde med avseende på andelen hårdgjorda ytor, byggnader och lågpunkter, samt avrinningsområdets lutning. För att studera nederbördens inverkan på den hydrauliska responsen i avrinningsområdet implementerades olika varianter av en designstorm kallad Chicago Design Storm. Detta inkluderade tre olika varaktigheter på 2-,4- och 6 timmar av vilka var och en, separat, bestod av tre olika tid till regnintensitetsmaximum,vilket bestäms av ett r-värde vid skapandet av designstormarna. De r-värden som används i denna studie är 0.1, 0.4 och 0.8 där det lägre värdet korrelerar med en tidig topp, mittvärdet är lika med en centrerad topp och det högre värdet motsvarar en sen topp på hyetografen. För att kunna undersöka det peak-bidragande området användes initialt en partikelspårningsmetod som en motsvarighet till spårämnen där partiklarna först är jämnt fördelade över avrinningsområdetför att sedan koncentreras till de platser som visar en variation i det peak-bidragande området. Detta gjordes genom att använda modelleringsprogrammet MIKE 21 Flow Model FM som drivs av DHI, vilket också användes för att genomföra de hydrodynamiska simuleringarna av översvämningen. Det upptäcktes relativt tidigt i simuleringsstadiet av arbetet att det skulle vara svårt att identifiera det peak-bidragande området i avrinningsområdet, då majoriteten av de partiklarsom släpptes ut på platser med antingen lågt flöde eller låg vattennivå hade svårt att ta sig tillutloppet av avrinningsområdet. Med anledning av detta vändes fokus i studien mot avrinningsområdets centrala dräneringsväg där partiklarna kunde röra sig mer fritt. Därför togs ett beslut att undersöka det peak-bidragande avståndet längs den centrala dräneringsvägen istället för det peak-bidragande området. Resultaten av de hydrodynamiska simuleringarna visade att regnen genererade mer avrinning när varaktigheten förlängdes. Dessutom hade tidpunkten för toppen av nederbördsintensiteten också en inverkan på resultatet då avrinningen ökade med ökande r-värde. Allteftersom toppen av hyetografen senareläggs, medför den en ökande risk för allvarliga översvämningar. Vidare, med användningen av partikelspårning, gick det att dra slutsatsen att de olika designstormarna hade en effekt på det peak-bidragande avståndet, då avståndet blev större när varaktigheten av regnen förlängdes och när regnets intensitetstopp inträffade senare under regneventet.

With an intensification of heavy rain events in a changing climate and a rapid urbanization the risk for pluvial flooding is increasing in our societies. Pluvial flooding, which is formed when the rainfall rate exceeds the infiltration or drainage rate, can occur rapidly and cause great damages, large economic losses and possibly risk human lives. This kind of flooding is difficult to predict since it is caused by short-term and often local processes, but preventive measures and more robust infrastructure developed over the last decades have decreased the risk of the most severe damages. One way to prevent damage is to map risk areas and take measures by performing a cloudburst modelling, which can be done as a 2D hydraulic modelling. Common practice in cloudburst modelling today is to use a uniform design storm, often the Chicago Design Storm (CDS), with the same hyetograph applied evenly over the whole model area. Even though rain is not spatially uniform this assumption might be valid for more stratiform frontal rain. Intense rain events however have a higher spatial variation in rain intensity, and an assumption like this might significantly affect the results. This study aimed to investigate the effect of the spatial variation in rain intensity on the modelled hydraulic response from an intense rain event. It was performed through a case study of the cloudburst in Gävle, Sweden, in August 2021. A 2D hydraulic model of the city was prepared in the software MIKE 21 Flow Model FM and the cloudburst event was simulated with a spatially varied rainfall input, based on radar data from the event with a 2x2 km resolution, and with spatially uniform rainfall input both with the temporal variation in rain intensity from the event and with a Chicago Design Storm, all with the same total volume. The scenarios were evaluated in terms of proportion of the model area being flooded, the average maximum flooding depth and by mapping the difference in flooding depth over the whole area. The results showed that the spatial variation of rainfall input had a significant effect on the hydraulic response in the city and that assuming a uniform rainfall might lead to an underestimation of the flooding depths in parts of the model area compared to a varied one. The average flooding depth was only a few percent higher for the spatially varied rain compared to the uniform rain with a similar time variation, but in large central areas of the city the model with the uniform rain underestimated the maximum flooding depth by 5-35%. The uniform CDS rain was seen to both over- and underestimate the flooding depth, but in the central and flooded parts of the city underestimation dominated. This points out a risk of using uniform design storms in cloudburst modelling, since a spatially varied rain of the same volume could give more severe effects than the simulated response and that using a uniform design storm potentially introduces an uncertainty in the modelled results that could be important to point out and further quantify. / Med en intensifiering av häftiga regnväder i ett förändrat klimat och en allt snabbare urbanisering ökar risken för pluviala översvämningar i våra samhällen. Pluviala översvämningar, som skapas av att regnintensiteten är högre än infiltrations- eller dräneringshastigheten, kan uppstå plötsligt och orsaka stora skador, ekonomiska förluster och även i värsta fall riskera människoliv. Denna typ av översvämning är svår att förutse eftersom den orsakas av snabba och ofta lokala processer, men förebyggande åtgärder och mer robust infrastruktur som har utvecklats de senaste decennierna har minskat risken för de allvarligaste skadorna. Ett sätt att förebygga skador är att kartera riskområden genom skyfallsmodellering, till exempel med en tvådimensionell hydraulisk modell. Praxis idag är att använda spatialt uniforma typregn vid skyfallsmodellering, där samma hyetograf appliceras jämnt över hela modellområdet. Detta antagande kan ge giltiga resultat för mer stratiforma frontregn, men intensiva regn, skyfall, har generellt sett en hög spatial variation i intensiteten vilket gör att antagandet skulle kunna påverka resultatet signifikant. Denna studie syftade till att undersöka effekten av den spatiala variationen i regnintensitet på den simulerade hydrauliska responsen från ett intensivt regn och den utfördes som en fallstudie av skyfallet i Gävle 17-18 augusti 2021. En 2D hydraulisk modell av Gävle förbereddes i programmet MIKE 21 Flow Model FM och simuleringar utfördes med en spatialt varierad regnindata, baserad på radardata från tillfället med en 2x2 km upplösning, och med spatialt uniforma regnindata både med den verkliga tidsvariationen och med en Chicago Design Storm (CDS), alla med samma totala volym. Skillnaden mellan scenarierna utvärderades genom att jämföra andel översvämmat modellområde, medel av maximala översvämningsdjupet och en kartering av skillnaden i översvämningsdjup över hela modellområdet. Resultaten visade att den spatiala variationen i regnindatan hade en signifikant effekt på den simulerade hydrauliska responsen i staden och att antagande om uniform regnintensitet kan leda till en underskattning av översvämningsdjupen i modellområdet jämfört med ett varierat regn. Medelvärdet av översvämningsdjupet var endast några procent högre  för det spatialt varierade regnet, men i stora centrala områden underskattade modellen med det uniforma regnet det maximala översvämningsdjupet med 5-35 %. Det uniforma CDS-regnet både under- och överskattade översvämningsdjupet, men i centrala och översvämmade områden var det större delar som underskattades. Detta visar på en risk med att använda uniforma typregn i skyfallsmodellering, då ett spatialt varierat regn med samma volym skulle kunna ge betydligt allvarligare effekter än de som modellen har visat och att användandet av uniforma testregn potentiellt inför en osäkerhet i resultaten som är viktig att poängtera och även att vidare undersöka och kvantifiera.

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.