The growing pressure on the world‘s fresh water resources is enforced by population growth that leads to conflicts between demands for different purposes. A main concern on water use is the conflict between the environment and other purposes like hydropower, irrigation for agriculture and domestic and industry water supply, where total flows are diverted without releasing water for ecological conservation. As a consequence, some of the common problems related to water faced by many countries are shortage, quality deterioration and flood impacts. Hence, utilization of integrated water resources management in a single system, which is built up by river basin, is an optimum way to handle the question of water. However, in many areas, when planning for balancing water demands major gaps exist on baseline knowledge of water resources. In order to bridge these gaps, hydro-logical models are among the available tools used to acquire adequate understanding of the characteristics of the river basin. Apart from forecasting and predicting the quantity and quality of water for decision makers, some models could also help in predicting the impacts of natural and anthropogenic changes on water resources and also in quantifying the spatial and temporal availability of the resources. However, main challenges lie in choosing and utilizing these models for a specific basin and managerial plan. In this study, an analysis of the different types of models and application of a selected model to characterize the Awash River basin, located in Ethiopia, is presented. The results from the modeling procedure and the performance of the model are discussed. The different possible sources of uncertainties in the modeling process are also discussed. The results indicate dissimilar predictions in using different methods; hence proper care must be taken in selecting and employing available methods for a specific watershed prior to presenting the results to decision makers. / QC 20110516

Ethiopia has long since been an area strongly affected by drought. Although there is a relativelylarge amount of fresh water present in the country, variability in rainfall and lack ofinfrastructure lead to the result that most of the population is undersupplied with water. In thisregion where water is such a valuable commodity, the Abay River is a large, mainly untappedresource. Agriculture is the largest economic activity in Ethiopia but the productivity ofagriculture here is one of the lowest in the world, making food security a serious problem for acountry with a fast growing population. The development of irrigation projects is hoped toensure food security at the household level. The Koga Dam is a key project for the Ethiopiangovernment, as a step towards achieving food self-sufficiency at both national and regionallevels for a country that has a history of draughts and famine. If this project succeeds, it will be amodel for projects to come and proof that dams and water management can bring change to theregion, particularly concerning food security. Sedimentation is a problem for many dams aroundthe world, and especially in this region. It is likely that the volume of the Koga reservoir willdecrease over time due to reservoir siltation. Variability in climate is also predicted for the regionwhich could mean years with below average rain. These two factors combined could mean adecrease in water supply for the irrigation project in the future. This study applies existingknowledge of sedimentation and annual climate variability relative to the Koga reservoir to asimple reservoir model in order to investigate current and future annual changes in thereservoir’s volume. Climate and volume change were incorporated into the water balance model.Results showed that the dam should be capable of providing enough irrigation water to farm yearround assuming average climate and climate variability and no sedimentation. However, as lowas an 11% decrease in storage could result in the reservoir drying out for at least one month ayear. / Etiopien har sedan länge varit utsatt för vattenbrist. Trots att det finns ganska mycket sötvatten ilandet leder variation i nederbörd och brist på infrastruktur till att en stor del av befolkningensaknar vatten i tillräcklig utsträckning. När vatten är en sådan värdefull råvara är Blå Nilen(Abay floden är den inhemska beteckningen) en stor och outnyttjad resurs för regionen.Jordbruk är den största näringen i Etiopien men jordbrukets produktivitet är en av de lägsta ivärlden. Med tanke på landets snabbt växande befolkning är livsmedelsförsörjningen därför enallvarligutmaning. Utvecklingen av bevattningsprojekt förväntas trygga livsmedelsförsörjningenpå familjenivå. Kogadammen är ett centralt projekt både på nationell och på regional nivå. Denetiopiska regeringen som ser den som ett steg mot livsmedelssäkerhet mot bakgrund av landetshistoria av regnbrist och svält. Om projektet lyckas, kommer det att bli en modell för framtidaprojekt och ett bevis på att dammar och vattenförvaltning kan ge förändra situationen, särskiltmed avseende på livsmedelssäkerhet. Sedimentering är ett problem för många dammar runt om ivärlden, särskilt i denna region. Risken är stor att Kogadammens vattenvolym kommer attminska på grund av igenslamning. Klimatets variabilitet förutspås dessutom öka i regionen ochkan innebära år med såväl mindre som mer regn än idag. Sedimenteringen och den ökadenederbördsvariabiliteten kan möjligtvis innebära en minskad tillgång på bevattningsvatten iframtiden. Denna studie använde sig av befintlig kunskap om sedimentering och årligaklimatvariationer för att studera tänkbara förändringar i Kogadammens vattenvolym.Existerande data användes i en enkel reservoarmodell för att undersöka årliga volymförändringari reservoaren idag och i framtiden. Dammens månatliga vattenbalans beräknades årsvis underolika antaganden om klimat och volymförändringar. Beräkningarna visar att dammen bör kunnaleverera tillräckligt med vatten för att bevattna hela projektområdet om ingen klimatförändringeller volymminskning sker. Men om en volymminskning skulle inträffa, skulle dammensannolikt inte kunna leverera tillräckligt med vatten för bevattning under torrsäsongenmednuvarande odlingsmönster.

The increasing interest in converting energy from renewable resources into electricity has led to an increase in research covering the field of marine current energy, mainly concerning tidal currents and in-stream tidal turbines. Tides have the advantage of being predictable decades ahead. However, the tidal resource is intermittent and experiences local variations that affect the power output from a conversion system. The variability is mainly due to four aspects: the tidal regime, the tidal cycle, bathymetry at the site and weather effects. Each potential site is unique, the velocity flow field at tidal sites is highly influenced by local bathymetry and turbulence. Hence, characterizing the resource requires careful investigations and providing high quality velocity data from measurement surveys is of great importance. In this thesis, measurements of flow velocities have been performed at three kinds of sites. A tidal site has been investigated for its resource potential in one of all of the numerous fjords in Norway. Measurements have been performed to map the spatial and temporal variability of the resource. Results show that currents in the order of 2 m/s are present in the center of the channel. Furthermore, the flow is highly bi-directional between ebb and flood flows. The site thus have potential for in-stream energy conversion. A model is proposed that predicts peak current speed from information on tidal range at the site. A corresponding model can be set up and implemented at other similar sites affected by tides, i.e. fjord inlets connecting the ocean to a fjord or a basin. A river site serves as an experimental site for a marine current energy converter that has been designed at Uppsala University and deployed in Dalälven, Söderfors. The flow rate at the site is regulated by an upstream hydrokinetic power plant nearby, making the site suitable for experiments on the performance of the vertical axis turbine in its natural environment. The turbine has been run in uniform flow and measurements have been performed to characterize the extent of the wake. An ocean current site was a target of investigation for its potential for providing utilizable renewable energy. A measurement campaign was conducted, mapping the flow both spatially and temporally. However, the site was shown to not be suitable for energy conversion using present technique. / Det ökande intresset för att producera elektricitet från förnybara energikällor har lett till en satsning på forskning inom området marin strömkraft, främst när det gäller tidvattenströmmar och tidvattenturbiner för fritt strömmande vatten. Tidvatten har fördelen att vara förutsägbar årtionden i förväg. Dock så är tidvattenresursen periodisk och varierar lokalt vilket påverkar effektuttaget från ett kraftverk. Variationerna beror till största delen på fyra aspekter: antal hög- och lågvatten per dag, tidvattencykeln, djupförhållanden på platsen (batymetri) och vädereffekter. Varje potentiell plats är unik, vattnets hastighetsfält påverkas i hög grad av lokal batymetri och turbulens. Därför krävs noggranna undersökningar för att karakterisera resursen. Att tillhandahålla hastighetsdata av hög kvalitet från mätningar är därför av stor betydelse. I denna avhandling har mätningar av flödeshastigheter utförts på tre typer av platser. En plats med tidvattenströmmar, belägen i en av alla fjordar längs Norges kust, har undersökts för sin resurspotential. Mätningar har utförts för att kartlägga resursens variation i både tid och rum. Resultaten visar att strömmar i storleksordningen 2 m/s återfinns i mitten av kanalen. Dessutom uppvisar flödet liten variation från huvudriktningen för både inkommande (flod) och utgående (ebb) flöden. Platsen har således potential för energiomvandling av fritt strömmande vatten. En modell föreslås som förutsäger strömmarnas maxhastighet från information om höjdskillnaden mellan ebb och flod och vice versa. En motsvarande modell kan ställas upp och användas på andra platser med liknande förhållanden som berörs av tidvatten, dvs. fjordinlopp som förbinder havet med en fjord eller en bassäng. En älv fungerar som en plats för experiment för ett marint strömkraftverk som har utvecklats vid Uppsala universitet och sjösatts i Dalälven, Söderfors. Flödeshastigheten på platsen regleras uppströms av ett närliggande vattenkraftverk, vilket gör platsen bra för att utföra experiment på prestandan av den vertikalaxlade turbinen i dess naturliga miljö. Turbinen har körts i jämnt flöde och mätningar har utförts för att karaktärisera vakens utbredning. En plats med havsströmmar var mål för en utredning av dess potential för att ge användbar förnybar energi. En mätningskampanj genomfördes för att kartlägga flödets variation både rumsligt och tidsmässigt. Emellertid visade sig platsen inte vara lämplig för energiomvandling utifrån användning av nuvarande teknik.

Arkelstorpsviken är en sjö i Kristianstads kommun med övergödningsproblematik känd sedan 1970- talet. Flera projekt har drivits under årens lopp i syfte att identifiera och komma till rätta med påverkanskällor. I detta examensarbete har nya provtagningslokaler valts ut för att kunna identifiera ytterligare påverkanskällor. Analys av fosfor och kväve har utförts för att få en uppskattning på vattenstatusen i respektive vattendrag. Syftet har varit att undersöka om det finns specifika skillnader i kväve- och fosforhalterna vid provtagningslokalerna, identifiera punktkällor med negativ påverkan på vattenkvaliteten samt undersöka samhällets påverkan på näringsbelastningen genom att förlägga provtagningspunkter uppströms och nedströms samhällena Lerjevallen och Oppmanna. Två påverkanskällor har identiferats med höga halter av fosfor som kommer från Immelns och Arkelstorps avloppsreningsverk. De båda avloppsreningsverken uppnår dock de krav och begränsningsvärden som ställs enligt avloppsdirektivet. Undersökningar gällande enskilda avlopp och jordbrukets påverkan har inte gett några säkra resultat. För att kunna dra säkra slutsatser kring dessa påverkanskällor bör provtagningstillfällen i fortsatta studier förläggas under till exempel lågvattenföring. Förslag till åtgärd för att förbättra utgående vattenkvalitet från Immelns reningsverk är att anlägga en våtmark som ett ytterligare reningssteg. / Arkelstorpsviken is a lake in Kristianstad municipality with eutrophication problems known since the 1970s. Several projects have been run over the years in order to identify and address sources of influence. In this thesis, new sampling locations have been selected to be able to identify additional sources of influence. Analysis of phosphorus and nitrogen has been performed to obtain an estimate of the water status in each watercourse. The purpose has been to investigate whether there are specific differences in the nitrogen and phosphorus levels at the sampling locations, identify point sources with a negative impact on water quality and investigate society's impact on nutrient load by locating sampling locations upstream and downstream of the communities Lerjevallen and Oppmanna. Two sources of impact were identified with high levels of phosphorus coming from the Immeln and Arkelstorp wastewater treatment plants. However, the two wastewater treatment plants meet the set requirements and limit values according to the wastewater directive. Studies concerning private sewers and the impact of agriculture have not yielded any definite results. In order to be able to draw reliable conclusions about these sources of influence, sampling opportunities in further studies should be located during, for example, low water flow. Proposed measures to improve outgoing water quality from Immeln's wastewater treatment plant are to construct a wetland as an additional treatment step.

An accurate fine resolution classification of river systems positively impacts the process of assessment and monitoring of water courses, as stressed by the European Commission’s Water Framework Directive. Being able to attribute classes using remotely obtained data can be advantageous to perform extensive classification of reaches without the use of field work, with some methods also allowing to identify which features best described each of the process domains. In this work, the data from two Swedish sub-catchments above the highest coastline was used to train a Random Forest Classifier, a Machine Learning algorithm. The obtained model provided predictions of classifications and analyses of the most important features. Each study area was studied separately, then combined. In the combined case, the analysis was made with and without lakes in the data, to verify how it would affect the predictions. The results showed that the accuracy of the estimator was reliable, however, due to data complexity and imbalance, rapids were harder to be classify accurately, with an overprediction of the slow-flowing class. Combining the datasets and having the presence of lakes lessened the shortcomings of the data imbalance. Using the feature importance and permutation importance methods, the three most important features identified were the channel slope, the median of the roughness in the 100-m buffer, and the standard deviation of the planform curvature in the 100-m buffer. This finding was supported by previous studies, but other variables expected to have a high participation such as lithology and valley confinement were not relevant, which most likely relates to the coarseness of the available data. The most frequent errors were also placed in maps, showing there was some overlap of error hotspots and areas previously restored in 2010.

This project was conducted in Vientiane, Laos where wetlands, channels and rivers play an important role for the water quality maintenance. Now, large landscape changes like backfilling of wetlands and channelization is affecting the condition of the urban waters which has become extremely polluted. For that reason this survey has focused on the past and present status of Houay Mak Hiao River, who receives basically all drainage water from the city. The purpose of this project is to find out how the condition of Houay Mak Hiao River has changed over time and to describe how historical and current landscape changes have affected the river. Group interviews were conducted in seven villages along the river to find out about the past and present status. The groups consisted of 3-6 respondents in each village. To get as relevant answers as possible, elders, fishermen, farmers and the head of village in each village were participating in the interviews. Water samples were collected at nine sampling sites to determine the water quality of today. The results show that the condition of the river started to significantly decrease about ten years ago and has since then become worse and worse. Today, the water is extremely polluted which has affected the fish population and the vegetation along the river in a very negative way. The deterioration can be connected to channelization and wetland area loss in Vientiane.The level of contamination decreases closer to the outflow into Mekong River which can be due to uptake by floating plants and dilution effects.

Jordens temperaturökning ökar genom utsläpp av växthusgaser. Ökningen smälter inlandsisarna och Antarktis samt expanderar havet vilket höjer havsnivån och påverkar erosion. Denna havsnivåhöjning med tilläggande stormar höjer havsnivån markant och påverkar kustkommuner. Olika RCP scenarion är framtagna för att förutse hur framtiden kommer att se ut år 2100. Vilken av RCP scenarion som kan inträffa beror på hur klimatpolitiken och utsläppen fortskrider. Syftet är att skapa ett kunskapsunderlag för Halmstad kommun med föreslagna naturbaserade klimatanpassningsåtgärder utmed kusten. Arbetet fokuseras på omvärldsanalys, vilket genomförts i form av intervjuer från kustkommuner och litteraturstudie från rapporter. Naturbaserade klimatanpassningsåtgärder har funktionen att skydda mot havshöjning och erosion men ökar även biologisk mångfald samt skapar rekreation. Redovisade åtgärder är sandstaket, ålgräs, vegetation på strandplanet, klitterövergångar och kustnära våtmarker. Genom att introducera dessa åtgärder skyddas kusten genom att de binder sand, skapar dynor, stärker dynor från nedtrampning och minskar vågenergin. Åtgärdernas för- och nackdelar, kostnad, underhåll, effekt och risker sammanfattas i en avslutande tabell. Genom att analysera Halmstads kust i erosion och havshöjning grundas rekommendationer till föreslagna åtgärder. Implementering av ätgärderna efterfrågar noga studier i lokala förutsättningar för att åtgärden ska nå sin fulla funktion. Kommunens arbete med att genomföra klimatanpassningsåtgärder berör flera aktörer vilket gemensamhetsanläggningar rekommenderas som en del i det strategiska arbetet. Gemensamhetsanläggningar skapar finansieringslättnader genom att fler bekostar åtgärden och ökar samverkan i kommunen, vilket gynnar kommunens framtidsvision med att nå 150 000 invånare år 2050.

For centuries, springs have played a significant role in our society as water supplies, reasons for where to settle down, and in folklore. There are different reasons why and where a spring forms, e.g. in what kind of soil it has its outflow. Geographic and geochemical surroundings have an influence on spring-water quality.For this project some of the springs in the Lagga perish, Knivsta municipality, Sweden, were selected for a closer study. Water samples were collected from springs for analysis. A short-term study was performed of temperature and conductivity changes during spring 2014. The investigated springs of this project were divided into four major groups according to their location in the landscape and their chemical properties: 1) springs that have their outflow in clay in valley bottoms, 2) springs that lie in the transition between glacial till soil and clay, 3) springs in till soil, and 4) springs in till soil with large boulders. Analyses show that the ion content in spring-water is higher in the valley than in the surrounding forest tills. Together with previous data it is shown that temperature and conductivity are more stable in the springs in the valley clay than in the uphill springs in till. / Källor har under århundraden spelat en viktig roll i människors liv genom behovet av vattenförsörjning, vid val av plats för att bosätta sig och inom folkloristiken. Källors förekomst styrs av var och hur de uppträder; t ex i vilken sorts jordart utströmningen sker. Den geografiska och geologiska närkemin påverkar källvattenkemin. I detta projekt undersöktes källor i Lagga socken, Knivsta kommun. Källvattenprover samlades in för analys av vattenkemin. En kort tidsserie under våren 2014 för temperatur och konduktivitet upprättades. Källorna delades in i fyra större grupper efter hur de ligger i landskapet och efter deras kemiska egenskaper: 1) Källor som kommer upp genom leran i dalgången, 2) källor som ligger i kanten av lerslätten, 3) källor som ligger i morän och 4) i storblockig morän. Efter analys visas att källor nära och i dalgången har högre jonhalt än de källor som ligger i moränen, uppe i skogarna. Vid en jämförelse med tidigare mätdata ser man att temperatur och konduktivitet är stabilare i källor som kommer ut i den leriga dalgången än i moränkällorna.

Urbanization is continuously growing all over the world. Both developing and developed countries encourage rapid expansion for increased growth and production. However, urbanization in combination with climate change can lead to higher chances of extreme flood events. Mankind always settled around rivers and floodplains that are naturally more flood prone areas, making stormwater modeling and urban planning indispensable for safety and reduction of flood risk.Until now many important studies have been conducted on the dangers of living in floodplains of urbanized cities, but most of them are about developing countries such as Bangladesh or Vietnam, leaving a noticeable gap in the developed world. However, all these researches share one thing in common as they do not take into account the interactions between water and society by ignoring the constantly changing human factor.Socio-hydrology is a new branch of hydrology closely related to Integrated Water Resource Management (IWRM) that tries to explore this dynamic relationship. This study explores the historical evolution of a highly urbanized industrial city in Finland and attempts to understand both the human and engineering effects of urbanization. The city of Pori is the most flood prone area in Finland, which makes for an important study that will yield important results and possible recommendations for future research, while for the first time incorporating socio-hydrology, the human factor and flood risk in a major European city.This is an empirical project with data collected from various different sources put all together for the first time that could change the perceptions of both inhabitants and scientists and be the basis for a more thorough, modeling based research in the future. The research question of this dissertation is how socio-hydrological dynamics have affected flood risk changes over the past decades in the city of Pori. / Urbaniseringen växer fortlöpande över hela världen. Både industriländer och utvecklingsländer befrämjar snabb expansion för ökad tillväxt och produktion. Dock leder urbanisering i kombination med klimatförändring till högre risk för extrema översvämningar. Människor har i alla tider bosatt sig runt vattendrag och flodslätter som naturligt är mer benägna att översvämmas, något som gör att dagvattenhantering och stadsplanering är absolut nödvändigt för ökad säkerhet och reducerad översvämningsrisk.Fram tills nu har många viktiga studier genomförts som behandlar farorna för människor bosatta i urbaniserade städer intill flodslätter, men de flesta av dem har utgått från utvecklingsländer som Bangladesh eller Vietnam, något som lett till en märkbar avsaknad av information gällande industri-länder. Gemensamt för dessa studier är dock att de ignorerar den ständigt föränderliga mänskliga faktorn och på så sätt inte tar i beaktning interaktioner mellan vatten och samhälle.Socio-hydrologi är en ny gren inom hydrologi som är nära besläktad med Integrerad Vattenresurs-förvaltning och som försöker utforska detta dynamiska samspel. Denna studie undersöker den historiska utvecklingen av en starkt urbaniserad industristad i Finland och försöker tolka de mänskliga och tekniska effekterna av urbanisering. Staden Pori (Björneborg på svenska) är den mest översvämningsbenägna platsen i Finland, vilket gör denna studie till ett viktigt arbete för att ta fram betydelsefulla resultat och eventuella rekommendationer för framtida forskning. Dessutom inkorporeras socio-hydrologi, den mänskliga faktorn och översvämningsrisk för första gången i forskning gällande en större europeisk stad.Detta är ett empiriskt projekt med data insamlat från olika källor som sammanställts för första gången och som kan förändra både invånares och forskares synsätt, samt vara en grund för mer utförlig och modellbaserad forskning i framtiden. Frågan som denna avhandling försöker besvara är hur socio-hydrologisk dynamik har påverkat förändringar av översvämningsrisker i staden Pori i Finland över de senaste årtiondena.

The aim of this thesis was to investigate the processes behind an unexpected runoff behaviour after a clear-cut in a boreal forest in northern Sweden (Balsjö). The risks of increased flooding, erosion, nutrient leakage and changes in the local ecosystems are some reasons why it is important to fully understand the effect of clear-cuts on the water balance. In northern boreal forests the snow is of great importance as it results in the main hydrological event of the year, the spring flood. In general, open areas accumulate more snow, have a lower evapotranspiration and therefore maintain a higher runoff than a forest. In a recent paired catchment study at Balsjö the expected pattern after a clear-cut was only shown in three out of five years (2007-2011). The expected increase in runoff did not occur in 2010 and 2011. Two hypothesized alternatives were year-to-year variation of ET or changes in soil water storage. In order to investigate this further the rainfall-runoff model HBV was used. First, the model was calibrated for the forest catchment (Ref) and the clear-cut catchment (CC), using observed data from Balsjö. To account for parameter uncertainty the calibration was performed using parameter optimization, resulting in 100 different parameter sets. Model results were evaluated using observed snow data from Balsjö and ET from Flakaliden, a nearby forest. Both the simulated snow and ET were quite consistent with the observed values. Finally the annual and the spring water balance were studied, using the simulated data. The simulated results did not detect the unexpected runoff behavior for the two years as clearly as the observations. The reason for this was that the model was calibrated for all five years, which meant that annual variations were not taken into account. The hypothesis, that higher ET could be the reason for the unexpected runoff behavior, could neither be dismissed nor confirmed by this thesis. This was because there were no observed data for the clear-cut area and limitations within the HBV model, which meant that sublimation and interception processes could not be analyzed separately. The model results indicated that the change in soil water storage was a more likely explanation for the unexpected runoff behavior. The simulation result showed that the meltwater was stored in the soil water storage. However, this theory does not seem likely since a clear-cut is normally wetter than a forest. The results of this thesis are consistent with other studies as they indicate that clear-cut effects should be studied seasonally as well as annually. The special feature of this thesis was the opportunity to study observed ET and investigate its influence on the water balance.