This study examined the current state of storm- and rainwater recycling for non-potable purposes in Scandinavia as well as the local conditions and challenges that influence the sustainability of storm- and rainwater recycling. Particularly, this study aimed to show how well existing storm- and rainwater recycling systems have performed, relative to the level of ambition held by the project owner and try to gauge their sustainability relative to traditional drinking water production systems. To achieve this, a literature study, a series of interviews with project owners and a multi-criteria analysis were conducted.  The evaluated storm- and rainwater recycling systems performed well at both larger and smaller scales, although this was not uniform. Generally, more simple systems with minimal treatment performed better. The relative lack of experience with the systems, regulatory uncertainties as well as the cold climate were all challenges that the storm- and rainwater recycling systems faced.  Broadly, the owners of the systems reported high levels of contentment with the systems and the quality of the water, but motivations for installing the systems varied between regions. Difficulties encountered generally pertained to issues that arose from the design, such as the storage being underdimensioned, or the turbidity of the water in open storage being too high, complicating treatment.  There appears to be potential for applying storm- and rainwater recycling at scale in Scandinavia. In theory, such technologies deployed at scale could help ease the demand for drinking water in all Scandinavian nations. Overall, storm- and rainwater recycling may not be a panacea for the water-related challenges brought on by climate change and industrial activity, but they can be part of a solution and alleviate some issues like water shortages. / Detta examensarbete undersökte det aktuella tillståndet av dag- och regnvattenåtervinning för användningsområden där drickbart vatten inte behövs i Skandinavien, samt de lokala förhållanden och utmaningar som påverkar hållbarheten av dag- och regnvattenåtervinning. Studien hade särskilt fokus på hur existerande dag- och regnvattensystem har presterat, relativt till den ambitionsnivå som fanns hos systemägarna, samt att försöka att utvärdera hållbarheten av dessa relativt den traditionella skandinaviska dricksvattenproduktionen. För att åstadkomma detta så genomfördes en litteraturstudie, flertalet intervjuer samt en multikriterieanalys.  De utvärderade dag- och regnvattenåtervinningssystemen presterade väl på både stor och liten skala, men samtliga gjorde inte det. Generellt så var det de enklare systemen med minimal behandling som presterade bättre. Den relativa bristen på erfarenhet med dessa system, osäkerheter angående lagar och förordningar, samt det kalla klimatet var utmaningar som mötte dag- och regnvattenåtervinningssystemen.  Generellt så rapporterade ägarna av systemen en hög nivå av tillfredsställelse med hur dessa har fungerat i praktiken samt kvaliteten på vattnet, dock så varierade motiveringarna bakom installationerna mellan olika regioner. Svårigheter som uppstod berodde ofta på problem som uppkom från designen av systemet, exempelvis underdimensionering av lagringskapacitet eller för hög grumlighet i vattnet som försvårade behandling.  Det verkar finnas potential för att använda dag- och regnvattenåtervinning på stor skala i Skandinavien, och storskalig applikation av dag- och regnvattenåtervinning skulle kunna bidra till att minska dricksvattenanvändningen i samtliga skandinaviska länder. Överlag så är kanske inte dag- och regnvattenåtervinnig en mirakellösning till vattenrelaterade utmaningar orsakat av klimatförändringar och industriell aktivitet. Dock så kan dag- och regnvattenåtervinning ändå vara en del av lösningen och lindra problem så som vattenbrist. / Drizzle-projektet

Globally a major health concern according to the World health organization (WHO, 2011) is gastro-intestinal infections caused by fecally contaminated water. The access to drinking water has increased due to international efforts, however the long-term sustainability and safety of the water accessed have gained criticism, and many water sources have proven to be both contaminated (UN, 2016) and badly managed (WHO, 2016a).  This thesis aims to design a monitoring program for small-scale water treatment in order to make the water supply sustainable in terms of providing safe water in a long-term perspective. A case-study was conducted for three treatment systems under constructed in rural Ecuador. The monitoring program design was based on a literature review and conducting a quantitative microbial risk assessment (QMRA). QMRA is a tool for estimating microbial risks, by using quantitative data on microbial contamination and estimating health risks. Data for the QMRA was gathered from literature and in field, and the reference pathogens used in the QMRA were E.coli O157:H7, Rotavirus and Giardia. In order to estimate infection risk from drinking water consumption for the community a QMRA-model called MRA, developed by Abrahamsson et al. (2009) was used.  Observations of the catchment areas and measurement of water quality regarding aspects other than microbial contamination indicated that the main risk was microbial contamination from fecal contaminations in the catchment area. The results from the QMRA indicated that the treatment using chlorination reduces E.coli O157:H7 under the acceptable risk level of 1/1000 infections per person and year, while the systems using biosand filters (BSF) are more effective in reducing rotavirus and Giardia. If the BSF are combined with chlorination the annual probability of infection caused by consumption of the treated water per year and person was 0.42/1000 for E.coli O157:H7, 570/1000 for Rotavirus and 25/1000 for Giardia.  The resulting monitoring program was divided into two parts: one part aimed to prevent contamination and one part designed to measure pH, temperature, conductivity, turbidity on a weekly basis and microbial indicator tests using a presence/absence method monthly. Additional testing is to be done in case of events of such character that the water quality could be effected, for example an extreme weather event.  It was concluded that the designed monitoring program could help improve the water quality in a long-term perspective, but it is dependent on the possibilities to get the necessary support, especially in the implementation phase. Recommended further studies includes collection of more site-specific data to make the QMRA results more representative, and evaluation of the monitoring program design by implementing it and optimizing it in the communities. / Runt om i världen skapar en otillräcklig tillgång på rent vatten och sanitet mycket lidande. Enlig världshälsoorganisationen WHO (2011) är ett av de ledande världshälsoproblem mag- och tarminfektioner som orsakats av vattenburna fekala patogener. Trots att antalet människor med tillgång till en dricksvattenkälla har ökat till följd av internationella ansträngningar, är hållbarheten och säkerheten för vattenkvalitén problematisk. Många dricksvattenkällor har visat sig vara både förorenade (UN, 2016) och undermåligt skötta (WHO, 2016a). Målet med denna studie är att ta fram ett vattenkvalitetsövervakningsprogram för tre småskaliga vattenreningsverk, för att dessa ska producera säkert vatten i ett långsiktigt perspektiv.  En fallstudie utfördes i byar på landsbygden i Ecuador där systemen planerats. Metoden för att ta fram ett kvalitetsövervakningsprogram var litteraturstudie och mikrobiell riskanalys. Den mikrobiella riskanalysen genomfördes med en metod som kallas Kvantitativ Mikrobiell Risk Analys (QMRA). I QMRA kan hälsorisker från mikrobiell kontamination estimeras med kvantitativdata på mikrobiell förorening. Data för att genomföra QMRA samlades från litteraturen och fältbesök. För att estimera hälsorisker i byarna i fallstudien användes en QMRA-modell som heter MRA framtaget av Abrahamsson et.al. (2009).  Observationer i fält och data på ingående vatten tydde på att de största riskerna för vattenkvalitén var fekal kontamination från djur och människor. Resultaten från QMRA:n visade att reningsverket med klorering reducerade E.coli O157:H7 till en nivå under den accepterade risknivå, satt till 1/1000 infekterade per år och person. Reningsverken med biosandfilter (BSF) var mer effektiva i reduktionen av rotavirus och Giardia. Då klor kombinerades med BSF i modellen blev den årliga infektionsnivån per person 570/1000 för Rotavirus och 25/1000 för Giardia.  Vattenkvalitetsövervakningsprogrammet delades in två delar: en kontaminationsförebyggande och en för att mäta pH, temperatur, konduktivitet och turbiditet veckovis, samt mikrobiella indikatortest med en metod som noterar förekomst av bakteriekolonier (presence/absence metod) månadsvis. Extra tester ska även göras vid sådan händelse som kan komma att påverka vattenkvalitén avsevärt, exempelvis en kraftig storm.  Slutsatsen är att det framtagna vattenkvalitetsövervakningsprogrammet kan göra att vatten-källan blir mer säker och hållbar i ett långsiktigt perspektiv, men att framgången är beroende av att rätt hjälp finns tillhanda speciellt i implementeringsfasen. Fortsatta studier behövs för att göra resultaten från QMRA:n mer representativa, exempelvis genom att samla mer områdesspecifikdata. Vidare skulle det vara intressant att implementera kvalitetsövervakningsprogrammet för att utvärdera och optimera det.

Models are important tools for understanding the hydrological processes that govern water transport in the landscape and for prediction at times and places where no observations are available. The degree of trust placed on models, however, should not exceed the quality of the data they are fed with. The overall aim of this thesis was to tune the modeling process to account for the uncertainty in the data, by identifying robust parameter values using methods from computational geometry. The methods were developed and tested on data from the Choluteca River basin in Honduras. Quality control of precipitation and discharge data resulted in a rejection of 22% percent of daily raingage data and the complete removal of one out of the seven discharge stations analyzed. The raingage network was not found sufficient to capture the spatial and temporal variability of precipitation in the Choluteca River basin. The temporal variability of discharge was evaluated through a Monte Carlo assessment of the rating-equation parameter values over a moving time window of stage-discharge measurements. Al hydrometric stations showed considerable temporal variability in the stage-discharge relationship, which was largest for low flows, albeit with no common trend. The problem with limited data quality was addressed by identifying robust model parameter values within the set of well-performing (behavioral) parameter-value vectors with computational-geometry methods. The hypothesis that geometrically deep parameter-value vectors within the behavioral set were hydrologically robust was tested, and verified, using two depth functions. Deep parameter-value vectors tended to perform better than shallow ones, were less sensitive to small changes in their values, and were better suited to temporal transfer. Depth functions rank multidimensional data. Methods to visualize the multivariate distribution of behavioral parameters based on the ranked values were developed. It was shown that, by projecting along a common dimension, the multivariate distribution of behavioral parameters for models of varying complexity could be compared using the proposed visualization tools. This has a potential to aid in the selection of an adequate model structure considering the uncertainty in the data. These methods allowed to quantify observational uncertainties. Geometric methods have only recently begun to be used in hydrology. It was shown that they can be used to identify robust parameter values, and some of their potential uses were highlighted. / Modeller är viktiga verktyg för att förstå de hydrologiska processer som bestämmer vattnets transport i landskapet och för prognoser för tider och platser där det saknas mätdata. Graden av tillit till modeller bör emellertid inte överstiga kvaliteten på de data som de matas med. Det övergripande syftet med denna avhandling var att anpassa modelleringsprocessen så att den tar hänsyn till osäkerheten i data och identifierar robusta parametervärden med hjälp av metoder från beräkningsgeometrin. Metoderna var utvecklade och testades på data från Cholutecaflodens avrinningsområde i Honduras. Kvalitetskontrollen i nederbörds- och vattenföringsdata resulterade i att 22 % av de dagliga nederbördsobservationerna måste kasseras liksom alla data från en av sju analyserade vattenföringsstationer. Observationsnätet för nederbörd befanns otillräckligt för att fånga upp den rumsliga och tidsmässiga variabiliteten i den övre delen av Cholutecaflodens avrinningsområde. Vattenföringens tidsvariation utvärderades med en Monte Carlo-skattning av värdet på parametrarna i avbördningskurvan i ett rörligt tidsfönster av vattenföringsmätningar. Alla vattenföringsstationer uppvisade stor tidsvariation i avbördningskurvan som var störst för låga flöden, dock inte med någon gemensam trend. Problemet med den måttliga datakvaliteten bedömdes med hjälp av robusta modellparametervärden som identifierades med hjälp av beräkningsgeometriska metoder. Hypotesen att djupa parametervärdesuppsättningar var robusta testades och verifierades genom två djupfunktioner. Geometriskt djupa parametervärdesuppsättningar verkade ge bättre hydrologiska resultat än ytliga, var mindre känsliga för små ändringar i parametervärden och var bättre lämpade för förflyttning i tiden. Metoder utvecklades för att visualisera multivariata fördelningar av välpresterande parametrar baserade på de rangordnade värdena. Genom att projicera längs en gemensam dimension, kunde multivariata fördelningar av välpresterande parametrar hos modeller med varierande komplexitet jämföras med hjälp av det föreslagna visualiseringsverktyget. Det har alltså potentialen att bistå vid valet av en adekvat modellstruktur som tar hänsyn till osäkerheten i data. Dessa metoder möjliggjorde kvantifiering av observationsosäkerheter. Geometriska metoder har helt nyligen börjat användas inom hydrologin. I studien demonstrerades att de kan användas för att identifiera robusta parametervärdesuppsättningar och några av metodernas potentiella användningsområden belystes.

The Swedish municipalities of Gävle and Älvkarleby need new sources of drinking water as the population grows. Gästrike vatten AB has employed the consultant firm Midvatten AB to assess the possibility of a new groundwater extraction site on the Uppsala esker between Älvkarleby and Skutskär in northern Uppland county. It has been observed that the natural recharge to the aquifer in the Uppsala esker might be too low to compensate for a future groundwater extraction and that there is a risk of induced infiltration from the river Dalälven if the water table is lowered. River water might bring organic contaminants into the aquifer and negatively affect the groundwater quality.A solution proposed by Midvatten is to infiltrate the esker with river water free from organic contaminants at infiltration sites. This artificial infiltration is estimated to create new groundwater to compensate for the extraction and stop river water from reaching the extraction wells. There is however, a need to estimate the magnitude of infiltrating river water when the infiltration sites are active.The aim of this study was to estimate the flow of water between the river and a section of the Uppsala esker for a test period during 2017, specifically, the infiltration from the river. In addition to this, changes in flow depending on proposed pumping and infiltration scenarios were modelled.A MODFLOW model was developed in the graphical user interface Groundwater Modeling System (GMS) and its performance was validated against observed aquifer head. The model could accurately represent the head close to the river but was less accurate with increasing distance from the river. Average infiltration from the river varied from 3 to 25 l s-1. The calculated infiltration depended on which extraction well or artificial infiltration site was active and the rate of flow.It was concluded that the distribution of hydraulic conductivity in the aquifer was not sufficiently detailed. A solution could have been to use stratigraphic data from borehole logs instead of a general quaternary deposits map as basis for the distribution of hydraulic conductivity. Artificial infiltration close to the river prevented large volumes of induced infiltration. The accuracy of the model could have been improved if the results were compared to other methods such as particle-tracking, tracer tests and with measurements of the streambed such as seepage meters. / Gävle och Älvkarlebys kommuner är i behov av nya grundvattentäkter för att kunna försörja invånarna med dricksvatten i framtiden. Ett område som är av intresse för de två kommunerna är ett grundvattenmagasin i Uppsalaåsen intill Dalälven mellan Älvkarleby och Skutskär. Vid ett dricksvattenuttag kan vattenbalansen i magasinet ändras. I magasinet uppskattas grundvattenbildningen vara för låg för att pumpa upp nog mycket vatten och bibehålla en stabil dricksvattenförsörjning. När uttaget av grundvatten är högre än grundvattenbildningen sänks grundvattenytan och vatten flödar från andra delar av magasinet eller älven för att kompensera. Älvvattnet bedöms ha en stark hydraulisk koppling med grundvattnet, vilket innebär att det finns en risk att älvvattnet infiltrerar i magasinet och sänker kvalitén på framtida dricksvatten.Konsultföretaget Midvatten AB har i uppdrag att bedöma möjligheten till ett framtida dricksvattenuttag. Midvatten har som lösning anlagt stationer med sprinklerinfiltration för att i framtiden kunna infiltrera avhumifierat älvvatten som på sikt omvandlas till grundvatten. Denna konstgjorda infiltration är också tänkt att hindra älvvatten från att ta sig in i magasinet genom att förse magasinet med den mängd vatten som går förlorad av dricksvattenuttag. Hur mycket älvvatten som tar sig in till grundvattenmagasinet och når brunnarna vid ett framtida uttag och konstgjord infiltration, är dock oklart.Syftet med denna studie var att uppskatta flödet mellan åsens grundvattenmagasin och Dalälven och specifikt infiltrationen av älvvatten. Detta gjordes genom att utveckla en digital MODFLOW-flödesmodell i programmet GMS. Modellen kunde, med hjälp av uppmätta vattennivåer i grundvattenmagasinet och älven, räkna ut hur mycket vatten som flödade in från älven (infiltrerade). Den uträknade infiltrationen låg i genomsnitt på 3-25 l s-1. Infiltrationsmängden berodde på vilken brunn som vattnet pumpades ur, hur mycket som pumpades ut och hur mycket artificiell infiltration som tillfördes i de tre infiltrationsområdena under en period av 2017. Modellen användes även till att uppskatta flödet från älven för 28 tilltänkta scenarier under 2017 med konstant pumpning och konstgjord infiltration i de olika brunnarna och infiltrationsstationerna.Resultaten visade att modellen kunde uppskatta grundvattenmagasinets vattennivåer nära älven men inte på längre avstånd ifrån älven. Detta berodde på att magasinets hydrauliska parametrar inte var korrekt fördelade. Fördelningen kunde ha förbättrats om de baserats på jordarter från borrprotokoll istället för en jordartskarta. Modellen visade att mycket lite älvvatten flödar in i akviferen om vatten artificiellt infiltreras nära älven. För att resultaten av den här studien ska bli tillförlitliga krävs det att resultaten jämförs med andra metoder som använder sig av förslagsvis partikelspårningsmodeller, spårämnesstudier eller flödesmätningar av flodbädden.

Weserdomen 2015 resulterade i en strängare tolkning av EU:s ramdirektiv för vatten vilket bland annat innefattade att inga exploateringar får tillåtas om dessa medför att minst en kvalitetsfaktor i vattnet får en sämre statusklass, oavsett hur övriga kvalitetsfaktorer påverkas. Den strängare tolkningen, i kombination med en ökad urbaniseringsgrad, ställer högre krav på samhällets hantering av spill- och dagvatten. Ett vanligt sätt att säkerställa ovanstående krav är att tillämpa olika lösningar för lokalt omhändertagande av dagvatten (LOD). Syftet med dessa lösningar är att hantera dagvattnet så nära uppkomstkällan som möjligt. I vissa fall kan det dock tänkas att det finns mer effektiva åtgärder för att säkerställa god vattenstatus.   En åtgärd som syftar till att kompensera för frånvarandet av en annan åtgärd kallas för kompensationsåtgärd. I det här examensarbetet har fallet med att spåra och åtgärda felkopplingar i ledningsnätet (spillvatten kopplat på dagvattennätet) undersökts som kompensationsåtgärd för LOD. Den specifika LOD-lösning som använts i arbetet har varit dagvattendammar. Examensarbetet har utrett rådande lagstiftning vad gäller kompensationsåtgärder samt gjort en fallstudie för Bällstaån med en kostnads-nyttoanalys där åtgärdandet av felkopplingar jämförts med anläggandet av dagvattendammar.   Resultatet av undersökningarna visade att kompensationsåtgärder idag är ett begrepp som kan tolkas olika, där det även i domstolen genom åren har tolkats olika. Nuvarande praxis är dock att en kompensationsåtgärd inte kan åberopas för att tillåta en exploatering som annars hade funnit avslag. Att kunna nyttja åtgärdandet av felkopplingar som kompensationsåtgärd för LOD är således, med dagens regelverk, väldigt osannolikt.   Fallstudien visade att åtgärdandet av felkopplingar, med avseende på vattenkvalitet är en betydligt mer kostnads-nyttoeffektiv åtgärd i jämförelse med anläggandet av dagvattendammar. Bristen på studier och utredningar på felkopplingar av denna typ är, mot bakgrund av fallstudien, förmodligen en indikator på att mer resurser bör läggas inom detta område. / In 2015 the Weser Case resulted in a more stringent interpretation of the EU Water Framework Directive. For instance, the ruling stated that no projects should be given permission if even as little as one quality factor ends up with a lower status, regardless of how the other quality factors are affected. The stricter interpretation, combined with an increasing grade of urbanization, places higher demands on society’s management of wastewater and stormwater. One common way of ensuring the above requirements is to apply different solutions of best management practices for stormwater (BMP). The purpose of these solutions is to process the water as close to the source of origin as possible. However, in some cases it may be that there are more effective measures to ensure good water quality.   A measure taken with the purpose of compensating for the absence of a different action is called a compensatory measure. In this thesis, the case of fixing incorrect connection of sewage pipes (where wastewater pipes have been incorrectly connected to stormwater pipes) was investigated as a compensatory measure for stormwater ponds (a common BMP). The prevailing legislation regarding compensatory measures was analysed and a case study has been conducted for Bällstaån. The case study included a cost-benefit analysis where the fixing of incorrectly-connected sewage pipes was compared with the implementation of stormwater ponds.   The investigation regarding the legislative aspect showed that compensatory measures are a concept that can be interpreted somewhat differently. This has also been the case in the court over the years. However, current practice shows that a compensatory measure cannot be invoked to allow a project that otherwise would have been refused. Being able to use the fixing of incorrect connections as a compensation for BMP is thus, with today’s regulation, very unlikely.   The case study showed that fixing incorrect connections in sewage pipes is, with regard to water quality, a far more cost-beneficial measure compared to the construction of stormwater ponds. Furthermore, the lack of studies regarding this kind of incorrect connections is, in the light of the results from the case study, probably an indication that this is a problem that fairly few people work with and where more resources could be a good investment for future water quality.

Översvämningar till följd av intensiva nederbördstillfällen har de senaste åren ökat i antal och omfattning. Dessa händelser förväntas bli vanligare i framtiden och skapa fler översvämningar. Med anledning av detta är det intressant att undersöka hur översvämningar i framtiden breder ut sig och vilka vattennivåer som bildas med förväntad nederbörd. Att modellera översvämningar kräver data som i vissa fall kan vara både tidskrävande och omständig att införskaffa. Möjliga avgräsningar och antaganden i modellparametrar kan då vara intressanta att göra som fortfarande ger användbara resultat. En skyfallskartering har genomförts med 2D-hydraulisk modellering i Kumla med programvaran MIKE 21 Flow Model FM. De översvämningskartor som skapades användes för att identifiera områden i Kumla som riskerar att drabbas av höga vattennivåer till följd av skyfall motsvarande 100- och 200-årsregn. En stor osäkerhet vid modellering av översvämningar är att validera resultaten som fås fram. Ofta saknas information om tidigare översvämningar. De nederbördstillfällen som används är ofta så stora att det saknas data om liknande händelser tidigare. Vid översvämningsmodellering anväds data som beskriver olika typer av modellparametrar. Dessa kommer med ytterligare osäkerheter som kan göra valideringen problematisk. För att undersöka hur stor effekt olika modellparametrar har på resultatet genomfördes en känslighetsanalys där differenskartor skapades mellan undersökta scenarion och referenskartor. Skyfallskarteringen visade att stora delar i Kumla drabbas av översvämningar för både ett 100- och 200-årsregn. Området Kumlaby identifierades som känsligt och får höga vattennivåer. Detta beror mest troligt på omgivningens topografi och att Kumlaby underlagras av leror med låg infiltrationskapacitet. I känslighetsanalysen identifierades markens råhet och infiltrationskapacitet vara styrande parametrar för översvämningens utbredning och vattennivåer. Dessa påverkar främst hur höga vattenflöden som uppstår och översvämningens utbredningen och vattennivåer. Kunskap om dessa parametrar är viktigt för att undvika över- eller underskattning av en översvämning. Användningen av avrinningskoefficienter istället för markens råhet, infiltrationskapacitet och evaporation undersöktes. Differensen i översvämningens utbredning och vattennivåer blev stor i och utanför Kumla tätort. På mindre områden kan det vara mer lämpligt att använda en avrinningskoefficient när en mer detaljerad klassning kan göras av de markytor som finns. Ett scenario som undersöktes i känslighetsanalysen var installation av gröna tak på alla byggnader i Kumla. Simuleringarna som genomfördes visade att både utbredningen och vattennivåer minskade. Detta till följd av större lagringskapacitet och motstånd mot vattenflöden som kommer med gröna tak. / Urban floods caused by intense rainfall have occurred more frequently the last couple of years. These rainfall events are expected to become more common in the future and create more floods in urban areas. This makes it important to investigate the extent and water levels from urban floods in the future. In order to simulate floods, different types of data is needed. This data can be both time consuming and difficult to obtain. With this in mind, it is interesting to investigate possible simplifications and assumptions of model parameters. A cloud burst mapping was made with 2D hydraulic modelling in Kumla with the software MIKE 21 Flow Model FM. The flood maps created were used to identify areas in Kumla which have a higher risk of being subject to high water levels. One uncertainty while modelling urban floods is the process of validating the results. There is often a lack of data for the used rainfall events or information from previous floods in the area. In flood modelling data is used which describes different model parameters, these comes with additional uncertainties and can make the validation more difficult. A sensitivity analysis was made to be able to examine effects on the results from variations in model parameters. The cloud burst mapping showed that large parts of Kumla will be affected by water levels which goes up to 1 m. The area Kumlaby was identified as being sensitive for high water levels. This is due to placement of Kumlaby below higher ground which causes water to flow toward Kumlaby. The ground below is mostly made up of clay which has low infiltration capacity. In the sensitivity analysis the bed resistance and infiltration capacity were identified as governing parameters regarding the extent and water levels of urban floods. In order to avoid over- or underestimation of floods it is important to have knowledge about these parameters in the model area. The use of a runoff coefficient instead of bed resistance, infiltration and evaporation were examined. The difference of the resulting flood were large in the whole model area. In smaller areas a runoff coefficient could be used with better results when a more detailed description can be made of the surfaces in the area. A scenario where green roofs were assumed to have been installed on all buildings in Kumla were examined. The simulations showed that both the extent and water levels decreased. This due to the fact that green roofs have a capacity to store water and delay flows of water.

The organotin compound tributyltin (TBT) has been used as a biocide on boats for anti-fouling paint and has been banned 1993 on all boats in Sweden. Storage sites for boats are therefore a contamination source, hull scraping and painting contribute to littering and spread to the waterbodies ultimately accumulating in Brunnsviken’s sediments. TBT is toxic in very small amounts for organism’s nerve-, immune- and production system and therefore becomes a threat to the bays ecosystem. The concentration of TBT in Brunnsviken’s sediments exceed acceptable threshold levels of what is considered hazardous to the environment. TBT bind to sediments and particles and are transported by the water currents, it is therefore of great importance to know the flow dynamics in Brunnsivken to get a larger understanding for the spread and accumulation of TBT. The origin and dissemination of TBT have to be evaluated for the right action to be made. According to new directive from EU, all surface waters must reach good chemical status. Whit in the frame of this Bachelor thesis and on behalf of the environmental administration Stockholm City, a field study has been conducted, regarding Brunnsviken’s water dynamics. The aim has been to see if a flow pattern could be found and explain the spread and high levels of the pollution of TBT in the northern parts of Brunnsviken’s sediments. Field investigations have been conducted using sonde and current floater in order to determine the stratification of water bodies and their propensity to behave vertically based on temperature, salinity and turbity. A second parameter was also considered in order to account for flow velocity and flow direction. High-resolution measurements were performed at 11 transects in Brunnsviken to determine if there are any geographical differences that could account for the spread of TBT. Calculations were made regarding volumetric flow, transport time and mass load at each transect, which was subsequently compared to turnover time previously established by the Swedish Metrological and Hydrological Institute (SMHI) and previous studies by Karlsson (2016) with longer time reference were used, in order to corroborate the momentary high-resolution results from this study, by integrating them into a broader perspective. The results elucidate geographical variations in different water bodies in regards to temperature, salinity and turbidity. A pronounced stratification was identified in waterbodies located in the southern- and middle parts of the bay, whereas the northern part was less well defined as stratified, indicative of a more homogenous water body. The direction of flow appeared to move toward Brunnsivken’s central region with a relatively uniform flow velocity throughout the bay. No conclusions regarding a spread of TBT form south to north have been drawn. This is because the narrowest point in Brunnsviken, which separates the north form the south, have the lowest transport time and mass transport values. However, interactions of water bodies with different origins seems play an important role in the central parts of the bay and mixing in the northern regions has been found, which may explain the spread of suspended matter and TBT between the central and northern parts. Proposal of further studies has been made in order to get a better understanding of the high level of TBT in the northern parts of Brunnsivken, providing preliminary evidence where the result of this study can be used as a foundation. / Den organiska tennföreningen tributyltenn (TBT) har används som biocid i båtbottenfärger och är sedan 1993 helt förbjuden i Sverige. Båtuppläggningsplatser ses som en föroreningskälla i och med skrovskarpning och bottenfärgmålning, vars spill sprids vidare till Brunnsvikens vatten och avsätts i dess bottensediment. TBT är ett hormonstörande ämne som är skadlig för organismers nervsystem, immunförsvar och fortplantningssystem vid mycket små koncentrationer och ses därför som ett hot mot vikens ekosystem. Halten TBT i Brunnsvikens sediment överstiger de Svenska riktvärdena för kemisk status. Vattnets strömningsförhållanden är därför viktiga att förstå då de påverkar transporten och avsättningen av sediment och partikelbundet TBT. Dess ursprung och spridning måste därför undersökas för att rätt åtgärder skall kunna framtas för att nå god kemisk status till år 2027, i enlighet med EUs ramdirektivför vatten (2000/60/EC). Inom ramen för detta kandidatarbete och på uppdrag av miljöförvaltningen i Stockholm stad, har en fältstudie utförts gällande Brunnsvikens vattendynamik för att se om det förekommer strömningsmönster som kan förklara spridningen och de svårförklarade höga halterna av TBT i vikens norra delar. Fältundersökningar har utförts där sond- och strömkors har använts för att ta reda på hur skiktningen i vattenmassorna ser ut för att vidare kunna beräkna strömningshastigheter och flödesriktning i de olika vattenmassorna. Högupplösta mätningar utfördes längs 11 transekter i Brunnsviken för att se om det förekommer geografiska skillnader i vattenmassorna som kan förklara spridningen av TBT. Enklare överslagsberäkningar utfördes gällande vattenföring, transporttid och masstransport vid vardera transekt. Beräkningar gällande vattenföring och transporttider har kompletterats med omsättningstider från Sveriges metrologiska och hydrologiska institut (SMHI) och tidigare utredningar av Karlsson (2016) med längre tidupplösning, för att bädda in de egna mätningarna i ett bredare perspektiv och för att se om dessa kan stödja de momentana resultaten från denna studie. Vid mättillfällena observerades variationer i vattenmassorna i de olika delarna i viken gällande temperatur, salinitet och tubiditet, med en tydligare skiktning i vikens södra och mellersta delar jämfört med de norra delarna. Strömningsriktningen ser ut att röra sig mot vikens mellersta delar, vilket möjligen kan förklaras av utpumpning av vatten som sker i dessa områden. Hastigheterna är relativt jämn i hela viken förutom i de norra delarna. Baserat på resultaten i denna studie, har inga slutsatser gällande spridning från söder till norr har kunnat göras då vikens smalaste delar som även separerar delarna åt visar sig ha lägsta transporttiderna och masstransporterna. Det har dock hittats interaktioner mellan ett möjligt möte av vattenmassor i vikens mellersta delar och en effektiv omblandning i vikens norra delar som skulle kunna förklara en spridning av suspenderat material och där med TBT från de mellersta till de norra delarna. Förslag på fortsatta studier har gjorts för att kunna få en större förståelse för de höga halterna av TBT i vikens norra delar, där resultat från denna studie kan användas som underlag.

This study aimed at describing the characteristics of daily precipitation and discharge extremes in the Adige river basin at the city of Trento. Annual maximum series for the period 1975−2014 were analyzed in terms of trends, seasonality indices and L-moments. A Mann-Kendall trend analysis showed a weak but significant signal of decreasing ex-tremes; the percentages of sites with significant negative trends were overall larger than the significance levels. Precipitation extremes were characterized primarily by autumn storms, while floods had a stronger seasonality with peaks occurring predominantly in June and July which indicated that the timing not solely explained by rainfall maxima. The Adige basin was found to be a homogenous region with respect to precipitation, but the results did not support a corresponding assumption for discharge. A regional fre-quency analysis was performed for precipitation data and found both the Pearson type III and generalized normal distributions to be adequate regional frequency distributions. The extreme daily precipitation at Trento with a 100-year return period was estimated to be between 114 and 148 mm/d. / Egenskaperna hos extremvärden av dygnsnederbörd och -vattenföring i Adigeflodens av-rinningsområde vid staden Trento undersöktes. Serier med årsmaxima för perioden 1975–2014 analyserades med avseende på trender, säsongsindex och L-moment. Trendanalys med Mann-Kendallmetod antydde en svag men signifikant signal om minskande extrem-värden, då andelen mätstationer med signifikant negativa trender överlag var större än signifikansnivån. Den extrema nederbörden karakteriserades huvudsakligen av höststor-mar, medan vattenföringen hade en starkare säsongsbundenhet då maxima inträffade främst under juni och juli. Vattenföringens extremvärden kunde därmed inte enbart för-klaras av nederbördsmaxima. Avrinningsområdet kunde betraktas som en homogen reg-ion för nederbörd, men resultaten gav inte stöd åt ett motsvarande antagande för vatten-föring. En regional frekvensanalys genomfördes för nederbördsdata och visade att Pear-son typ III och den generaliserade normalfördelningen var lämpliga regionala sannolik-hetsfördelningar. Över Trento uppskattades den extrema dygnsnederbörden med en åter-komstperiod på 100 år till mellan 114 och 148 mm/d.

Estimation of the variation in the integrated hydraulic conductivity around the Tunåsen infiltration facility - An investigation of the effects of uncertainties in existing information Almost half of Sweden’s drinking water volume is produced from groundwater. The main fraction of this is extracted from eskers, some of which allow for very large extraction rates. Despite this, the groundwater volume is not sufficient in some areas. This has led to an extensive use of artificial recharge. In Uppsala, the total volume added through artificial recharge is divided between four infiltration facilities. The largest of these facilities is Tunåsen basin infiltration facility, which is situated along the Uppsala esker. For Tunåsen as well as for other recharge facilities, it is of great importance that the infiltrated water is allowed a sufficient transport time before it is extracted further down the flow path. This is in order to ensure that the water obtains characteristics similar to those of natural groundwater. A way to estimate the transport time is to model the groundwater flow in the area between the infiltration facility and the extraction site. However, due to the fact that groundwater flow in eskers often is very complex, modeling such a system requires data of high quality and resolution. The aim of this master’s thesis was to document the variation in estimated values of integrated horizontal hydraulic conductivity and to investigate how the variation was affected by uncertainties connected to existing information for the area between the Tunåsen infiltration facility and the extraction sites in Storvad and Galgbacken. The thesis was done as a pilot study for Uppsala vatten och avfall AB’s upcoming construction of a high-resolution model of the Uppsala and Vattholma eskers. The investigation began with a literature review, from which existing information was compiled. An integrated horizontal hydraulic conductivity was calculated based on two types of information: descriptions of the layers in borehole profiles and information from sieve analyses. The obtained values were then compared to a rough estimate based on information about groundwater flow and hydraulic gradient. The compilation of existing material showed that the largest uncertainties were related to borehole profiles. This was due to the use of different ways to describe soil layers and to lack of information of a soil layer’s true grain size composition. The calculations of integrated hydraulic conductivity showed the largest variation when based on descriptions of borehole profiles. The calculations that were made based on sieve analyses as well as the rough estimate based on groundwater flow and hydraulic gradient showed a smaller variation. However, without the existence of measurements of the actual hydraulic conductivity, it is impossible to say for certain how the documented uncertainties affect the variation. In the upcoming work with the construction of the high-resolution model it is therefore of great importance that such information is obtained, for example by performing pumping tests. / Skattning av den integrerade hydrauliska konduktivitetens variation kring Tunåsens infiltrationsanläggning - En utredning av påverkan från möjliga osäkerheter i befintlig information I Sverige utgörs nästan hälften av den totala dricksvattenvolymen av grundvatten. Den största delen av grundvattnet utvinns ur rullstensåsar, vilka i vissa fall tillåter mycket stora uttag. Trots detta är grundvattenvolymen på vissa håll inte tillräcklig. Detta har lett till att den naturliga grundvattenmängden i sex procent av landets grundvattentäkter kompletteras genom konstgjord infiltration. I Uppsala sker konstgjord infiltration på fyra platser, där Tunåsens infiltrationsanläggning belägen på Uppsalaåsen är den största. För Tunåsen såväl som för andra områden där konstgjord infiltration används, är det av stor betydelse att det infiltrerade vattnet har en tillräckligt lång transporttid mellan infiltrations- och uttagspunkt för att möjliggöra att det får grundvattenliknande egenskaper innan det pumpas upp. Ett sätt att uppskatta denna transporttid är genom att modellera grundvattenflödet i området mellan infiltrationsanläggningen och den eller de grundvattentäkter där vattnet pumpas upp. Till följd av att grundvattenströmningen i rullstensåsar ofta är komplex, ställer dock en modellering av ett sådant område stora krav på både kvalitet och upplösning hos den information från vilken modellen byggs upp. Syftet med detta examensarbete var att dokumentera variationen i en skattad integrerad horisontell hydraulisk konduktivitet och utvärdera hur denna påverkades av osäkerheter relaterade till den idag befintliga informationen för området mellan Tunåsens infiltrationsanläggning och Storvads respektive Galgbackens grundvattentäkt. Detta gjordes som en förstudie till Uppsala vatten och avfall ABs kommande arbete med upprättandet av en noggrann modell över hela Uppsala- och Vattholmaåsen. Arbetet började med en litteraturstudie och en informationsinsamling, genom vilka den idag tillgängliga informationen sammanställdes. Utifrån den sammanställda informationen beräknades sedan värden på hydraulisk konduktivitet baserat på beskrivningarna i de upprättade lagerföljderna och baserat på information från tidigare utförda siktanalyser. De beräknade värdena jämfördes därefter med värden framtagna genom en överslagsberäkning baserad på information om grundvattenflöde och hydraulisk gradient. Sammanställningen av befintlig information visade på att de mest betydande osäkerheterna var relaterade till jordlagerdata, där de kunde kopplas till såväl användandet av olika beskrivningssätt i lagerföljderna som till brister i informationen om verklig kornstorleksfördelning. Skattningarna av integrerad horisontell hydraulisk konduktivitet resulterade i störst variation när de baserades på jordlagerföljderna, då det högsta värdet i många fall var 107 gånger så stort som det lägsta. De beräkningar som utfördes på siktanalyser visade på en mer begränsad variation, vilket även var fallet för överslagsberäkningarna. Utan mätningar på den verkliga hydrauliska konduktiviteten går det dock inte att säkert avgöra hur mycket de funna osäkerheterna påverkar variationen. Inför utvecklingen av den kommande modellen är det därför nödvändigt att komplettera den idag befintliga informationen med ny data, till exempel genom att provpumpningar utförs.

Uncertainties with a modeling framework consisting of a weather generator, two precipitation disaggregation models and the hydrological HBV model was assessed with respect to hydrometeorological extremes in Tyrol, Austria. Extreme precipitation events are expected to increase in intensity and frequency in the Alps during a warmer climate. The Alpine regions may be particularly vulnerable to such changes in climate where many floods in Europe occurred during recent years and caused major damage and loss of life. Weather generators typically provide time series at daily resolution. Different disaggregation methods have therefore been proposed and successfully tested to increase temporal resolution in precipitation. This is essential since flood peaks may be maintained for as little as minutes. Here, the non-parametric method of fragments was tested and compared with the multiplicative microcanonical cascade model with uniform splitting on the reproduction of precipitation extremes. It is also demonstrated that the method of fragments model can be transformed to disaggregate temperature with slight changes in the model structure. Preliminary test results show that the simulation of discharge peaks can be improved by disaggregating temperature in comparison with using daily averages as input in the HBV model.  Test results show that precipitation extremes were simulated within confidence bounds for Kelchsauer and Gurglbach when using historical observations as input. These two catchments had longer records of data available in comparison with Ruetz where the majority of simulated precipitation extremes were found outside confidence ranges. This indicates that the model is data driven. Synthetic data series were constructed with the weather generator from historical data and disaggregated with the two disaggregation models. The differences between the models were bigger for Ruetz where less observed data was available. The method of fragments simulates extremes with the closest resemblance to extremes. This is also true for the reproduction of wet spells and simulated variance. To account for parameter uncertainty in the HBV model, it is highly motivated to simulate discharge with different but suitable parameter sets to account for equifinality. However, the large amount of data produced when disaggregating the weather generated time series transcended the data capacity of the HBV model and made it crash. Other uncertainties related to the framework are the use of theoretical probability distributions in the weather generator and the dependence of high-resolution data for the disaggregation model. Despite these uncertainties, the framework is closer to a physical understanding of the causes of floods than the uncertain frequency analysis method. The framework is also applicable to land-use and climate change studies.