Myndigheten Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) har ett nationellt ansvar för att övervaka Sveriges grundvattennivåer. Eftersom det inte är möjligt att få ett heltäckande mätstationssystem måste grundvattennivån beräknas på vissa platser. Därför är det intressant att undersöka sambandet mellan grundvattennivån och utvald geografisk information, så kallade miljövariabler. På sikt kan maskininlärning komma att användas inom SGU för att beräkna grundvattennivån och då kan en förstudie vara till stor hjälp. Examensarbetets syfte är att genomföra en sådan förstudie genom att undersöka vilka miljövariabler som har störst betydelse för grundvattennivån och kartlägga modellosäkerheter vid grundvattenprediktering. Förstudien genomförs på sju områden inom SGUs grundvattennät där mätstationerna finns i grupper likt kluster. I förstudien används övervakad maskininlärning som i detta examensarbete innebär att medianvärden på grundvattennivån och miljövariablerna används för att träna modellerna. Med hjälp av statistisk data från modellerna kan prestandan utvärderas och justeringar göras. Algoritmen som används heter Random Forest som skapar ett klassifikations- och regressionsträd, vilket lär modellen att utifrån given indata fatta beslut som liknar männiksans beslutfattande. Modellerna ställs upp i ArcGIS Pros verktyg Forest-based Classification and Regression. På grund av områdenas geografiska spridning sätts flera separata modeller upp. Resultatet visar att det är möjligt att prediktera grundvattennivån men betydelsen av de olika miljövariablerna varierar mellan de sju undersökta områdena. Orsaken till detta lär vara geografiska skillnader. Oftast har den absoluta höjden och markens lutningsriktning mycket stor betydelse. Höjd- och avståndsskillnad till låg och hög genomsläpplig jord har större betydelse än vad höjd- och avståndsskillnad har till medelhög genomsläpplig jord. Höjd- och avståndsskillnad har större betydelse till större vattendrag än till mindre vattendrag. Modellernas r2-värde är något låga men inom rimliga gränser för att vara hydrologiska modeller. Standardfelen är oftast inom rimliga gränser. Osäkerheten har visats genom ett     90 %-igt konfidensintervall. Osäkerheterna ökar med ökat avstånd till mätstationerna och är som högst vid hög altitud. Orsaken lär vara för få ingående observationer och för få observationer på hög höjd. Nära mätstationer, bebyggelse och i dalgångar är osäkerheterna i de flesta fallen inom rimliga gränser. / The Swedish authority Geological Survey of Sweden (SGU) has a national responsibility to oversee the groundwater levels. A national network of measurement stations has been established to facilitate this. The density of measurement stations varies considerably. Since it will never be feasible to cover the entire country with measurement stations, the groundwater levels need to be computed in areas that are not in the near vicinity of a measurement station. For that reason, it is of interest to investigate the correlation between the groundwater levels and selected geographical information, so called environmental variables. In the future, SGU may use machine learning to compute the groundwater levels. The focus of this master's thesis is to study the importance of the environmental variables and model uncertainties in order to determine if this is a feasible option for implementation on a national basis. The study uses data from seven areas of the Groundwater network of SGU, where the measuring stations are in clusters. The pilot study uses a supervised machine learning method which in this case means that the median groundwater levels and the environmental variables train the models. By evaluating the model's statistical data output the performance can gradually be improved. The algorithm used is called “Random Forest” and uses a classification and regression tree to learn how to make decisions throughout a network of nodes, branches and leaves due to the input data. The models are set up by the prediction tool “Forest-based Classification and Regression” in ArcGIS Pro. Because the areas are geographically spread out, eight unique models are set up. The results show that it’s possible to predict groundwater levels by using this method but that the importance of the environmental variables varies between the different areas used in this study. The cause of this may be due to geographical and topographical differences. Most often, the absolute level over mean sea level and slope direction are the most important variables. Planar and height distance differences to low and high permeable soils have medium high importance while the distance differences to medium high permeable soils have lower importance. Planar and height distance differences are more important to lakes and large watercourses than to small watercourses and ditches.  The model’s r2-values are slightly low in theory but within reasonable limits to be a hydrological model. The Standard Errors Estimate (SSE) are also in most cases within reasonable limits. The uncertainty is displayed by a 90 % confidence interval. The uncertainties increase with increased distance to measuring stations and become greatest at high altitude. The cause of this may be due to having too few observations, especially in areas with high altitude. The uncertainties are smaller close to the stations and in valleys. / SGUs grundvattennät

På skolan i Revinge utbildar Myndigheten för samhällsskydd och beredskap (MSB) personer inom områdena skydd mot olyckor och krisberedskap. Vid ett flertal tillfällen har Kävlingeån översvämmat skolområdet vilket resulterat i att verksamheten blivit stillastående i flera veckor. Grundvattennivån ligger nära markytan på skolområdet och platsen är därför extra känslig för översvämningar både från ån och extrem nederbörd. För att kunna minimera konsekvenserna vid en översvämning identifierades olika objekt, byggnader och områden, som i rapporten är benämnda som skyddsobjekt, som drabbas mest vid översvämning. För att ta hänsyn till att framtida väderförhållanden kan bli mer extrema undersöktes två klimatanpassade scenarier, höga flöden från ån och extrem nederbörd. Olika åtgärder mot översvämningar som potentiellt kan passa skolområdet togs fram och viktades utefter kostnader, lagar och skyddskapacitet. Skyddsobjekten som togs fram är skolans övningytor, kontorsbyggnader, hus med källare, spillvattenbrunnar, områden som kan sprida miljöfarliga ämnen, elskåp samt fordonshall/förråd. Skyddsobjekten viktades utefter översvämningskonsekvensernas direkta kostnader, hinder för utbildning samt fara för människor och natur, i relation till hur sannolikt det är att objekten blir översvämmade. Övningsytor, spillvattenbrunnar och områden som kan sprida miljöfarliga ämnen fick högsta prioritet. De åtgärder mot översvämning som undersöktes var gröna tak, regnmagasin, regnbäddar, träd, kontrollerad översvämningsyta och permanent vall. De fyra förstnämnda bedömdes billiga och lagligt sett icke komplicerade i relation till permanent vall och kontrollerad översvämningsyta. En summering av vilka skyddsobjekt varje åtgärd skyddar lades till. En effektivitetsfaktor togs fram i relation till vilka scenarier åtgärderna verkar mot och i vilken grad de kan motverka ett scenario på egen hand. Detta gav värderingen, från högst till lägst, permanent vall, träd, översvämningsyta, regnmagasin, regnbäddar och gröna tak. Som ytterligare åtgärder rekommenderas det att utesluta användning av källare helt och bestämmelser kring nybyggnation bör tas i relation till var det finns störst risk för översvämning på området. Ett förslag till MSB finns om att ta kontakt med Kävlingeå-projektet som arbetar med att utöka andelen våtmarker utmed Kävlingeån, där ett av målen för projektet är att motverka översvämningar. Arbetet drivs av Kävlingeåns Vattenråd, vilka också kan ha mer information kring hur regleringen av Vombsjön kan påverka risken för översvämning på skolområdet.

När klimatet i Sverige blir varmare ökar både förekomsten och omfattningen av intensiva skyfall. Dessa kan leda till stora konsekvenser lokalt för drabbade samhällen. Omfattande översvämningar, skadade fastigheter, erosionsskador och hindrad framkomlighet är några av de potentiella följderna. Ett första steg för att öka beredskapen för skyfall är att göra en skyfallskartering där ett nederbördstillfälle med skyfallskaraktär läggs in i en hydraulisk modell över ett område. Modellen visar sedan områden som riskerar att drabbas av översvämningar samt vilken väg som ytavrinningen tar under förloppet. I detta arbete har en sådan modell gjorts över Sala stad. Skyfallsmodellen skapades i programmet HEC-RAS och för att simulera infiltrationen användes metoden SCS curve number. SCS curve number metoden uppskattar infiltration baserat på markanvändning och jordart. Typregnet valdes till 100 års återkomsttid och modellerades som ett CDS-regn med varaktighet sex timmar och klimatfaktor 1,3. Ett avdrag på nederbördsmängden gjordes även för dagvattennätets kapacitet. Resultatet blev att flertalet områden i Sala kan drabbas av potentiellt stora vattendjup. De största problemområdena identifierades till bebyggelsen mellan Ringgatan och Östra Tulegatan söder om centrala Sala samt området kring Pråmån uppströms Jakob Mats kvarn. Då infiltrationsmetoden SCS curve number är baserad på empiriska data gjordes en känslighetsanalys på infiltrationsparametrarna. Det som undersöktes var påverkan på total andel infiltrerad nederbörd och översvämningarnas utbredning. Tre olika scenarion baserat på osäkerheten i curve number-talet användes samt ett scenario utan infiltration i modellen. Skillnaden i total översvämmad yta med ett djup större än 0,1 m mellan scenariot med högst infiltration och scenariot med lägst infiltration var i modellen totalt 9,1 procentenheter. I det scenario där ingen infiltration modellerades drabbades flertalet nya fastigheter och infrastruktur av översvämning vilket visar på infiltrationens betydelse för riskbedömningen vid en skyfallskartering. Totalt infiltrerade 30 % av nederbörden i modellen vid scenariot med lägst infiltration, 49 % av nederbörden vid scenariot med direkta litteraturvärden för curve number- talet och 66 % av nederbörden i scenariot med högst infiltration. Eftersom infiltrationen mellan scenarierna til hög grad berodde på hur jordarterna klassades i modellen är det dock svårt att dra en generell slutsats om vilket infiltrationsscenario som är bäst lämpat att använda vid skyfall. / As the climate becomes warmer in Sweden the frequency and extent of cloudbursts are expected to rise. When these rain events occurs in populated areas the consequences can be severe for the local community with extensive flooding leading to for example damaged properties, erosion and obstructions of traffic. One step to increase the awareness of these risks is to do a cloudbust mapping were a rain with cloudburst extent is modelled hydraulically. Areas that are at risk of flooding during the rain event and flow paths for the surface runoff can be assessed from the model. In this thesis such a model was created for the town of Sala. The cloudbust model was made using the software HEC-RAS and to simulate infiltration the method SCS curve number was implemented. The rain event was modeled as a Chicago design storm with a return period of 100 years, total duration of six hours and a climate factor of 1,3. The results were that several areas in Sala were at risk of flooding. Two main areas with risk of major flooding extents were located to just south of central Sala between Ringgatan and Östra Tulegatan and adjacent to Pråmån upstream of Jakob Mats kvarn. Because of uncertainties in the SCS curve number model and due to the fact that it is based on empirical data a sensitivity analysis was also done on the infiltration parameters. For the sensitivity analysis four different scenarios were used. One scenario had no modeled infiltration and the three other scenarios were based of error estimations of the curve number parameter called antecedent runoff conditions. The difference in flooding extent with a depth greater than 0,1 m in the model between the scenario with high infiltration and the scenario with low infiltration was 9,1 percentage points. Several new properties and infrastructure were affected in the scenario when no infiltration was used. In total 30% of the precipitation infiltrated in the model in the scenario with low infiltration, 49% infiltrated in the scenario with literature values for the curve number value, and 66% of the precipitation infiltrated in the scenario with high infiltration. Since the infiltration is highly dependent on the classification of the soils in the model no overall conclusion could be drawn on which infiltration scenario that is best suited for a cloudburst model in general when the SCS curve number method is used to model infiltration.

As the need for climatic data is increasing in times of climate change and water scarcity, remote sensing (RS) and hydrological modelling are ways to battle these problems, especially in data scarce areas. The actual evapotranspiration (ETa) is one of the key parameters when assessing the water balance and a good estimate of this parameter is thus of great importance. In this study a hydrologicalmodel was created with the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) over the Malwathu Oya river basin, Sri Lanka, and the SWAT ETa estimates were compared to RS derived ETa from FAO’s open access database WaPOR. A sensitivity analysis and a calibration with observed streamflow data of the SWAT model was conducted with the SUFI-2 algorithm in SWAT-CUP. The calibration was satisfactory and showed the following values for the performance parameters: R2 = 0.72, Nash-Sutcliffe Efficiency, NSE = 0.69, and Percent of Bias, PBIAS = -10.4. The most sensitive parameters were CN2 (runoff curve number for moisture condition II), SOL_AWC (soil available water capacity), and ESCO (soil evaporation compensation factor). The water balance partitioning from the calibrated SWAT model showed a ratio of 0.68 between ETa and precipitation as an annual average between 2012–2020. In the comparison between SWAT ETa and WaPOR ETa the SWAT ETa showed a clear underestimation, particularly during the drier Yala growing season (May – August). However, the SWAT land use classes representing the cultivated rice fields agreed well with WaPOR while the forest and range grasses were underpredicted. To increase the performance of SWAT in estimating ETa the following was recommended: improvement of the simulation of the shallow aquifers, more accurate forest parameters, deactivation of the default dormancy period in SWAT, calibration with ETa instead of streamflow, and a higher resolution soil map together with more soil measurements. / Eftersom behovet av klimatdata ökar i tider av klimatförändringar och vattenbrist är fjärranalys (RS) och hydrologisk modellering exempel på metoder för att lösa dessa problem, särskilt i områden med brist på data. Den faktiska evapotranspirationen (ETa) är en nyckelparameter vid bedömning av vattenbalansen och en bra uppskattning av denna parameter är därför av stor betydelse. I denna studie skapades en hydrologisk modell med Soil and Water Assessment Tool (SWAT) över avrinningsområdet Malwathu Oya i Sri Lanka, och SWAT ETa -uppskattningarna jämfördes med RS-beräknad ETa från FAO:s öppna databas WaPOR. En känslighetsanalys och en kalibrering med observerade flödesdata av SWAT-modellen utfördes med SUFI-2-algoritmen i SWAT-CUP. Kalibreringen var tillfredsställande och visade följande värden för prestandaparametrarna: R2 = 0,72, Nash-Sutcliffe-Efficiency, NSE = 0,69 och Percent of Bias, PBIAS = -10,4. De mest känsliga parametrarna var CN2 (avrinningskurvtal för fukttillstånd II), SOL_AWC (jordens tillgängliga vattenkapacitet) och ESCO (kompensationsfaktor för markavdunstning). Vattenbalansfördelningen från den kalibrerade SWAT-modellen visade ett förhållande på 0,68 mellan ETa och nederbörden som ett årligt medelvärde mellan 2012–2020. I jämförelsen mellan SWAT ETa och WaPOR ETa visade SWAT ETa en tydlig underskattning, särskilt under den torrare Yala-växtsäsongen (maj – augusti). Däremot överensstämde SWAT-markanvändningsklasserna som representerade de odlade risfälten väl med WaPOR medan skog och gräsfälten var underskattade. För att öka prestandan för SWAT vid uppskattning av ETa rekommenderades följande: förbättring av simuleringen av de grunda akvifärerna, förbättrade skogsparametrar, inaktivering av den automatiska växtviloperioden i SWAT, kalibrering med ETa i stället för flöde och en jordartskarta med högre upplösning samt fler jordprover.

Land and water resources degradation are the major problems on the Ethiopian highlands. Poor land use practices and improper management systems have played a significant role in causing high soil erosion rates, sediment transport and loss of agricultural nutrients. So far limited meas-ures have been taken to combat the problems. In this study a physically based watershed model, SWAT2005 was applied to the Northern Highlands of Ethiopia for modelling of the hydrology and sediment yield. The main objective of this study was to test the performance and feasibility of SWAT2005 model to examine the influence of topography, land use, soil and climatic condi-tion on streamflows, soil erosion and sediment yield. The model was calibrated and validated on four tributaries of Lake Tana as well as Anjeni watershed using SUFI-2, GLUE and ParaSol algo-rithms. SWAT and GIS based decision support system (MCE analysis) were also used to identify the most erosion prone areas in the Lake Tana Basin. Streamflows are more sensitive to the hy-drological response unites definition thresholds than subbasin discretization. Prediction of sedi-ment yield is highly sensitive to subbasin size and slope discretization. Baseflow is an important component of the total discharge within the study area that contributes more than the surface runoff. There is a good agreement between the measured and simulated flows and sediment yields with higher values of coefficients of determination and Nash Sutcliffe efficiency. The an-nual average measured sediment yield in Anjeni watershed was 24.6 tonnes/ha. The annual aver-age simulated sediment yield was 27.8 and 29.5 tonnes/ha for calibration and validation periods, respectively. The SWAT model indicated that 18.5 % of the Lake Tana Basin is erosion potential areas. Whereas the MCE result indicated that 25.5 % of the basin are erosion potential areas. The calibrated model can be used for further analysis of the effect of climate and land use change as well as other different management scenarios on streamflows and soil erosion. The result of the study could help different stakeholders to plan and implement appropriate soil and water conser-vation strategies. / QC 20101123

Paramos are unique ecosystems situated in the tropical Andes at an elevation of 2800-4800 meters above sea level. They are home to a variety of endemic species and have a great water regulating capacity and supply around 80 % of the population in Colombia with freshwater. These ecosystems have been found to be particularly vulnerable towards climate change, which is a major challenge when it comes to safeguarding this water source. This study aimed to investigate paramos on three spatial scales: the large, medium and small scale. The large scale aimed at investigating the paramos of Colombia on a national level, the medium scale aimed at modeling the hydrology of a small paramo catchment, and the small scale aimed at exploring the general landscape and methods for monitoring the hydroclimate. At the national scale, the paramos were characterized based on hydrological and climatological variables, in the end focusing on precipitation and discharge, and producing descriptive statistics, in addition to finding temporal trends. The aim was to describe the paramos of Colombia hydroclimatologically on a spatial and temporal scale to get a more updated and comprehensive picture of the hydrology in these ecosystems and to investigate whether any possible relationships between the hydroclimatic variables could be detected that could affect the water availability, that is, if there were any signs of climatic forcing and hydrological response. Another aim was to investigate whether any significant trends could be seen in historical data and if there were any signs of climate change or ENSO (El Niño Southern Oscillation) events affecting the time series. The results showed that there was a large range in the amount of annual precipitation, between 500 and 5000 mm/yr, depending on the location of the precipitation station. The annual precipitation differed with up to around 2000 and 3500 mm/yr within and between different paramo regions, respectively. The annual mean daily discharge ranged between 0 and 25-30 m3/s and the total annual specific discharge ranged between 0 and 2500 mm/yr. It was not possible to detect any general, common temporal trend in neither precipitation nor discharge for all of the stations and the majority of the trends for individual stations were not significant. However, most locations that did present significant trends in precipitation showed an increase rather than a decrease, on a monthly rather than an annual scale. The trends that were significant for discharge were also increasing. No evident relationship between precipitation and discharge could be detected in neither amount nor pattern or trend over time, although some similarities and common traits could be found. Some local maxima and minima in precipitation and discharge coincided with ENSO events, but whether the significant trends are due to climate change remains unclear. The changes that were seen could have an impact on societies that are close to and rely on the paramos, but more studies on a seasonal and monthly scale are needed. At the medium scale, the HBV light model was used to simulate the hydrology in the small paramo catchment called Monterredondo. The aim was to investigate how a parsimonious model like the HBV model would perform compared to the more comprehensive SWAT model, which previously succeeded in modeling the hydrology in this watershed. Since the data is scarce in these regions, a simpler model could be more desirable. The results showed that the HBV was sufficient for the task, receiving a NSE value of 0.81 (calibration period) and 0.56 (validation period), and able to perform almost as well as the SWAT model, which received NSE values of 0.83 (calibration period) and 0.59 (validation period). Furthermore, since the paramos are vulnerable towards climate change, it was considered important to investigate how discharge might be affected by climate change. Simulations of future climate towards the end of the century, representing two emission scenarios, SSP2-4.5 and SSP5-8.5, were performed with data from the general circulation models EC-Earth3-CC (Europe) and MRI-ESM2-0 (Japan). The results from the EC-Earth3-CC model indicate a change towards drier dry seasons and wetter wet seasons. On an annual scale, it shows a decrease in discharge, but no change in annual precipitation. The MRI-ESM2-0 model was not considered reliable due to the large distance between the catchment area in question and the location where the data came from. Large uncertainties are associated with the data quality and quantity for both parts of this study. This is a well-known issue in these quite unapproachable locations, which is why the small scale investigation focused on learning more about the monitoring of these ecosystems. A horizontal precipitation station was built to capture horizontal precipitation. Even if built as a rather rough structure, it seemed to work and could be useful for future investigations. The results showed that horizontal precipitation contributed with a non-negligible amount to the total precipitation.  In summary, there is a risk that climate changes will have an impact on the water resources, due to drier dry seasons and wetter wet seasons. This could lead to water shortages in periods, but more studies are necessary to confirm the result. It is especially important to investigate more variables such as land use, soil moisture and radiation. It is also important to study more paramo areas in detail since they respond differently towards climate change. / Paramos är unika ekosystem som ligger på en höjd av 2800-4800 meter över havet i de tropiska Anderna. De är hem för en mängd olika endemiska arter och har en stor vattenreglerande förmåga och försörjer cirka 80 % av befolkningen i Colombia med dricksvatten. Dessa ekosystem har visat sig vara särskilt sårbara för klimatförändringar, vilket innebär en stor utmaning när det kommer till att skydda paramos som vattenkälla. Denna studie syftade till att undersöka paramos på tre rumsliga skalor: stor, medelstor och liten skala. Den stora skalan syftar till att undersöka paramos i Colombia på nationell nivå, den medelstora skalan syftar till att modellera hydrologin i ett litet paramoavrinningsområde, och den lilla skalan syftar till att utforska det allmänna landskapet och metoder för att övervaka hydroklimatologin. På nationell skala karaktäriserades paramos utifrån hydrologiska och klimatologiska variabler, i slutändan med fokus på nederbörd och avrinning, genom att producera beskrivande statistik, och därtill hitta trender över tid. Syftet var att beskriva paramos i Colombia hydroklimatologiskt både rumsligt och tidsmässigt för att få en mer uppdaterad och heltäckande bild av hydrologin i dessa ekosystem och för att undersöka om möjliga samband mellan de hydroklimatologiska variablerna kunde upptäckas som skulle kunna påverka vattentillgången, det vill säga om det fanns några tecken på klimatpåverkan och hydrologisk respons. Ett annat syfte var att undersöka om statistiskt signifikanta trender kunde ses i historiska data och om det fanns tecken på att klimatförändringar eller ENSO-händelser (El Niño Southern Oscillation) påverkade tidsserierna. Resultatet visade att det fanns ett stort spann i uppmätt årsnederbörd, mellan 500 och 5000 mm/år, beroende på nederbördsstationens lokalisering. Årsnederbörden skiljde sig med upp till cirka 2000 och 3500 mm/år, inom respektive mellan olika paramoregioner. Det årliga medeldygnsflödet låg mellan 0 och 25-30 m3/s och det totala årliga specifika flödet låg mellan 0 och 2500 mm/år. Det var inte möjligt att upptäcka någon generell, gemensam tidsmässig trend i varken nederbörd eller avrinning för samtliga stationer och majoriteten av trenderna för enskilda stationer var inte signifikanta. De flesta platser som faktiskt visade signifikanta trender i nederbörd visade en ökning snarare än en minskning, på månadsbasis snarare än årsbasis. Trenderna som var signifikanta för avrinning visade också en ökning. Inget uppenbart samband mellan nederbörd och avrinning kunde ses i varken kvantitet, mönster eller trend över tid, även om vissa likheter och gemensamma egenskaper kunde hittas. Vissa lokala maxima och minima i nederbörd sammanföll med ENSO-händelser, men huruvida de signifikanta trenderna beror på klimatförändringar är fortfarande oklart. De förändringar som kunde identifieras kan ha en inverkan på samhällen som är nära och förlitar sig på paramos, men fler studier på säsongs- och månadsskala behövs.  På den medelstora skalan användes HBV-lightmodellen för att simulera hydrologin i ett litet paramoavrinningsområde kallat Monterredondo. Syftet var att undersöka hur en mindre komplex modell som HBV-modellen kunde prestera jämfört med den mer omfattande SWAT-modellen, som tidigare lyckats modellera hydrologin i samma avrinningsområde. Eftersom mängden data i dessa regioner är begränsad kan en mindre komplex modell vara att föredra. Resultaten visade att HBV presterade tillräckligt bra för uppgiften då modellen erhöll ett NSE-värde på 0,81 (kalibreringsperioden) och 0,56 (valideringsperioden) och kunde prestera nästan lika bra som SWAT-modellen, som erhöll NSE-värden på 0,83 (kalibreringsperioden) och 0,59 (valideringsperioden). Då paramos är sårbara för klimatförändringar ansågs det dessutom viktigt att undersöka hur avrinningen kan påverkas av klimatförändringar. Simuleringar för framtida klimat motsvarande slutet av seklet modellerades med två utsläppsscenarier, SSP2-4.5 och SSP5-8.5. De representerades med data från de allmänna cirkulationsmodellerna EC-Earth3-CC (Europa)och MRI-ESM2-0 (Japan). Resultaten från EC-Earth3-CC-modellen indikerade en förändring mot torrare torrperioder och blötare regnperioder. På en årsskala visade modellen en minskning i avrinning, men ingen förändring i årsnederbörd. MRI-ESM2-0-modellen bedömdes inte vara tillförlitlig på grund av det stora avståndet mellan det aktuella avrinningssområdet och platsen där datan kom ifrån. Stora osäkerheter är förknippade med datakvalitet och kvantitet för båda delarna av denna studie. Detta är ett välkänt problem på dessa ganska otillgängliga platser, varför den småskaliga utredningen fokuserade på att öka förståelsen för den hydroklimatologiska övervakningen i dessa ekosystem. En horisontell nederbördsstation byggdes för att fånga horisontell nederbörd. Även om den byggdes med en ganska grov struktur, verkade den fungera och kan potentiellt vara användbar för framtida undersökningar. Resultaten visade att horisontell nederbörd bidrog med en icke-försumbar mängd till den totala nederbörden. Sammanfattningsvis finns det en risk att klimatförändringarna påverkar vattenresurserna, på grund av att torrperioderna blir torrare och regnperioderna blir blötare. Detta kan leda till en periodvis vattenbrist, men fler studier krävs för att bekräfta resultatet. Det är särskilt viktigt att undersöka fler variabler såsom markanvändning, markfuktighet och strålning. Det är också viktigt att studera fler paramoområden i detalj, eftersom de reagerar olika på klimatförändringar.

Climate models are essential for generating future climate projections. However, due to simplifications, the models can produce systematic differences between output and reality, which is referred to as model bias. Bias adjustment methods aim to reduce this error, which is important for making future projections more reliable. Here, the suitability of four different bias adjustment methods was tested: distribution-based (Distribution Scaling (DS), Quantile Delta Mapping (QDM)) and non-distribution- based methods (Copula, Multivariate Bias Correction (MBCn)), of which each one univariate and one multivariate approach. The methods were assessed on climate future projections together with a non bias adjusted data set, focusing on their impacts on hydrological modelling simulations. For this, 16 hydrological signatures were analysed and categorized into: 1) water balance and flow dynamics, 2) seasonal behaviour of the flow, 3) low flow characteristics and 4) high flow characteristics. The assessment was carried out based on 50 catchments in Sweden, 10 climate models and one hydrological model. Most noticeable differences were observed between distribution-based and non-distribution-based methods, rather than between univariate and multivariate methods. Bias adjustment methods introduce half as much variation as climate models, catchments contribute substantially more to the projected signatures. Specific hydrological signatures differed regionally, such as changes in the average spring streamflow magnitude and greater bias adjustment variations in low- and high-flow frequencies, compared to varia- tions among catchments, suggesting a shift in the frequency of extreme streamflow events in the future. The choice of bias adjustment method impacted ’High flow characteristics’ the strongest. The Copula method deviated in the trend analysis by utilizing an existing trend. This research prompts further exploration of variation between current and projected future climate, or the inclusion of other variables that might impact projections, to determine the necessity of the methods. / Vi befinner oss i en tid av klimatförändringar. Det blir mer och mer synligt och klimatet kommer förändras i närtid och långt fram i tiden. Men hur exakt kommer det vara i slutet av detta århundrade? För att förutspå det, används klimatmodeller. Dock kan klimatmodeller bara ge en uppskattning om hur det kommer se ut, eftersom de måste förenkla jordsystem och klimat genom simplifieringar och antaganden, för att kunna beräkna projektionen. Det betyder att klimatprojektioner är ingen särskilt exakt förutsägelse. För att projicera framtidens vattenföring i en förändrande klimat, behöver an först modellera framtidens klimat och ut ur det modellera framtidens hydrologiska processer genom hydrologiska modeller. Kombinationer av flera modelltyper kallas modellkedja. För att projicera framtidens klimat, behövs en hel modell-kedja som består av klimatmodeller och hydrologiska modeller. Ju fler delar en modell-kedjan består av, desto osäkrare blir projektionen. Osäkerheten kallas systematiskt och slumpmässigt fel, kort bias. För att förbättra projektionen kan man inkluderar en så kallat bias korrektions metod, vars syfte är att minska biasen med en massa ekvationer och underliggande algoritmer. Det finns flera olika metoder, baserade på olika algoritmer, som beroende på algoritmernas innehåll är mer eller mindre komplicerad.  Jag undersökte i det här projektet, om det gör en skillnad, vilket bias korrektur metod man använder för att förbättra sitt klimat projektion. Det kan, t.ex. vara intressant att veta, när man måste bestämma sig mellan olika bias korrektur metoder som innehåller olika nivåer av komplexitet som användaren måste förstå sig på för att beräkna och korrigerar dataset som är utdatan från klimatmodellerna. För att testa det, tog jag ett existerande stort dataset (bestående av 4 olika bias korrektur metoder och ett dataset som inte var bias korrigerad, med 10 stycken klimatprojektioner för 50 avrinningsområden jämt utspridda över hela Sverige). För att kunna ge en omfattande överblick av framtidens klimat, beräknade jag flera, så kallade hydrologiska signaturer av vattenföringens karakteristik. De signaturer testades statistiskt för att visar avvikande och liknande betedde.  Metoder som korrigerar systematiskt fel betog sig ganska lika varandra, dock introducerades ungefär hälften så mycket variation som hos de 10 testade klimatmodeller, däremot introducerade de 50 flodbäcken mycket mer variation än bias korrektur metoderna, förutom vissa undantag. Jämförelsen föreslår en förändring i vårflöde och ett betydligt skifte i extremflöden i framtiden, jämfört med dagens flöde i älvarna. Det syns att det som blivit påverkat mest av från valet av bias korrektur metoder är kategorin "hög flod drag".  Det här projektet är bara en liten del av en större forskning, och det finns mycket kvar att studera. I framtidens forskning skulle det vara intressant att jämföra skillnaden mellan dagens avloppet och i framtiden och hur stor skillnaden är, jämfört med styrkan av variationen mellan de testade bias korrektur metoder. Därmed kunde man minska forskningsgapet ytterligare, och göra ett noggrant konstaterande i samband med olika bias korrektur metoder och om valets betydelse.

Syftet med fallstudien var att undersöka möjligheterna och nyttan med att implementera en höjdmodell med högre upplösning i SMHI:s översvämningsmodellering som tillämpar den hydrauliska modellen LISFLOOD-FP. SMHI utfärdar översvämningsvarningar och det är därför av vikt att översvämningsmodelleringen håller hög kvalitet. Samtidigt kräver modelleringen tid och resurser från Nationellt Superdatorcentrum i Linköping, NSC. Därför vägdes de potentiella fördelarna med högre upplösning mot förlängd körtid. Fallstudien bestod av två delar där en höjdmodell på två meters upplösning i xy-planet implementerades och jämfördes med den i dagsläget uppställda modellen på fem meters upplösning. Detta gjordes genom att återskapa översvämningstillfällen med dess flöden från S-HYPE och mätningar. I studiens första del hämtades satellitdata från Copernicus från två tidigare översvämningstillfällen för validering av över-svämningsmodelleringen. De tidigare översvämningstillfällena var dels i Emån i Småland år 2012 och dels i Västerdalälven i Dalarna år 2018. Ett index för passning beräknades mellan översvämningskartorna producerade med två respektive fem meters upplösning gentemot satellitbilderna för att kvantifiera överlappande ytor. Därtill beräknades vattendragens lutning för att undersöka om det fanns indikationer på något samband med förändring i index med ökad upplösning på höjdmodellen. Studiens andra del bestod i att undersöka hur höjdmodellens upplösning påverkar vattnets spridning kring översvämningsvallar i modellen. I undersökningen återskapades ett översvämningstillfälle från 2020 i Helige å i Småland. Ett antal delavrinningsområden visade sig instabila för den högre upplösta höjdmodellen och kunde därför endast simuleras med lägre flöden. Erhållna resultat visade dock på att översvämningskarteringen förbättrades med upplösningen två meter vid jämförelse med data från Copernicus. Körtiden ökade dock med över 12 gånger vid simulering av högre upplösning. Vidare visades tröskeleffekter i studiens resultat, då översvämnings-vallen stoppade vattnet i den högre upplösta höjdmodellen men inte i den med lägre upplösning. På grund av stabilitetsproblemet och studiens begränsade omfattning, kunde slutsats inte dras om huruvida SMHI bör implementera en höjdmodell med två meters upplösning i systemet för översvämningsvarningar. Däremot kunde konstateras att stabiliteten i modellen måste öka för att det ska vara möjligt. Slutligen drogs slutsatsen att det förekommer tröskeleffekter mellan de två höjdmodellerna och att prestandan ökar generellt för den högre upplösningen när det kommer till precisionen i översvämningsmodelleringen. / The purpose of this case study was to examine the possibilities and advantages of implementing a DEM with higher resolution in inundation modelling at SMHI, the Swedish Meteorological and Hydrological Institute, which uses the hydraulic model LISFLOOD-FP. The institute issues flood warnings and therefore it is of high importance that the innundation modelling gives adequate results. On the other hand, running the models at a higher spatial resolution takes more time and resources. Therefore, potentially improved modelling results were discussed in a context of prolonged runtime. The case study consisted of two parts where a Digital Elevation Model, DEM of two meter resolution was implemented and compared to the five meter DEM that is currently in use. This was done by recreating previous flooding events by using discharge data from S-HYPE. In the first part, satellite data from Copernicus from two previous flooding events in Sweden were used for model validation in comparison with the results from inundation models of SMHI for the different DEM:s. An index was calculated to quantify the overlapping inundation areas. The events were at the river Emån in 2012 and at Västerdalälven in 2018. Moreover, the slope of the rivers within each study area was calculated to investigate correlation between improved flood modelling results for higher DEM resolution and slope of the rivers. The second part of the study investigated flood embankments for the two different DEM:s around Helige å river. A flooding event which took place in 2020 was recreated and the water flow around the built embankments was compared for the two resolutions.  Running the models, it turned out that simulations of several subcatchment areas were unstable with the two meter DEM, and could only be run with lower flow. The obtained results, however, revealed an improved inundation modelling for the DEM with a resolution of 2 m for all study areas in comparison to the data from Copernicus; however the runtime was increased by over 12 times. Moreover, the results also showed threshold effects, where the flooding was impeded by the flooding embankment with the two meter DEM but not at the lower resolution. Due to the stability issue and the limited scope of this study, it cannot be concluded whether SMHI should implement the two meter DEM in their flood warnings system. However, it was concluded that the stability has to be increased to make it feasible. It was also concluded that there are threshold effects between the two DEM:s and that the performance seems to increase overall for the higher resolution when it comes to precision of the modelling.

För att uppskatta influensområdet till följd av skyddsinfiltartion finns ett antal analytiska modeller att tillämpa. Dessa modeller tar hänsyn till parametrar så som hydraulisk konduktivitet och magasinkoefficient, men de följer också med en rad antaganden som i praktiken inte kan uppfyllas. En alternativ tillvägagång för att bestämma influensområdet är därför med hjälp av numeriska modeller, som i större grad kan göras platsspecifika. Numeriska modeller är till följd av detta mer tidskrävande och behöver mer indata. I denna studie undersöktes vilken metod som är bäst lämpad för att bestämma skyddsinfiltrationens influensområden för en fallstudie i Bromstens industriområde, belägen cirka 15 km nordväst om Stockholm centrum. Två numeriska modeller med varierande underlag av platsspecifika data utvecklades över områdets geologi och grundvattenmagasin för att kunna simulera grundvattennivåer med och utan infiltration. Utöver detta beräknades influensområdet med fyra analytiska modeller. Modellerna testades sedan utifrån olika scenarion, där såväl dataupplösning som den platsspecifika kännedomen över området stegvis ökades. Platsspecifika data tillkom till följd av geotekniska undersökningar och hydrogeologiska tester. Studien ämnar även att besvara vilken data som är av störst vikt för att bestämma influensområdet med de analytiska respektive numeriska modellerna samt vilka skillnader som uppstår mellan analytiskt beräknade influensområden och numeriskt simulerade influensområden. Resultaten visar att de numeriska modellerna i huvudsak är känsligast med avseende på den hydrauliska konduktiviteten, samt att den enklare numeriska modellen är känslig för magasinkoefficienten, något som indikerar att denna modell inte uppnår jämvikt i enlighet med vad som observerats i fält. Utöver detta stod det klart att vattenavgivningstalet inte hade någon nämnvärd inverkan på resultaten. Bland de analytiska modellerna råder den största känsligheten i magasinkoefficienten, följt av konduktiviteten. För Sichardts formel, som inte tar hänsyn till magasinkoefficienten var konduktiviteten den känsligaste parametern. Akvifärens mäktighet, vilken reviderades mellan scenario 2 och 3, hade ingen betydande inverkan på de analytiska modellerna. Vidare visade infiltrationstestet på stora skillnader i skyddsinfiltrationens influensområde med avseende på de olika modellerna och dataunderlaget. Den minsta avvikelsen mätt i residualer observerades för den komplexa numeriska modellen under scenario 4, vilket motsvarar det scenario då dataunderlaget var som störst. Trots att detta scenario tillsammans med modell anses vara det dyraste fallet, anses detta vara det bästa och samtidigt mest tillförlitligt metoden för att uppskatta skyddsinfiltrationens influensområde. / To evaluate the area of influence due to artificial infiltration several analytical models are available. Some of the parameters taken into account by these models are the hydraulic conductivity and storage coefficient, but with these models some assumptions, which in reality cannot be fulfilled, are made. An alternative approach to evaluate the area of influence is therefore with numerical models, which in a greater extent account for the site-specific conditions. Due to this, numerical models are more time consuming and require more input data. This project aims to investigate the most effective approaches to evaluate the area of influence due to artificial infiltration for a case study in Bromsten, located 15 kilometers northwest of Stockholm. Two numerical models, with different background data due to the extent of site knowledge, were developed to represent the site's geological settings and groundwater properties to simulate the groundwaterlevels with and without infiltration. Moreover the area of influence were calculated with four analytical models. All of the models were then applied on four different scenarios, in which the data resolution and the site knowledge increased. Site-specific data was added as a result of geological surveys and hydrogeological tests. The study also aims to answer which data is most important in order to determine the area of influence with analytical and numerical models and what differences there are between the analytical solutions compared with the numerical solutions. Among the methods investigated, constructing a more complex model with data from scenario 4, the scenario with the greatest data supply, resulted in the most reliable results and was therefore the best method and the method to choose for this case-study. Other results indicated that the numerical models first of all are sensitive to the conductivity and that the more simpel numerical model is sensitive to the storage coefficient as well. The last result shows that this model does not reach the steady state conditions as observed in field, which highlights the importance of goetechnical investigation for the numerical models. Moreover none of the numerical models were sensitive to the specific yield. Among the analytical models the storage coefficient was the most important followed by the conductivity. For one of the analytical models (Sichardts formula) the conductivity was the most sensitive parameter. The thickness of the aquifer had no significant impact on the analytical models.

The EU's Water Framework Directive aims to a long-term and sustainable use of our water resources and wants to ensure good water quality in Europe's water bodies. Discharge of polluted stormwater into receiving waters can be a threat to their ecological and chemical status. Municipalities are responsible for supervision of the environmental quality standards (EQS) and therefore need to gain knowledge of current stormwater management, the expected level of pollution emissions and possible appropriate purification steps to ensure that the goal of good water quality is achieved. This master thesis aims to provide this knowledge in the example case of Vallentunas urban area and wants to prepare future oversight so that it can be assessed how much the discharge of polluted stormwater into the local receiving water is a threat to its status. With the help of maps, aerial photographs, site observations and individual discussions those areas are mapped where appearance of moderate to highly polluted stormwater could be suspected. The degree of pollution at the discharge points is determined based on land use upstream and uses standard values according to the administrators assistance "Tillsyn av dagvatten" (MSL 2014). The study identifies 100 areas in need of supervision regarding their stormwater management. The information is digitized and made available to all affected departments in the municipality via the internal GIS. Through literature review this thesis highlights even the legal provisions for the supervision and its importance to the environmental quality standards and also consider the importance of the expected climate change for the stormwater pollution. The work emphasizes the importance of increased information flow and communication between the different actors that are significant for surface water management and environmental quality standards for water. For being able to look at the examination area from an international perspective the essay does a simpler comparison of the municipal supervision of stormwater management between Sweden and the state of Schleswig Holstein in Germany. / EU:s ramdirektiv för vatten syftar till ett långsiktigt och hållbart utnyttjande av våra vattenresurser och ska säkra en god vattenkvalitet i Europas vattenförekomster. Utsläpp av förorenat dagvatten till recipienterna kan vara ett hot för deras ekologiska och kemiska status. Kommunerna har tillsynsansvar för miljökvalitetsnormerna (MKN) och därför behov att få kunskap om nuvarande dagvattenhantering, förväntad föroreningsgrad av utsläppen och eventuella lämpliga reningsåtgärder för att säkerställa att målet med en god vattenkvalitet uppnås. Arbetets syfte är att hjälpa till att skaffa denna kunskap i exempelfallet Vallentuna tätort och förbereda framtida tillsyn så att det kan göras en bedömning av hur pass mycket utsläppet av förorenat dagvatten till den lokala recipienten är ett hot för dess status. Med hjälp av kartor, flygbilder, platsobservationer och enskilda samtal kartläggs områden där man kan förvänta sig uppkomsten av måttligt till starkt förorenat dagvatten. Föroreningsgraden vid utsläppspunkterna bestäms utifrån markanvändning uppströms och använder schablonvärden enligt handläggarstödet "Tillsyn av dagvatten" (MSL 2014). Undersökningen pekar ut 100 områden som har behov av tillsyn rörande deras dagvattenhantering. Informationen digitaliseras och görs tillgänglig för alla berörda enheter i kommunen via det interna GIS-systemet. Genom granskning av litteraturen belyses bl.a. även de rättsliga bestämmelserna för tillsynen och dess betydelse för miljökvalitetsnormerna samt att det tas hänsyn till förväntad klimatförändring. Arbetet betonar vikten av ett ökat informationsflöde och kommunikation mellan de olika aktörerna som har betydelse för dagvattenhanteringen och miljökvalitetsnormerna för vatten. För att se på uppsatsens undersökningsområde ur ett internationellt perspektiv görs även en enklare jämförelse av tillsynen för dagvattenhanteringen mellan Sverige och förbundslandet Schleswig Holstein i Tyskland.