<p>An excessive input of nutrients to lakes and other water bodies has created a problem with eutrophication in Sweden. Untreated, or partially treated, domestic sewage is a major source for discharge of phosphorus (P), which is the nutrient most frequently responsible for eutrophication of most fresh waters and the Baltic Sea. The waste water can be cleaned by filter materials, which have a high P-retention ability and which after saturation may be used as fertilizers. Four potentially suitable filter materials were tested in batch- and column experiments in this study. In the batch experiments, the following materials were shaken with waste water in time series ranging from 5 seconds to 60 minutes: coarse (1-4 mm) and fine (0-2 mm) Polonite® (heated bedrock from Poland); Filtralite® (light expanded clay aggregates with limestone added before burning); water cooled blast furnace slag (BF-slag) and BF-slag mixed with 10% burned limestone. In the column experiment, the phosphorus sorption capacity in BF-slag and BF-slag mixed with burned limestone was observed under saturated and unsaturated flow conditions for 10 weeks. The waste water used in both experiments originated from the full scale testing site at Ångersjön in Sweden. After the column experiment was ended, the filter materials were investigated with XRD (X-ray diffraction) and SEM (scanning electron microscope) in order to figure out which chemical reactions that had taken place.</p><p>The results from the batch experiments show that fine Polonite® and BF-slag mixed with limestone have the fastest P sorption capacity. Already after 5 seconds of shaking the materials showed effective retention of P. The coarse Polonite®, Filtralite® and BF-slag showed similar sorption capacities, although the coarse Polonite® tended to be somewhat inferior. The column studies showed that the materials used in the columns had a sorption capacity of 98 % or more. The XRD and SEM indicated that an amorphous calcium-P-compound was created in the filter material.</p> / <p>I Sverige är reningen av fosfor i vatten från enskilda avlopp ofta bristfällig, vilket bland annat kan leda till övergödning av sjöar, hav och vattendrag. Sedan några år tillbaka har olika filtermaterial med speciella reaktiva egenskaper, som bland annat avskiljer fosfor från avloppsvatten, undersökts. Tanken med filtermaterialen är att de efter mättnad med näringsämnen ska kunnas användas som jordförbättringsmedel. I denna rapport har några olika filtermaterial, lämpade för fosforavskiljning, undersökts genom skak- och kolonnförsök. I skakförsök, där skaktiderna varierade mellan 5 sekunder och 60 minuter, testades Polonite®, Filtralite®, Hyttsand och Hyttsand blandad med 10 % bränd kalk. Polonite® är en upphettad form av bergarten opoka varav två olika kornstorleksfraktioner (0-2 mm och 1-4 mm) användes. Filtralite® och Hyttsand är antropogena filtermaterial. Filtralite® tillverkas i Norge och består av kalkhaltiga kulor av expanderad lera (Leca®). Hyttsand framställs genom vattenkylning av masugnsslagg som bildas vid framställningen av råjärn vid stålverket i Oxelösund. I kolonnförsöken, som utfördes under 10 veckor, studerades Hyttsand och Hyttsand blandad med 10 % bränd kalk under omättade och mättade flödesförhållanden. I samtliga experiment användes avloppsvatten från reningsverket vid Ångersjön, där Filtralite® och Hyttsand testas i fullskala. Efter kolonnförsöken avslutats undersöktes filtermaterialen med XRD (röntgendiffraktion) och SEM (svepelektron mikroskop) för att utreda vilka mekanismer som medverkat vid avskiljningen av fosfor.</p><p>Resultaten från skakförsöken visade att finkornig Polonite® och Hyttsand blandad med kalk avskiljer fosfor effektivt redan efter skakning i 5 sekunder. Grovkornig Polonite, ren Hyttsand och Filtralite® sorberade fosfor tämligen likartat, även om den grovkorniga Poloniten® tenderade att vara aningen sämre än de övriga. Resultaten från kolonnförsöken visade att fosfor kunde avskiljas till över 98 % i alla kolonner och att det bildats amorfa fosfatföreningar, främst med kalcium, under den 2,5 månader långa experimentperioden.</p>

A growing human population and demands for food, freshwater and energy are causing extensive changes in the water and biogeochemical cycles of river catchments around the world. Addressing and investigating such changes is particularly important for transboundary river catchments, where they impose additional risk to a region’s stability. This thesis investigates and develops data-driven methodologies for detecting hydro-climatic and nutrient load changes and their drivers with limited available data and on different catchment scales. As a specific case study, we analyze the Sava River Catchment (SRC) and compare its results with other world regions. A past–present to future evaluation of hydro-climatic data is done on the basis of a water balance approach including analysis of historic developments of land use and hydropower development data and projections of the Coupled Model Intercomparison Project, Phase 5 (CMIP5) output. Using observed water discharge and nutrient concentration data, we propose a novel conceptual model for estimating and spatially resolving total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) input and delivery-retention properties for a river catchment and its nested subcatchments, as well as detection of nutrient hotspots. The thesis identifies hydroclimatic change signals of hydropower-related drivers and finds consistency with other world regions. The proposed nutrient screening methodology provides a good distinction between human-related nutrient inputs and landscape-related transport influences on nutrient loading at subcatchment to catchment scale. A cross-regional comparison of the SRC data with the Baltic region shows similarity between nutrient-relevant indicators and driving socio-economic and hydro-climatic conditions. The study highlights a number of complexities with regard to CMIP5 model representation of water fluxes. The large intermodel range of CMIP5 future projections of fluxes calls for caution when using individual model results for assessing ongoing and future water and nutrient changes. / <p>QC 20170516</p> / VR 2009-3221 / FORMAS 2014-43

Den här studien har sökt kartlägga och kvantifiera hur olika metoder att ansätta avrinningskoefficienter påverkar simuleringsresultaten vid hydraulisk modellering av spillvattenförande ledningssystem. Olika metoder att ansätta avrinningskoefficienter tillämpades på två modellområden av olika karaktär. Varje modellområde bestod av mindre delavrinningsområden kopplade till en ledningsnätsmodell i modellverktyget MIKE URBAN. I MIKE URBAN kopplas ledningssegment i ledningsnätsmodellen samman av noder, även tillrinningen från modellområdets delavrinningsområden har sitt inlopp i dessa noder. Noderna kan motsvara nedstigningsbrunnar, tillsynsbrunnar och rännstensbrunnar i det verkliga ledningsnätssystemet (Blomquist et al. 2016). Skillnader i absolut maximalt nodvattendjup mellan olika metoder att ansätta avrinningskoefficienter visualiserades i kartbilder. Resultaten visade att det uppstod skillnader i ledningsnätsmodellernas maximala simulerade nodvattendjup när olika metoder att ansätta avrinningskoefficienter användes. Med regressionsanalyser undersöktes samband mellan relativ förändring i reducerad area och relativ förändring i simulerade maximala nodvattendjup mellan olika metoder att ansätta avrinningskoefficienter. För noder längst uppströms i ledningssystemet påvisades ett positivt linjärt samband mellan relativ förändring i maximalt nodvattendjup och relativ förändring i ansluten reducerad area. Sambandet mellan relativ förändring i maximalt nodvattendjup och relativ förändring i reducerad area skiljde sig i styrka för olika modellsimuleringar. För modellområde J som har ett helt separerat spillvattennät och en homogen bebyggelse låg förklaringsgraden på omkring 50 procent för samtliga modellscenarier. I samtliga modellscenarier för modellområde J låg det maximala nodvattendjupet över nedströms ledningshjässa vilket kan tyda på att begränsningar i ledningsdimensioner har inverkan på det maximala simulerade nodvattendjupet. För modellområde E var sambandet mellan relativ förändring i maximalt nodvattendjup och relativ förändring i ansluten reducerad area starkare än för modellområde J för en majoritet av simuleringsscenarierna. Resultaten bör betraktas utifrån studiens begränsade omfattning samt utifrån att modellerna är teoretiska då de inte kalibrerats mot mätdata. Studien visualiserar dock att beroende på vilken metod som använts för att ansätta avrinningskoefficienter kan skillnader i simuleringsresultat bli stora för vissa delar av modellområdet. Fortsatta studier är därför viktiga för en ökad transparens vid hydraulisk modellering av ledningsnätssystem och för att tydliggöra osäkerheter som är kopplade till avrinningskoefficienter.

Klimatförändringarna kan komma att påverka den hydrologiska cykeln på en global skala. Förändringarna kommer tydligast att märkas på ytan, med ökande neder-bördsmängder, en ökad avdunstning och ett minskat snötäcke. Det som sker vid ytan har dock en stor inverkan på vad som sker med grundvattnet och varierar i hög grad mellan magasin, rådande klimat och markanvändning. Den Europeiska miljöby-rån har därför eftersökt att framtida grundvattenförhållanden undersöks på lokala ni-våer. Hedesundaåsen valdes till denna studie på grund av att dess vattenmagasin an-vänds som dricksvattentäkt, utan mänsklig modifiering på dess tillrinning. Inga lik-nande studier har tidigare utförts på Hedesundaåsen. Den är en rullstensås i Gävle-borgs län som förser befolkningen i Hedesunda med dricksvatten. Syftet med detta arbete har varit att presentera en bild över hur grundvattnet i Hedesundaåsen kan komma att påverkas i ett framtida klimat. Den hydrologiska modellen HBV-light kalibrerades för tidsperioden 2000-2009 med hjälp av meteorologiska mätvärden från SMHI, och validerades mot tidsperioden 2011-2017. Simuleringar utfördes för tidsperioderna 2022-2050 samt 2072-2100. I simuleringarna användes två vitt skilda framtidsscenarier för att täcka in en stor bredd över framtida möjliga scenarier. Simuleringarna i studien visade genomgående på trender med ökande grundvattennivåer och -bildning oavsett scenario. Beroende på valt scenario kan grundvattennivån enligt simuleringarna komma att öka med mellan 6,3–11,5 % och grundvattenbildningen med mellan 4,8–13,6 % för tidspe-rioden 2072-2100 jämfört med tidsperioden 1988-2017. En liknande studie som ti-digare genomfördes i ett närliggande område visade på en ökning av grundvatten-bildning med upp till 15 % i slutet av seklet. En jämförelse av resultaten mellan stu-dierna gör det troligt att resultaten från Hedesundaåsen mycket väl kan vara kor-rekta. Det står klart efter denna studie att klimatförändringarna kommer att påverka grundvattnet i Hedesunda i framtiden. Osäkerheterna om detaljerna är dock många, då de framtida scenarierna endast är en uppskattning över hur nederbörd, tempera-tur etc. kommer att påverkas i ett framtida klimat. Osäkerheten byggs på av att dessa faktorer används som en prognos i en hydrologisk modell som också innehåller osäkerheter från den matematiska modellen och framtidsscenarierna. Trots de många osäkerheterna kan simuleringarna ge en indikation över hur klimatföränd-ringarna kan komma att påverka grundvattnet i framtiden, och de kan användas för att förbereda samhället för möjliga framtida konsekvenser av grundvattnets föränd-rade kvantitet och i förlängningen även vattenkvaliteten. / Climate change may affect the hydrological cycle on a global scale. The changes will most clearly be noticed on the surface, with increasing precipitation amounts, in-creased evaporation and a reduced snow cover. What happens at the surface has a great impact on what happens to the groundwater, and varies greatly between the different water storages, the prevailing climate and land use. The European Environ-ment Agency has therefore sought to investigate future groundwater conditions at local levels. The Hedesunda esker was chosen for this study because it is used as a water source without human modification of its inflow. No similar studies have pre-viously been performed on the Hedesunda esker. It is an esker in Gävleborg County, which supplies drinking water to the population in Hedesunda. The purpose of this study has been to present how the groundwater in the Hedesunda esker may be af-fected in a future climate. The hydrological model HBV-light was calibrated for the time period 2000-2009 us-ing meteorological measurements from SMHI, and validated against the time period 2011-2017. Simulations were performed for the time periods 2022-2050 and 2072-2100. In the simulations, two widely different future scenarios were used to cover a large range of possible future scenarios. The simulations in the study consistently showed trends with increasing groundwater levels and recharge, regardless of the scenario. Depending on the chosen scenario, the groundwater level according to the simulations may increase by between 6.3–11.5 % and the groundwater recharge by between 4.8–13.6 % for the period 2072-2100. A similar study, previously con-ducted in a nearby area, showed an increase in groundwater recharge by up to 15 % at the end of the century. A comparison of the results between the studies makes it likely that the results from the Hedesunda esker may well be correct. It is clear after this study that climate change will affect the groundwater in Hede-sunda in the future. The uncertainties about the details are many, as the future sce-narios are only an estimate of how precipitation, temperature etc. will be affected in a future climate. The uncertainty is based on the fact that these factors are used as a forecast in a hydrological model, which also contains uncertainties from the mathe-matical model and the future scenarios. Despite the many uncertainties, the simula-tions can give an indication of how climate change may affect the groundwater in the future, and can be used to prepare society for possible future consequences of the groundwater's changed quantity and, in the long run, also the water quality.

Denna rapport avhandlar olika vatten- och avloppslösningar vid en eventuell exploatering av samhället Hemfosa i Haninge kommun. Hemfosa är idag hem till ungefär hundra personer och är inte anslutet till den allmänna vatten- och avloppsförsörjningen. För att vara förberedda på den förväntade befolkningsökningen i Sverige gav regeringen i september 2017 ett förslag på exploatering av nio olika områden där Hemfosa var ett av dem. Året därpå skrev Haninge kommun under en avsiktsförklaring för byggnation av 12 000 nya bostäder, som kan komma att bli hem för 30 000 personer, fram till år 2050. Det finns många olika vatten- och avloppslösningar, förkortat till VA-lösningar, som har olika fördelar, nackdelar och mervärden. Dessa jämfördes med varandra och en sammanställning av olika möjliga kombinationer gjordes. Rapporten fokuserar främst på en minskad vattenförbrukning men tar också upp andra relevanta parametrar såsom nyttjande av näringsämnen och minskad energiförbrukning i samhället. Förslag på både gammal och ny teknik samt lösningar på tekniska problem avhandlas med fokus på ett hållbart samhälle. En kombination av flera olika lösningar är att föredra.

För att framställa konstgjort grundvatten används idag infiltrationsbassänger som främsta metod i Sverige. Ytvatten pumpas upp till bassänger med sandfilter i botten där vattnet kan infiltrera för att sedan spridas och vidare filtreras genom underliggande rullstensås för att slutligen fylla på grundvattenmagasinet. I infiltrationsbassänger sker dock igensättningar till följd av lösa partiklar, kemiska utfällningar eller att porerna i sanden växt igen av biologiska processer. Detta är ett oundvikligt problem då allt ytvatten som används innehåller mer eller mindre löst kol. Dessutom sker igensättningarna i nuläget på okänd yta och djup. Uppsala Vatten och Avfall AB har en hypotes att en bassäng med sluttande botten, istället för den nuvarande plana botten, skulle kunna ge ökad kontroll över var igensättningen sker. Syftet med projektet var att ta fram underlag till Uppsala Vatten och Avfall AB och utreda om deras hypotes stämmer. Frågeställningen för projektet var hur kontrollerat och effektivt infiltrationen sker med avseende på igensättning i en infiltrationsbassäng med plan botten jämfört med en bassäng med sluttande botten. För att undersöka detta sammanställdes en litteraturstudie och sakkunniga inom området tillfrågades för utlåtande via både e-post och personlig kontakt. Ett flertal olika beräkningsmodeller skapades och dessa modeller användes för att beräkna horisontella hastigheter, storlek på infiltration, vattenpelare, tider att fylla bassänger med mera. Modellerna programmerades för att kunna varieras med olika värden för olika parametrar, detta för att koden enkelt skulle kunna anpassas efter olika förutsättningar. Resultatet av beräkningarna med antagna begynnelsevärden visar att den totala infiltrationen för en plan bassäng kommer att vara betydligt större än den för en sluttande bassäng. Detta förklaras med att den plana bassängen har en dubbelt så stor volym och på grund av detta en dubbelt så stor vattenpelare. Om volymen istället skulle vara lika stor för de båda typerna av bassängerna skulle det dock vara svårare att avgöra vilken som infiltrerar mest. Utifrån studiens resultat är det dock svårt att presentera tydliga slutsatser. Detta eftersom beräkningarna gjorts på begynnelsevärden och antaganden som inte speglar verkligheten helt. Det finns däremot indikationer på att igensättning i en bassäng med sluttande botten sker gradvis över filtersanden, vilket är till fördel för ökad kontroll. Drift och underhåll av bassängen kommer inte skilja särskilt mycket mellan en plan eller en sluttande bassängbotten. Det som dock förblir svårt att avgöra är vilket alternativ av botten som ger en effektivare infiltration. Detta då data saknas kring hur påverkad den hydrauliska konduktiviteten i filtersanden blir av igensättningar. Projektet är komplext och det kan därför vara en god idé att följa upp teorin med praktiska försök. För fortsatta undersökningar bör det testas hur en sluttande botten kommer att fungera i praktiken, närmare bestämt hur skillnaden i infiltrationskapacitet skiljer sig och vad skillnaden i drift är för en plan gentemot en sluttande botten. Vidare bör det undersökas om sanden förflyttar sig på grund av isbildning vintertid för en sluttande bassängbotten, om det kan vara en god idé att ha ett djupare sandlager i den djupare delen av bassängen samt huruvida idén att exempelvis använda en mer finkornig sand i den djupa delen av den sluttande bassängbotten är tillämplig.

Assessment of concrete buttress dams today consists of using analytical methods to investigate the stability in different failure modes. However, they simplify the problem at hand and neglect certain important features linked to geometry and thus not truthfully appraise the structures real stability.  This could be economically costly in assessments of both existing dam structures as this would eventually lead to unwarranted rehabilitation. The same can be said for dams under design.   Kalhovd dam is a concrete buttress dam that has recently undergone assessment where certain sections proved unstable in either failure mode. This study focused specifically on a buttress, numbered 49, of said dam which was deemed in the assessment to be unstable in the overturning and sliding failure mode.   The methodology used was to assess and compare stability for different methods of calculation, meaning analytical versus numerical analysis. The numerical analysis was performed with two-dimensional finite element analyses in a commercial FEM-software called ATENA which focuses on reinforced concrete structures. The numerical models made, were then probabilistically analysed by randomizing various material parameters to see their effect on stability. Some FEA models discarded the conventional way of modelling loads, as required by standards, to more realistically portray load actions on dams based on historical measurement.   Results from this study showed dissimilarity of stability for buttress 49 depending on which method of analysis was performed. Analytical methods proved to yield the most conservative results and concluded the structure unsafe, while including an accurate representation of the geometry in FEA models improved the stability such that it can be considered stable against load actions stated in guidelines.   Furthermore, material parameters randomized in the probabilistic analysis substantiated that various concrete variables had relatively little effect on structural overall strength in the most common failure modes.

Elevated levels of arsenic (As) in Bangladesh groundwater has emerged as a massive calamity exposing a large population to the risk of As toxicity from drinking water sources and agricultural products. Holocene alluvial aquifers in the delta- and flood-plains of the Ganges-Brahmaputra- Meghna (GBM) river systems are severely affected by high levels of As in groundwater. Groundwaters abstracted from Holocene alluvial aquifers of shallow depth (&lt;150 m) contain As at concentrations mostly above WHO provisional drinking water guideline value of 10 μg/l whereas groundwater from the Holocene deeper aquifers (usually &gt;150 m) and the Plio- Pleistocene aquifers contain low-As (&lt;10 μg/l) water.The study reveals that the local and regional scale variations in groundwater composition, levels of As concentrations and the redox conditions are governed by the geological attributes of the aquifers. Groundwater in the grey to dark grey argillaceous sediments where organic matter and micas are abundant contain high concentration of dissolved As. Concentrations of As is generally low in the groundwater abstracted from the light grey to yellowish brown arenaceous sediments. A major proportion of As in the dark grey sediments is bound to poorly crystalline and amorphous metal-oxyhydroxides, particularly Fe-oxyhydroxides, that are readily mobile. On the other hand, As concentrations in the light grey to yellowish brown sediments are low and predominantly bound to less mobile stable crystalline phases. Redox reactions linked to the degradation of organic matter are the potential mechanism of As mobilisation through reductive dissolution of Fe-oxyhydroxides in grey to dark grey sediments in the Holocene shallow aquifers. This is reflected in groundwater compostion that is characterised by high concentrations of As, HCO3 -, Fe and dissolved organic carbon (DOC). However, concentration of dissolved Fe is probably controlled by the precipitation of secondary Fe-minerals like siderite (FeCO3), vivianite [Fe3(PO4)2 8H2O] and pyrite (FeS2). Weathering of biotite [K (Fe, Mg)3 AlSi3O10 (F, OH)2] is one of the major sources of Fe-oxyhydroxides in the sediment and thus plays a significant role in the processes of As mobilisation in groundwater.High concentrations of As and salinity are the major constraints for groundwater development in the Holocene alluvial aquifers of the Meghna basin. The Holocene shallow aquifers (&lt;150 m) are high in dissolved As and salinity, while the Holocene deeper aquifers (&gt;150 m) are low in As but contains pockets of saline groundwater. Molar ratios of Cl-/HCO3 - and Na+/Cl- indicate mixing of relict seawater with the freshly recharged water in these aquifers. Groundwater abstracted from the Pliocene Dupi Tila aquifer located at relatively higher elevations along the eastern part of the Meghna basin is not affected by As and salinity. Stable hydrogen (δ2H) and oxygen (δ18O) isotopes indicate relatively fast groundwater recharge rate with insignificant evaporation effect in the Meghna basin. The groundwater samples from shallow aquifers show relatively wider variations in isotopic composition than the deeper ones indicating multiple recharge regimes. Abstraction of groundwater from the Holocene deeper low-As aquifers for drinking purposes should thus be be properly guided to minimise the risk of cross-contamination and installation of high-capacity irrigation wells in the deeper aquifers must be avoided for sustainable drinking water supplies. / QC 20100809

Most of the coastal areas around the globe depend on coastal aquifers vulnerable to salt water intrusion. The Salalah plain in southern Oman is underlain by a shallow limestone aquifer extending north up to the foot of the Jabal AlQara which reach a height of about 1000 m. A major part of the recharge to the aquifer is through fog condensation on the forest on the upper slopes of the mountain. Increasing population and water use for agriculture has caused limited salt-water intrusion. There is an urgent need for management of the aquifer to avoid further intrusion. A numerical flow model was developed for the Salalah coastal aquifer using both the MODFLOW and the MT3DMS computer codes to study the present water flow and future water turnover, the latter under different scenarios. The fog collecting forest is under threat due to the browsing of herds of camels. Recharge of treated wastewater is a management measure already in operation. Other management options considered, are restrictions on the use of water in irrigation and improvements in irrigation practices. Still another measure is reforestation of Jabal AlQara. / QC 20100817

The research focus is on the various modeling aspects of flow and sediment transport in water bodies and watersheds. The interaction of flow with a mobile bed involves a complex process in which various turbulent scales characterized by coherent structures cause a chaotic sediment motion. In many rivers and natural waterways secondary flows that are dominating flow struc-tures bring about more complications. In estuaries and open waterbodies thermal stratification and internal mixing control the flow structure besides the flow interaction with the mobile bed. To adequately model these processes 3D coupled flow and transport models are needed. The research is based on use and adaptation of open source codes for 3D hydrodynamic and sediment transport model known as Estuarine Coastal Ocean Model (ECOMSED) and the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. A bed load transport model was developed and coupled to ECOMSED. The flow and sediment transport characteristics in a curved channel and a river reach were successfully captured by the model. Improvements in ECOMSED were made to study the effect of wind and basin bathymetry on mixing and flow exchange between two estuaries. Using spectral analysis the hydrological component of SWAT model was investigated for its applicability under limited data conditions in three Ethiopian catchments. / QC 20100827