Hydrological Modeling to Evaluate Flood Mitigation of Nature-Based Solutions: Case Study Ståstorpsån Catchment, Sweden
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Hydrologisk modellering för att utvärdera översvämningsreducering med naturbaserade lösningar : Fallstudie av Ståstorpsåns avrinningsområde (Swedish)
Abstract [en]
An intensification in flood events caused by changed climate conditions is increasingly affecting various interest groups and hence, the demand for improved water management is growing. This thesis addresses the challenges of setting up a hydrological model as a tool to analyze flood hazards. Furthermore, the role of wetlands as nature based solutions for flood mitigation, and the effects of their size, location, and interaction in networks is investigated. This study showed the extent of detailed input data and knowledge required to set up a hydrological model and the encompassing uncertainties. However, even with limited resources it was possible to set up a sufficiently operating hydrological model within SWAT+ for the Ståstorpsån catchment area (43 km²), resulting in an NSE of 0.56 and a PBias of - 7.8 for the calibration period. Within a variant study, this model was used to assess the impact of wetland size and location. The biggest implemented wetland with a provided buffer capacity of ~70 000 m³ showed a mitigation effect of up to 25 % on the highest yearly discharges with 1 m3/s / 2 m3/s (for reference, MQ = 0.3 m3/s). The effects of smaller wetlands (all with buffer capacities below 15 000 m³) were negligible. For higher discharges, even the largest wetlands showed only marginal effects, staying under 1 %. For lower discharges (0.6 m3/s / 1.2 m3/s ), mitigation effects were observed through the smaller wetlands as well. Smaller wetlands situated further upstream tended to reduce peak discharges more effectively than medium-sized wetlands located downstream, emphasizing the critical role of wetland placement. An increase in the mitigation effect of wetlands in networks compared to single standing wetlands, could not be confirmed. The identified reason for it is assumed to be due to the small size of the single wetlands that the network consists of. Overall, these findings provide insights into the strategic placement and design of wetlands to optimize flood mitigation in small catchments.
Abstract [sv]
Förändrade klimatförhållanden orsakar ett stigande antal översvämningar, som i sin tur påverkar allt fler intressenter. Därmed växer efterfrågan på förbättrad vattenhantering. Denna rapport avhandlar de utmaningar som relaterar till sammansättningen av en hydrologisk modell använd till att analysera risken för översvämning – framför allt våtmarkers naturliga roll i att mildra översvämningar, dess påverkan, storlek, och interaktion i nätverk. Denna studie visade hur stor andel av detaljerade data för input, samt kunskap, som behövdes för att bygga en hydrologisk modell och vilka osäkerheter som fanns. Trots begränsade resurser lyckades en tillräckligt fungerande hydrologisk modell byggas inom SWAT+ för Ståstorpsåns avrinningsområde (43 km²), vilket resulterar i ett NSE på 0.56 och ett PBias på - 7.8 under kalibreringsperioden. Modellen var använd i en variantstudie för att bedöma effekterna av våtmarkers storlek och placering. Den största implementerade våtmarken med en buffertkapacitet på ~ 70 000 m³ visade en effekt på upp till 25 %på HQ med en årlig återkomstperiod på 1 m3/s / 2 m3/s (för referens: MQ = 0.3 m3/s). Den näst största våtmarken med en buffertkapacitet på ca. 15 000 m³ visade däremot endast en enstaka effekt på mindre än 1 % för samma HQ. För högre utsläpp uppkom enskilda och ytterst små avvikelser på mindre än 1 % minskning, och en delvis ökning av toppavrinningen observerades. Mindre våtmarker påverkade även lägre utsläpp (0.6 m3/s /- 1.2 m3/s ). I detta fall var mindre våtmarker belägna uppströms mer benägna att visa en minskad inverkan på toppavrinningen jämfört med medelstora våtmarker placerade längre nedströms, vilket belyser vikten av våtmarkernas placering. Att en mer dämpande effekt i våtmarksnätverk jämfört med enstaka våtmarker kunde inte bekräftas. Orsaken till detta antas bero på att storleken av våtmarkerna inom nätverken utgörs av mindre enskilda våtmarker.
Place, publisher, year, edition, pages
2025.
Series
TRITA-ABE-MBT ; 251
National Category
Environmental Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-358103OAI: oai:DiVA.org:kth-358103DiVA, id: diva2:1924791
Educational program
Degree of Master - Environmental Engineering and Sustainable Infrastructure
Supervisors
Examiners
2025-01-072025-01-072025-01-07Bibliographically approved