Detta projekt syftar till att utveckla och utvärdera en datadriven metod för analys grundvatten-ytvatteninteraktioner. Dessa interaktioner analyseras med hjälp av tidsserieanalys och överföringsfunktionsmodellering för att skapa modeller för grundvattennivå, vattenflöde och nivå i vattendrag. Metoden tillämpas på ett tunnelprojekt i Kolmården, Sverige, där ett ytvattendrag riskerar att påverkas pga tunnelinducerad grundvattensänkning. Metoden består av två modelleringssteg. I första steget utvecklas grundvattennivåmodeller (GWM). I det andra steget används GWM för att utöka befintliga tidsserier för grundvattennivåer och utveckla tre typer av modeller: modeller som uppskattar basflöde (BFM), vattenflöde i vattendrag (TFM) och vattennivå i vattendrag (SLM). Dessutom simuleras resultaten med 18 olika metoder för att uppskatta potentiell evapotranspiration för att se hur olika metoder påverkar resultaten. Den utvecklade metoden är en förenklad och datadriven metod för att analysera interaktioner mellan grundvatten och ytvatten, vilket gör det möjligt att studera t.ex. hur tunnelinducerad grundvattensänkning kan påverka ett vattendrag. Fortsatt utveckling rekommenderas, t.ex. att använda ytterligare olika mått för utvärdering av modellen och att simulera olika scenarier för läckage med pumptestdata. Metoden visar lovande möjligheter till effektiv modellering av den dynamiska responsen hos grundvattenberoende ytvatten och kan ses som ett ytterligare verktyg för att representera hydrogeologiska system.

This project aims to develop and evaluate a data driven method for analysing groundwater-surface water interactions. These interactions are analysed by using time-series analysis and transfer function modelling to create models for groundwater head, stream flow and stream level. The method is applied to a case study: a tunnelling project in Kolmården, Sweden, where a recipient stream in a nature reserve risks being affected by tunnel-induced groundwater drawdown due to leakage. The method consists of two modelling stages. In the first stage groundwater head models (GWMs) are developed. In the second stage, the GWMs are used to extend existing groundwater head time series and develop three types of models: models that estimate baseflow (BFM), stream total flow (TFM), and stream level (SLM). Additionally, the results are simulated using 18 different methods for estimation of potential evapotranspiration, to see how different methods impact results. Results from the first modelling stage indicate higher model performance for models representing groundwater level in soil, compared to rock, and for models using longer calibration periods across all four seasons. Results from the second modelling stage present very poor results for the stream baseflow models (BFMs), which is probably related to the baseflow separation procedure’s inability to account for specific local conditions. Total stream flow models (TFMs) and stream level models (SLMs) perform much better, with R2-values around 0.6 in validation. However, all models show signs of overfitting, with R2-values above 0.8 in calibration. The contribution from groundwater head to the variations seems to be higher for the SLMs. The developed method constitutes a simplified and data driven approach for analysing groundwater-surface water interactions, making it possible to study, e.g., how tunnel-induced groundwater drawdown might affect a watercourse. Further development is recommended, e.g., using additional model evaluation metrics and simulating different leakage rate scenarios with pump test data. The method shows promise for allowing effective modelling of the dynamic response of groundwater-fed surface water to hydroclimatic variables, and can be seen as an additional tool for representing hydrogeological systems.