Hydrologiska modeller



Relevanta dokument
HYPE-modellen Hydrological Predictions for the Environment

Mätningar och Modeller. Hydrologi för länsstyrelser

TILLGÄNGLIGHET TILL UPPGIFTER FRÅN SMHI

Metodkonferensen Norrköping, Osäkerheter i hydrologiska modeller

HUVA - Hydrologiskt Utvecklingsarbete inom Vattenkraftindustrin. Tillrinning. Björn Norell

Framtidens översvämningsrisker

Göran Lindström & Joel Dahné. Snödjupsmätningar för uppdatering av prognosmodeller

Påverkan, anpassning och sårbarhet IPCC:s sammanställning Sten Bergström

Klimat och hydrologi

Analytical uncertainties and model output

Begreppsmässiga avrinningsmodeller tillförlitliga verktyg i vattenplaneringen?

AVBÖRDNINGSKURVOR historik och standardisering

Hydrologi, grunder och introduktion

Tidsserier och vattenkraftoptimering presentation

Analys av klimatförändringars inverkan på framtida vattenstånd i Glafsfjorden/Kyrkviken

Vattenståndsberäkningar Trosaån

Beräknad naturlig vattenföring i Dalälven

Om patogener i en svensk vattentäkt om modellering och validering

Marin försurning ett nytt hot mot Östersjöns och Västerhavets ekosystem. Anders Omstedt och BONUS/Baltic-C gruppen

Chantal Donnelly, Berit Arheimer, Hydrologienheten, FoU. Hur kommer vattenflöden och näringsämnestransport i Sverige och Europa att påverkas?

Angela Lundberg & Nils Granlund, LTU David Gustafsson & Jesper Ahlberg, KTH Göran Lindström, SMHI Finansiärer: SVC, HUVA & Kempestiftelsen

Klimat- och sårbarhetsutredningen

För Göta Älv har istället planeringsnivåer tas fram för de olika havsnivåpeakar som uppstår i samband med storm, exempelvis som vid stormen Gudrun.

Den svenska hydrologiska tjänsten Gunlög Wennerberg

Klimatet förändras hur påverkas vattenkraften? Sten Bergström

The Arctic boundary layer

P Kontroll och inmätning av diken i potentiella utströmningsområden i Laxemar. Valideringstest av ythydrologisk modellering

RADIATION TEST REPORT. GAMMA: 30.45k, 59.05k, 118.8k/TM1019 Condition D

SWETHRO. Gunilla Pihl Karlsson, Per Erik Karlsson, Sofie Hellsten & Cecilia Akselsson* IVL Svenska Miljöinstitutet *Lunds Universitet

Hydrologiska Prognosmodeller med exempel från Vänern och Mölndalsån. Sten Lindell

Klimatförändringarnas effekter på vattenkraften

Tema A Dagvattenkvalitet från regn till recipient. Godecke Blecken Tekn dr, Forskarassistent Stadens vattensystem/va-teknik LTU

Klimatanpassning i utvecklingsländer svensk expertis på export

Har (förändringar i) klimat eller markanvändning störst betydelse för ändringen i höga flöden?

Distribuerade system för förbättrade snöoch avrinningsprognoser Integration i hydrologiska modeller Rapport 3, 2010

Kommer klimatförändringen påverka återhämtning i sjöar och vattenddrag?

Geografiska informationssystem (GIS) för analys av parasitkällor i ytvattentäkter

Geoenergi REGEOCITIES i Karlstad. Jessica Benson & Oskar Räftegård Karlstad

Vad händer med havsnivån i Stockholms län - vad behöver vi planera för? Sten Bergström SMHI

Mätsystem för förbättrade snö- och avrinningsprognoser

Joel Dahné, David Gustafsson, Barbro Johansson Vindrelaterad snöfördelning i hydrologiska modeller

Isolda Purchase - EDI

Hur står sig svensk polarforskning nationellt och internationellt? Ulf Jonsell

Rapporter / Reports Reports written in English are marked with a

Framtida klimat i Stockholms län

Den framtida redovisningstillsynen

Vad händer med havsnivån i Stockholms län - vad behöver vi planera för? Signild Nerheim SMHI

Hydrologins vetenskapliga grunder

Snövattenekvivalentuppskatning med markradar

DAGVATTENKVALITETSMODELLER VILKA FINNS OCH HUR VÄLJER MAN?

Ola Hammarberg Vattenregleringsföretagen Östersund

Översvämningskartering av Rinkabysjön

Linnéa Gimbergson, Barbro Johansson, Julia Zabori, Joel Dahné, Johan Södling, Carolina Cantone. Klimatdatatjänster för Europa Clim4Energy och SWICCA

CEATI DSIG Steg 1 Flood Hazard Estimation Methods for Dam Safety. Fredrik Persson

Från klimatmodell till hydrologiska tillämpningar

Elin Sjökvist och Gustav Strandberg. Att beräkna framtidens klimat

FRAMTIDA HAVSNIVÅER I NYNÄSHAMNS KOMMUN?

HYDRAULIK Rörströmning IV

Korrektion av systematiska fel i meteorologiska prognoser: en förstudie om vårflodsprognoser

Åmsele Arbetet är utfört på uppdrag av Statens Räddningsverk Norrköping mars 1999

Elin Sjökvist och Gustav Strandberg. Att beräkna framtidens klimat

UMEDIM-2. Projekt VATTENREGLERINGSFÖRETAGEN UMEÄLVEN UMEÄLVEN ÅNGERMANÄLVEN INDALSÄLVEN LJUNGAN LJUSNAN DALÄLVEN

Nilson Group AB. Från informationsförädling till affärsnytta och aktivt styrmedel. CIO Torsten Balslev

Ett finskt perspektiv på näringsbalans

HYDROIMPACTS 2.0 Föroreningstransporten i den omättade markzonen. Magnus Persson. Magnus Persson, Lund University, Sweden

PM Hydrologi. Dimensionerande vattenstånd i Mortsbäcken

Stadsbyggnadskontoret i Göteborgs Stad har inhämtat simuleringsresultat från MSB för 100 års, 200 års och beräknat högsta flöde (BHF).

Kurskod: TAIU06 MATEMATISK STATISTIK Provkod: TENA 31 May 2016, 8:00-12:00. English Version

HYDRAULIK Rörströmning IV

Avbördningskurva utan fältmätningar?

Vad händer med vattnet i öppna dagvattenlösningar hur funkar de? Hendrik Rujner Doktorand Stadens Vatten, LTU Luleå

SMHIs nya mätmetoder inom hydrologi Flödesmätningar med hydroakustik. Stina Nyman & Mikael Lennermark

Modellering och simulering av rötningsprocesser

Utströmningsmönster för grundvatten och radioisotoper i ytvatten

Brännland Sörfors Arbetet är utfört på uppdrag av Statens Räddningsverk Norrköping mars 1999

Uppbyggnad och tillämpning av en vattendragsmodell för Emån Ola Nordblom Lars-Göran Gustafsson Mona Sassner Paul Widenberg. Holsbybrunn

This exam consists of four problems. The maximum sum of points is 20. The marks 3, 4 and 5 require a minimum

FaR-nätverk VC. 9 oktober

Design by Voice. Azzaro

Framtidsklimat i Hallands län

Snötäckningsgrad från satellitobservationer i HBV-96 Barbro Johansson Karen Lundholm Anders Gyllander

Pre-Test 1: M0030M - Linear Algebra.

Extremhändelser och klimat

Vattendragsteknik, KTH Avdelning inom Inst. för mark- och vattenteknik. Computational Fluid Mechanics

SVENSK STANDARD SS-EN ISO 19108:2005/AC:2015

What Is Hyper-Threading and How Does It Improve Performance

Fysisk aktivitet och hjärnan

7!34% 7!34% !34% 52-53,/

Översiktlig beräkning av avdunstning från fri vattenyta Risängen

HUR VÄL STÄMMER RESULTAT FRÅN MÖGELMODELLER MED VERKLIGHETEN

EXPEDITIONSRAPPORT FRÅN U/F ARGOS CRUISE REPORT FROM R/V ARGOS

Bräddning - problemets omfattning i svenska tätorter

Schenker Privpak AB Telefon VAT Nr. SE Schenker ABs ansvarsbestämmelser, identiska med Box 905 Faxnr Säte: Borås

Framtagning av nytt fosforberäkningssätt. för diffus belastning, retention och tillförsel till havet för PLC5 rapporteringen 2007

Hur kan GIS-modellering utgöra ett stöd för mikrobiell riskvärdering? Johan Åström, Tyréns AB

Det här med levels.?

Lagring av vatten för att möta vattenbrist i kustnära områden

Effekter i skog, mark och vatten. Presenterat av Filip Moldan (IVL), Martin Rappe George (SLU) och Göran Lindström (SMHI)

Brandriskprognoser med hjälp av en skiktad markfuktighetsmodell

STORSEMINARIET 3. Amplitud. frekvens. frekvens uppgift 9.4 (cylindriskt rör)

Transkript:

Hydrologiska modeller Sten Bergström SMHI Begreppsmässiga modeller beskriver de viktigaste processerna logiskt men förenklat måttliga krav på indata modellens parametrar bestäms oftast genom kalibrering mot uppmätt vattenföring används operationellt för vattenföringsprognoser HBV (Sverige, Norge, Finland, Schweiz/Rhen) Sacramento (USA, NWS) NAM (Danmark) SRM (Schweiz) 1

snow The HBV hydrological model soil moisture saturated zone saturated zone lake Fysikaliska modeller beskriver processer i detalj med fysikaliskt grundade ekvationer stora krav på indata modellens parametrar har en direkt koppling till avrinnings-områdets egenskaper (i teorin) används för grundvatten-modellering och för att studera effekter av mänskliga ingrepp 2

Mike SHE Hydrauliska modeller Stationära: BOSS HEC-2 HEC - RAS (USA) (USA) Användning: Vattenståndsberäkningar Dimensionerande vattenstånd Dynamiska: MIKE 11 (Danmark) (byggnation i vatten) Förlängning av avbördningskurva SOBEK (Holland) BOSS DAMBRK (USA) Översvämningskartering HBV-96/HD-97 (Polen/Sverige) Vattenståndsprognoser 3

Vi tar det från början Arne Forsman och Eamon Nash i Stockholm 1972 Operationella krav på hydrologiska modeller: Indatakraven I d t k måste vara realistiska Modellstrukturen måste vara rimlig och begriplig Komplexiteten måste motiveras av resultaten (Krångla inte till modellen i onödan) 4

Undvik överparameterisering! Se upp med kompenserande fel! Vem kan köra en bil med fyra rattar? Hydrologisk Byråns Vattenbalansavdelning, HBV (1975) 5

En tidig skiss Den första versionen av HBV modellen från 1972 6

Den första lyckade modellkörningen (1972) Undvik överparametrisering! 2. 15 1.5 TT ( C) 1..5. -.5.91.9.85.8-1..75-1.5-2. 1. 1.5 2. 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. CFMAX (mm/ Cday) 7

Grundprincipen för en hydrologisk modell Snow Soilmoisture Groundwater Lakes Runoff Markfuktigheten spelar huvudrollen Wilting point Field capacity 8

Avrinningsområdet som en massa blomkrukor Två nyckelsamband dq/dp = (SM/FC) BETA EA/EP 1 1 FC SM FC SM LP 9

HBV Soil Routine SM/FC=.6 SM/FC=.8 SM/FC=.95 1. Recharge in 25% of area 1. Recharge in 5% of area 1. Recharge in 75% of area P eff /P P eff /P P eff /P SM/FC 1. SM/FC 1. SM/FC 1. Runoff response to soil moisture deficit Q (mm/d) Q (m 3 /s) SMD= SMD=5 SMD=1 SMD=2 SMD=15 (days) P (mm/d) (days) 1

snow The HBV hydrological model soil moisture saturated zone saturated zone lake Modellsimulering 3 Nederbörd (mm) / Temperatur ( o C) -3 6 4 2 2 15 1 5 1-1 2 15 1 5 Snömagasin (mm) Markvattenmagasin (mm) / Evapotranspiration (mm) Ackumulerat volymfel (mm) Beräknad (röd) och observerad (blå) vattenföring (m 3 /s) 1988 1989 S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A Kultsjön - Ångermanälven 8 6 4 2 11

Översvämningen i Arvika 2 WMOs jämförelse av snömodeller under 198-talet gav uppmuntrande resultat (WMO 1986)... R 2 WMO (1987). Real-time intereomparison of hydrological models. Report of the Vancouver Workshop. 1987. Technical Report to CHy No. 23, WMOPII) No. 255, WMO, Geneva 12

HBV-tillämpningar Drift av vattenkraften Översvämningsvarningar Dammsäkerhet Vattenbalanskartor Tillrinning till Östersjön Flödesberäkningardär mätningar saknas Effekter eteav ettädat ändrat klimat Vattenkvalitet Kombinationer av allt detta Det finns tillämpningar av HBV modellen i minst ett 5-tal länder Det finns spår av HBV i minst 22 doktorsavhandlingar Myten om skalproblemet 13

HBV 96 kom 1996 Snörutin Markrutin Responsfunktion Övre zon Nedre zon 14

Reduction of parameters in the response funktion Older HBV HBV 96 5 parameters 4 parameters IHMS Integrated Hydrological Modelling System Manual Version 6.2 15

Ytterligare tankar om responsfunktionen 16

Ytterligare tankar om responsfunktionen Sommarflöden skapas mest här Ytterligare tankar om responsfunktionen Vinterflöden skapas här 17

Det kräver en koppling mellan SM och resoponsfunktionen In practice this means that deep percolation represented by PERC should be replaced by: PERC = perc (SM/fc)β where perc is a model parameter to be calibrated. The outflow from the upper response box should be replaced by: Q = (k / (SM/fc)β ) UZ(1+ alfa) 18

Tillämpning på floden Rhen Så här fungerar det i Neckar Neckar1 with resparea Neckar1 with resparea 1 Figure 1. Simulated runoff for Neckar1 Feb-2--Feb-3 with (resparea 1) and without (resparea ) the contributing area approach. Blue line is observed discharge. 19

The Hydrological Predictions for the Environment (HYPE) model Characteristics: process-based dynamic (daily) integrated water systems semi-distributed (HRU) water & chemistry Rainfall, Snowmelt Atmospheric deposition Fertilizers, Manure, Plant residues Plant uptake Evapotranspiration Denitrification S1 Surface runoff N&P pools S2 Groundwater outflow, conc. of IN, ON, SP & PP Macropore flow N&P pools N&P pools Groundwater Stream depth S3 Tile drain Regional groundwater flow Some major differences to HBV(-NP): several flow path from soil (no β!!) same for water and One HRU substances (nutrients, TOC) fluctuating groundwater level parameters linked to geophysical variables wcep wcfc wcwp Layer: soil/pores depth specific soil and water depths for each HRU few input data files Layer: soil/pores easy coupling to GIS More modulated source code 2

Lindström et al., 21, Hydrology Research 41.3-4:295-319. HYPE model performance (when calibrated) 12 S (cm) 6 E (mm/d) G (m) 8 4 2 21 22 4 2 21 22 23-1 -2-3 1986 1987 1988-2 -4-6 -8 F (cm) 138 W (m) 2 Q (m 3 /s) 137 16 136 12 8 135 4 134 1986 1987 1988 1972 1973 1974 1976 1977 1978 O18 ( ) 12 TN (mg/l) 12 TP (µg/l) -1-12 -14 1994 1995 1996 8 4 199 1991 1992 8 4 1997 1998 1999 21