Har (förändringar i) klimat eller markanvändning störst betydelse för ändringen i höga flöden? Anna Åkesson, KTH med bidrag från Anders Wörman, Joakim Riml och Jan Seibert
Bakgrund, mitt doktorandprojekt Finansiär: Syfte: bättre högflödesprognoser Generell metodologi: ökad förståelse för de fysikaliska processerna i vattendragsnätverket Förändringar över tid i flöden kan bero på förändringar i: - Klimat - Landskap (avrinningsområdet) - Vattendragsnätverket
Förändring i nätverksegenskaper över tid Restaurering 1905 1917 1936 1968 Sjösänkningar 1810-tal Vattenkraft Utökad dränering 1950-tal
Flödesförändring över tid 79 utvalda avrinningsområden Historiska flödesserier (SMHI). Kriterier: Oreglerade/måttligt reglerade. Serier 55 år (median 83 år). Totalt 131,000 km 2, 1/3 av Sveriges yta.
Kombinerande av statistisk analys (power spektrum) och numerisk-fysikalisk analys (distribuerad routing) Törnestorp, 153 km 2, Västgötaslätten Tre olika kartor Översikts Terräng Historisk 2010-tal 2010-tal 1880-tal Routing-modell Distributerad 1D, stationär. Rinntidsfördelningar för tre kartor och många olika scenarier. Scenarier omfattar: breddning borttagande av trösklar Invallning uträtning
Tidsserier och powerspektra Powerspektrat (S) definieras som tidsseriens Fouriertransform multiplicerad med dess komplexa konjugat. Olika fysikaliska processer är betydelsefulla i olika tidsskalor. Uppdelning av variabilitet på specifika perioder/frekvenser. 25 Time series 10 10 4 Fourier power spectrum P [mm] 20 15 10 5 0 Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Time Spektrat kan anpassas till: exponenten b = spektrats lutning. 5 0 Q [m 3 /s] Power spectrum [m 6 ] 10 2 10 0 10-2 10-4 Precipitation Discharge 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 Period [days]
Ökande toppflöden i de flesta områden 58 av 79 områden visar statistiskt signifikanta* ökningar Komplexa system många processer! Om regnets förändring exkluderas? förändringarna inom avrinningsområdet kan ha mycket stor inverkan på flödesresponsen. * at the 95% confidence level
Vilka mekanismer i nätverket kan orsaka förbrantning av flödesspektrat? Översikts Terräng Häradsekonomiska 2010-tal 2010-tal 1880-tal Sedan 1880-talet: <X> <S b > <u> <y> Förbrantning av spektrat leder till ökade toppflöden under snabba avrinningsförlopp. Konsekvenserna kan alltså bli större vid snabba flödesökningar nu än tidigare i dessa områden.
Modellerade och observerade hydrografer och flödesspektra Modellerade och observerade hydrografer Flödesspektra för mod./obs. serier Discharge [m 3 /s] 10 8 6 4 2 Observation Modelled physical Modelled HBV Dishcharge power spectrum [m 6 ] 100 10 1 0.1 0.01 0.001 S Qobs S QHBV S Qphysical Jun1987 Sep1987 Dec1987 Apr1988 Jul1988 Oct1988 Time 0.0001 10 0 10 1 10 2 Period [d] 10 3 10 4 Liknande prestanda vid utvärdering med Nash-Sutcliffe-värden, NSE fysikalisk =0.53 and NSE HBV =0.54. Flödesspektra visar att den fysikaliska beskrivningen är bättre än konventionella modeller för korta perioder
SLUTSATSER Spektralanalys påvisade förbrantning av flödesspektra i de flesta undersökta områdena. Resultaten är snarlika även vid kompensation för eventuella förändringar i nederbörd. Hydromekanisk analys visade att dikesarbeten kan förklara de förändringar som observerats statistiskt. En fysikalisk förklaring är att vattnet strömmar allt snabbare vid ökande vattenstånd. Detta bör inkluderas i framtida prognosmodeller för höga flöden.
Har (förändringar i) klimat eller mark-användning störst betydelse för ändringen i höga flöden? Vår studie visar att förändringar i landskapet har påverkat flödesstatistikan mer än förändringar i nederbörd. Mänsklig påverkan på vattendragsnätverk snabbare flödeshastigheter (ofta) Förbrantning av spektrat leder till ökade toppflöden under snabba avrinningsförlopp. Konsekvenserna vid högflöden (snabba flödesökningar ) kan alltså bli allvarligare nu än tidigare i dessa områden. Detta bör inkluderas i framtida prognosmodeller för höga flöden.
Tack! Frågor?