Grundvatten i S-HYPE

Grundvattnet är centralt i HYPE-modellen (Lindström m.fl., 2010), och har varit så ända sedan modellen började utvecklas för 20 år sedan. I HYPE styr grundvattenytan uppkomsten av mättad ytavrinning, och påverkar därmed direkt erosion, sedimenttransport och flödet av näringsämnen och smittämnen, med mera.

Spårämnesstudier för att följa vattnets väg

I naturliga avrinningsområden i Sverige infiltrerar nästan allt vatten i marken, och strömmar sedan ut från grundvattenzonen i utströmningsområden (Rodhe, 1980). Dessa principer beskrivs till exempel i boken "Vattnets väg från regn till bäck" (Grip och Rodhe, 1985) och har varit vägledande för utvecklingen av HYPE-modellens struktur. Spårämnesstudier revolutionerade på synen på hur avrinningen går till i Sverige.

Baserat på sådana studier modifierades även HBV-modellen (Bergström, 1976), som var den dominerande modellen i Norden vid denna tid (Lindström och Rodhe, 1986), och fick en bättre koppling mellan mark- och grundvatten. I HYPE-utvecklingen användes spårämnen redan från början för att kontrollera att vattnets flödesvägar modellerades med en rimlig fördelning mellan infiltration i marken och avrinning på markytan, och utströmning från grundvattenzonen.

HYPE-modellens utveckling där grundvattenberäkningar är en avgörande faktor

HYPE-modellen kan ses som en vidareutveckling av HBV, och syftet för utvecklingen av en ny modell var ursprungligen tillämpningar inom vattenkvalitet och scenarier. HYPE byggdes på ett sätt som är mer rationellt för storskaliga tillämpningar, och med en mer flexibel filstruktur. HYPE-modellen och uppsättningen av denna för hela landet (S-HYPE, Strömqvist m.fl., 2012) har gradvis kommit att användas mer och mer på SMHI. Den används i prognos- och varningstjänsten sedan 2014. S-HYPE-modellen kalibreras till stor del för hand, med tonvikt på anpassningen mot uppmätt vattenföring, men också rimliga flödesvägar. Grundvattnet är därmed avgörande i kalibreringen.

En fördel med HYPE-modellen jämfört med HBV är den starka kopplingen mellan markvatten och grundvatten, eftersom man inte skiljer dem åt på ett onaturligt sätt, som i många andra hydrologiska modeller.

Verifiering mot mätdata

Grundvattennivåerna i HYPE har validerats mot mätningarna i SGU:s grundvattennät i flera studier, t.ex. (Arheimer, m.fl., 2011, Lindström, m.fl., 2010). Flödena i grundvattenzonen kan också sägas ha kontrollerats med hjälp av de cirka 500 vattenföringsstationerna som ingår i S-HYPE, eftersom vattenföringen som sagt till övervägande del kan betraktas som utströmmande grundvatten.

Gå till vattenwebb för utvärdering av den senaste versionen av S-HYPE

Samverkan med SGU

SMHI och SGU har samarbetat länge inom grundvattenmodellering. Grundvattenmagasinering har modellerats i varianter av HBV-modellen under lång tid (se t.ex. Bergström och Sandberg, 1983, Lindström. m.fl., 2002), och HBV-versioner från SMHI, inriktade på grundvatten, har också använts sporadiskt på SGU.

Samarbetet tog ny fart då en ny variant av HBV, av SMHI kallad för SGU-modellen och av SGU kallad för SMHI-modellen, utvecklades av SMHI för modellering av grundvattenbildning för olika typjordar (Rodhe m.fl., 2006). S-HYPE bygger vidare på detta arbete, och utgår från jordartsdata från SGU. För jordbruksmark används jordartsdata från Jordbruksverket.

S-HYPE uppdateras en till två gånger per år, för att ta hänsyn till förändringar i tillgång på indata, mätdata och markanvändning med mera. I modellen grupperas jordarterna så att klasser med liknande egenskaper slås samman. Allt som allt finns i den senaste S-HYPE-versionen 17 olika jordarsklasser representerade. Exempel är morän, grovjord, silt, finjordar, isälvsmaterial, och ett stort antal jordarter för jordbruksmark enligt jordbruksverkets indelningar. Jorddjupsdata från SGU har också använts för att beskriva variationen i mäktigheten över landet. De mäktigaste jordarna som beskrivs i S-HYPE, isälvsmaterial, är 20 meter djupa. Utöver detta delas jordarterna upp ytterligare i ett tjugotal olika markanvändningar. Baserat på S-HYPE har SGU också satt upp en egen version av HYPE, kallad SGU-HYPE, för modellering av nivåerna vid sina grundvattenrör. Denna modell är lokalt anpassad för varje rör, och används operationellt för bland annat kartering av grundvattenläget i landet.

Utrymme för förbättring

HYPE-modellen är mycket flexibel och den vidareutvecklas och förbättras ständigt (t.ex. Lindström, 2016). Modellrutiner finns för grundvattenflöden inom delområden, från in- till utströmningsområden (t.ex. Elenius m.fl., 2025), och mellan delområden som regionala grundvattenflöden och akvifärer. Man kan också beskriva vattenuttag ur grundvattenzonen.

Här finns utrymme för förbättringar, i form av bättre uppgifter om grundvattenförekomster, viktiga akvifärer och grundvattenuttag. S-HYPE är numera så noggrann att bristen på indata för vattenuttag är begränsande för modellens prestanda. Vattenuttag som saknas kan leda till felaktigheter i modellen genom att uttagen kompenseras för på annat sätt, vilket kan leda till felaktiga slutsatser om vattentillgång etc.

Referenser

Arheimer, B., Dahné, J., Lindström, G. Marklund, L. and Strömqvist, J. (2011) Multi-variable evaluation of an integrated model system covering Sweden (S-HYPE). IAHS Publ. 345:145-150.

Bergström, S. (1976) Development and application of a conceptual runoff model for Scandinavian catchments. SMHI Reports RHO, No. 7, Norrköping. (Also as:

Bergström, S. (1976) Development and application of a conceptual runoff model for Scandinavian catchments. Institutionen för Teknisk Vattenresurslära, LTH, Bulletin Series A, No. 52, Lund. SMHI, Report RHO No. 7.) Ph.D. thesis.

Bergström, S. & Sandberg, G. (1983) Simulation of groundwater response by conceptual models - Three case studies. Nordic Hydrology, Vol. 14, No. 2, pp. 71-84.

Elenius, M., Pers, C., Schützer, S., Lindström, G. and Arheimer, B. (2025) Where can rewetting of forested peatland reduce extreme flows? Model experiment on the hydrology of Sweden, Hydrol. Earth Syst. Sci., 29, 4307–4325, https://doi.org/10.5194/hess-29-4307-2025, 2025.

Grip, H. & Rodhe, A. (1985) Vattnets väg från regn till bäck. Forskningsrådens Förlagstjänst. ISBN 91-86344-17-X.

Lindström, G., Bishop, K. & Ottosson-Löfvenius, M. (2002) Soil frost and runoff at Svartberget, northern Sweden - measurements and model analysis. Hydrological Processes, Vol. 16, No. 17, 3379-3392.

Lindström, G. & Rodhe, A. (1986) Modelling water exchange and transit times in till basins using oxygen-18. Nordic Hydrology, Vol. 17, 325-334.

Lindström, G., Pers, C., Rosberg, J., Strömqvist, J. and Arheimer, B. (2010) Development and testing of the HYPE (Hydrological Predictions for the Environment) water quality model for different spatial scales. Hydrology Research 41.3–4, 295-319.

Lindström, G. (2016) Lake water levels for calibration of the S-HYPE model. Hydrology Research 47,4, pp. 672-682. doi: 10.2166/nh.2016.019.

Rodhe, A. (1981) Spring flood - meltwater or groundwater? Nordic Hydrology, 12, pp 21-30.

Rodhe, A., Lindström, G. Rosberg, J. & Pers, C. (2006) Grundvattenbildning i svenska typjordar – översiktlig beräkning med en vattenbalansmodell. Uppsala Universitet, Institutionen för geovetenskaper, Luft- och vattenlära. Report Series A No. 66.

Strömqvist, J., Arheimer, B., Dahné, J., Donnelly, C. & Lindström, G. (2012) Water and nutrient predictions in ungauged basins: set-up and evaluation of a model at the national scale, Hydrological Sciences Journal, 57:2, 229-247.