Storskalig hydrologisk modellering

Var på jorden är vattnet?

WW-hype
Första beräkningen med World Wide HYPE-modellen (~ 130 000 delavrinningsområden).

Hydrologiska system visar stor variation över hela världen och hur de påverkas av nederbörd är väldigt olika. Till och med närliggande floder kan skilja sig mycket i strömflöde och markfuktighet. Detta kan bero på olika fysiska egenskaper i landskapet, olika områden av uppströms uppsamlingsområdet eller mänsklig förändring från vattenförvaltning.

Vattenbalansen

Den enkla vattenbalansekvationen:

Q = P – ET – ΔS

(där: Q = Vattenutsläpp, P = Nedbörd, ET = EvapoTranspiration och S = Lagring) förbryllar hydrologer över hela världen, eftersom utsläpp kan vara svårt att övervaka på grund av fluktuationer i flodkanalen, nederbörd ofta är heterogen för uppströms avrinningsområden, evapotranspiration från vattenytor eller vegetation är omöjligt att mäta och att lagringen normalt är okänd, särskilt då den är underjordisk.

water-uncertainty
Osäkerheter i hydrologi vid uppskattning av vattenbalansen och hydrologiska variabler.

För att få förståelse för dominerande vattenprocesser och framväxande mönster i en föränderlig värld kombinerar vi olika typer av rumsliga data och mätningar (såsom databaser med fysiografi, vattenhantering, meteorologiska nät, tillfällig fältprovtagning, kontinuerliga fältobservationer, satellit, radar mm) med numerisk modellering av hydrologiska processer (så långt vi förstår dem). För närvarande använder vi huvudsakligen HYPE-koden för numerisk modellering för att få förståelse för hydrologiska processer över hela världen.

Forsknings- och utvecklingsfrågor


Hur kan nya data bidra till förbättring av processförståelse och modellnoggrannhet?
Öppna data och globala dataset utvecklas för närvarande snabbt, genom nya tekniker för jordobservationer, medborgarnas observatorier och offentliga portaler. De nya data kan användas för att hitta relationer mellan fysiografi och vattenflöden, modellparametrarbegränsningar och utvärdering av modellantaganden.

Hur jämför dominerande hydrologiska egenskaper i en region med en annan?
Bakgrunden till likheter och avvikelser i avrinningsområdet och flodbeteendet analyseras i flerskiktsmodellen genom att jämföra flöden och egenskaper mellan olika avrinningsområden. Hypotesen om förare kan enkelt undersökas i flerkroppsmodellsystemet, som täcker stora prover av data från många floder.

Vilka är effekterna av förändringar i samhälle och miljö på vattenresurser?
Det finns komplexa relationer och interaktioner mellan människor och miljö. Kortfristiga förutsägelser kan göras baserat på modeller i kombination med senaste observationer medan långsiktiga förutsägelser görs med användning av beräknade förändringar i scenariomodellering (dvs avhjälpande åtgärder, klimatförändringar).

Våra främsta publikationer inom detta fokusområde

Andersson J.C.M., Arheimer B., Traoré F., Gustafsson D., Ali A. 2017. Process refinements improve a hydrological model concept applied to the Niger River basin. Hydrological Processes pp.1-15. doi.org/10.1002/hyp.11376

Arheimer, B., Dahné, J., Donnelly, C., Lindström, G. and Strömqvist, J. 2012. Water and nutrient simulations using the HYPE model for Sweden vs. the Baltic Sea basin – influence of input-data quality and scale. Hydrology research 43(4):315-329. doi.org/10.2166/nh.2012.010

Donnelly, C, Andersson, J.C.M. and Arheimer, B., 2016. Using flow signatures and catchment similarities to evaluate a multi-basin model (E-HYPE) across Europe. Hydr. Sciences Journal 61(2):255-273, doi.org/10.1080/02626667.2015.1027710

Hundecha, Y., Arheimer, B., Donnelly, C., Pechlivanidis, I. 2016. A regional parameter estimation scheme for a pan-European multi-basin model. Journal of Hydrology: Regional Studies, Volume 6, June 2016, Pages 90-111. doi.org/10.1016/j.ejrh.2016.04.002

Kuentz, A., Arheimer, B., Hundecha, Y., and Wagener, T. 2017. Understanding hydrologic variability across Europe through catchment classification, Hydrol. Earth Syst. Sci., 21, 2863-2879, doi.org/10.5194/hess-21-2863-2017.

Pechlivanidis, I. G. and Arheimer, B. 2015. Large-scale hydrological modelling by using modified PUB recommendations: the India-HYPE case, Hydrol. Earth Syst. Sci., 19, 4559-4579, doi:10.5194/hess-19-4559-2015.

Strömqvist, J., Arheimer, B., Dahné, J., Donnelly, C. and 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. doi.org/10.1080/02626667.2011.637497