SMHIs vattenföringsmätningar

För att beskriva Sveriges vattendrag och sjöar på ett korrekt sätt, mäter SMHI vid över 200 platser i landet. Vid flertalet av dessa mätstationer bestäms vattenföringen från vattennivån via en så kallad avbördningskurva. För att ta fram en avbördningskurva behöver manuella mätningar göras av vattenflödet vid höga, medel och låga flöden.

Kontinuerlig mätning av vattennivå - som sedan räknas om till vattenföring

SMHI mäter inte vattenflöden i naturliga vattendrag kontinuerligt. Ofta är det dock flödet man är intresserad av. Därför mäts vattenstånd som sedan översätts till flödet med hjälp av en avbördningskurva.

Det är viktigt att vattenföringsstationer finns på platser där sambandet mellan vattennivå och vattenflöde är tydligt. Sådana platser kallas bestämmande sektioner. Denna består av en tröskel -en avgränsande förhöjning av botten i ett vattendrag eller vid ett sjöutlopp. Vattenståndet nedströms en tröskel påverkar inte vattenståndet uppströms.

En tröskel kännetecknas ofta av att vattnet går från en plan vattenyta med laminär strömning till stråkande och ibland strömmande vatten. Det är viktigt för att inte drabbas av risken att stationen blir uppdämd.

För att beräkna flöde från vattenstånd tas en avbördningskurva fram. Den visar sambandet mellan vattenstånd och flöde, med hjälp av manuella vattenföringsmätningar vid olika vattenstånd. Varje station kräver en egen kalibrering. Eftersom naturen sällan eller aldrig är statiskt måste avbördningskurvan kontrollmätas med nya vattenföringsmätningar. Ofta ändras vattendragen vid stora flöden eller dylikt och därför måste ibland avbördningssambandet göras om.

När det inte går att ta fram avbördningssamband

I vissa vattendrag kan det vara svårt att hitta tydliga bestämmande sektioner. Ett exempel är Klarälven som har långa meandrande sträckor utan tydliga trösklar. Här blir det då svårt att ta fram ett samband mellan vattenstånd och vattenföring. Man har tidigare inte kunnat mäta vattenföringen i dessa vattendrag. 

Med ny teknik är det möjligt att mäta vattenhastigheten kontinuerligt på plats och på så sätt beräkna flödet. Stationstypen kallas indexstation och finns på åtta av SMHIs hydrologiska mätstationer. Vattennivån mäts och räknas om till area. Sedan mäts vattnets hastighet under vattenytan som räknas om till medelhastighet. Därefter beräknas vattenföringen med hjälp av area och vattenhastigheten. Även denna typ av stationen passar inte överallt. Det är till exempel viktigt att arean är tydligt inmätt för alla vattennivåer. 

Manuell mätning av vattenföring idag

Hydroakustiska instrument

Från mitten på 1990-talet började SMHI mäta flödet med hydroakustiska mätinstrument eller akustiska profilerare. Innan dess användes flyglar. Det finns instrument som mäter hela profilen och de som mäter punktvis.

Ljudpulser skickas från instrumentet ut i vattendraget och genom att mäta frekvensen på återkommande eko (från partiklar i vattnet med samma hastighet som vattenmassan) kan instrumentet beräkna vattenhastigheten med hjälp av Dopplereffekten.

Samtidigt skickas särskilda ljudpulser ut för att särskilja bottnen och genom att tillämpa dopplereffekten även på den signalen registreras instrumentets fart över grund och på så vis beräknas arean. Därefter beräknar instrumentet flödet genom att multiplicera medelhastigheten med arean.

Ett problem med dessa instrument är dock att om det inte finns några, eller väldigt få, partiklar i vattnet blir återkommande eko alldeles för svagt och inga data kan registreras. Då är flygel eller saltutspädningsmetoden ett bättre alternativ, det senare förutsatt att det inte är ett alldeles för stort vattendrag.

Saltutspädningsmetoden

Mindre vattendrag med turbulent vatten och forsar går att mäta med saltutspädningsmetoden. Det går kortfattat ut på att hälla en bestämd mängd salt i vattendraget och sedan mäta vattnets ledningsförmåga, även kallat konduktivitet, en bit nedströms. 

Drönare

Ett helt nytt sätt att mäta flöde har börjat testats på SMHI. Tekniken är fortfarande ny men kortfattat så går det ut på att filma större partiklar och med hjälp av dessa beräkna hastigheten på ytvattnet. Efter det används en individuell relation mellan ytvattnets hastighet och medelhastigheten för hela vattenmassan tillsammans med batymetri för att få fram det totala flödet.

Manuella mätningar  historiskt

Från början av 1900-talet till mitten på 1990-talet mätte SMHI flödet med ett mekaniskt instrument, en flygel. Då sänkte man ner en propeller i vattnet som registrerade vattenhastigheten, samtidigt som man mätte upp vattendragets tvärsnittsarea (genom att mäta djupet vid mätpunkterna och bredden på vattendraget). Därefter räknades flödet ut genom att multiplicera vattenhastigheten med tvärsnittsarean.  Metoden är bra trots de att mätpunkterna blir färre men  den är tidskrävande.