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 avbördninskurva.
Det är viktigt att vattenföringsstationer finns på platser där vattenståndet sambandet mellan vattennivå och vattenflöde är tydligt. Sådana platser kallas bestämmande sektioner. Denna består av en tröskel som är en avgränsande förhöjning av botten i ett vattendrag eller vid ett sjöutlopp. Vattenståndet nedströms en bestämmande sektion påverkar inte vattenståndet uppströms sektionen.
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 så att vattnet nedströms påverkar vattenflödet.
För att beräkna flöde från vattenstånd kalibreras en avbördningskurva som visar sambandet mellan vattenstånd och flöde, med hjälp av manuella vattenföringsmätningar på 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 vattendrag som saknar bestämmande sektioner finns inte sambandet mellan vattenstånd och vattenföring och man har tidigare inte kunnat mäta vattenföringen i dessa vattendrag.
Med ny teknik är det möjligt att mäta vattenhastigheten och på så sätt beräkna flödet. Stationstypen kallas indexstation och finns på åtta av SMHIs hydrologiska mätstationer. Vattennivån mäts med en ventilerad tryckgivare och räknas om till area och vattenhastigheter under vattenytan mäts med ett hydroakustiskt mätinstrument och räknas om till medelhastighet. Därefter beräknas vattenföringen med hjälp av area och vattenhastigheten.
Manuell mätning av vattenföring idag
Hydroakustiska instrument
Från mitten på 1990-talet började SMHI mäta flödet med hydroakustiska mätinstrument eller akustiska profilerare, efter det har de gamla flyglarna fasats ut. Det finns instrument som mäter hela profilen och de som mäter punktvis (som de gamla flyglarna men snabbare).
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 älvbotten 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 under 2019. 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 beräknades flödet ut genom att multiplicera vattenhastigheten med tvärsnittsarean.
Metoden går ut på att mäta vattenhastigheten vid antal vertikaler över vattendraget. I varje vertikal görs ett antal punktmätningar av hastigheten, som sedan ger medelhastigheten. Metoden är bra trots de få mätpunkterna men tidskrävande.
Metodjämförelse
Mätningarna vi får ut från dagens moderna instrument är väldigt högupplösta jämfört med mätningar med flygel. Om man mäter med 3-punktsmetoden med en flygel får man ut 60 mätpunkter, medan man enkelt med ett akustiskt instrument kan får över 1800 mätpunkter beroende på inställningar i instrumentet. Dessutom gör vi idag minst 4 överfarter vid varje mättillfälle, vilket då ger 7200 mätpunkter totalt över cirka 20 minuter.
Saltutspädningsmetoden är även den väldigt bra och noggrann förutsatt att kalibreringen av instrumentet skett på ett korrekt sätt och att allt salt löst sig i vattnet.