Distribuert hydrologisk modell. Stein Beldring Norges vassdrags- og energidirektorat

Transkript

1 Distribuert hydrologisk modell Stein Beldring Norges vassdrags- og energidirektorat

2 Romlig fordelt hydrologisk modell 1) Romlig distribuert vannbalansemodell med mulighet for drenering mellom landskapselement og flere algoritmer for vannbalanseberegning: HBV, KiWa,...? 2) Tradisjonell HBV-modell med høydesoner 3) Mulighet for valg av ulike algoritmer for forskjellige prosesser 4) Simulere hydrologiske forhold som er bestemmende for: jordskred utløst av høy grunnvannsstand og høy metning flomskred utløst av rask og stor vannføringsøkning og erosjon 5) Frostdyp 6) Massebalanse og forenklet dynamikk for isbreer 7) Routing og flomdempning (forenklet hydraulisk modell) 8) Grensesnitt mot grunnvannsmodell 9) Grensesnitt mot modell som beskriver hydrauliske prosesser og effekten av inngrep i vassdrag, for eksempel reguleringer 10) Grensesnitt mot bremodell (massebalanse og isbevegelse) 11) Grensesnitt mot modell for vanntemperatur og is 12) Videre utvikling med fokus på forbedret prosessbeskrivelse, bedre grensesnitt mot atmosfæren, vegetasjondynamikk, transport av oppløst og partikulært materiale... Målet er å utvikle et verktøy som kan benyttes i NVEs prognosetjeneste, saksbehandling, oppdragsvirksomhet og forskning

3 Romlig fordelt HBV-modell med 1 km 2 beregningselement og tidsoppløsning ett døgn: vannføring m 3 /s Eggafoss Gaulfoss Gaulfoss HBV-modell med 10 høydesoner og tidsoppløsning ett døgn for Gaulfoss: vannføring m 3 /s Eggafoss

4 Høydesoner og grupperte responsenheter (tradisjonell HBV) Forsinkelse, routing...

5 Hydrologiske responsenheter (beregningselement) Isbre Bart fjell Skog Jordbruk Myr Sjø Vassdrag

6 Sæternbekken 6.3 km 2 NVE stasjon 8.6

7

8 HBV-algoritme med 10 høydesoner og tidsoppløsning 1 time Discharge from Sæternbekken catchment (m 3 /s) observed hbv

9 Romlig distribuert kinematic-wave-algoritme med skråninger (hillslopes) på 0.25 km 2 som beregningselement, routing i elvenett og tidsoppløsning 1 time Runoff from Sæternbekken catchment (mm) observed kiwa

10 Positive phase of the North Atlantic Oscillation index Source: IPCC

11 Endring i årlig avrenning (mm) Hadley/A2 Endring i årlig avrenning (mm) Hadley/B2 Endring i årlig avrenning (mm) Echam/A2 Endring i årlig avrenning (mm) Echam/B2

12 Endring i vannføring som funksjon av høyde over havet for Viksvatn i Gaular: og Viksvatn moh mm / uke uke nr Viksvatn høyere enn 1500 moh 200 mm / uke uke nr

13 2.111 Aursunden 83.2 Viksvatn Nybergsund

14 Romlig distribuert HBV-modell for Nybergsund med 1 km 2 ruter og tidsoppløsning 1 døgn: vannføring m 3 /s Nybergsund vannføring m 3 /s

15 Romlig distribuert HBV-modell for Viksvatn med 1 km 2 ruter og tidsoppløsning 1 døgn: vannføring m 3 /s Viksvatn vannføring m 3 /s

16 Vauldalen/Aursunden snømagasin mm Aursunden vannføring m 3 /s

17 Abrahamsvoll/Aursunden grunnvannsdyp m Abrahamsvoll/Aursunden frostdyp mm

18 Daglige vannbalanseberegninger med romlig fordelt HBV-modell med 1 km 2 grid for Norge Historisk periode basert på nedbør- og temperaturgrid interpolert fra synoptiske data (met.no) Prognose for neste uke basert på nedbør og temperaturgrid fra atmosfæremodellene HIRLAM og ECMWF (met.no) Fordampning Snømagasin Markvannsunderskudd Grunnvannsmagasin Avrenning Frostdyp Massebalanse for isbreer

19 Lauvsnes, Flatanger

20 Eggafoss vannføring m 3 /s Gaulfoss vannføring m 3 /s Viksvatn vannføring m 3 /s Nybergsund vannføring m 3 /s

21 Feilkilder Atmosfære Landoverflate Hydrologisk modell - parametrisering - skala Kilde: IAHS

22 Nordmarksvassdraget : Vann- og avløpsetaten Oslo kommune ansvarlig for manøvrering

23 Maridalsvannet - månedsdata Nash-Sutcliffe tilsig = 0.9 Volumfeil tilsig = -4 % m 3 /s Kilde: Morstad 2008 vav tilsig hbv tilsig hbv tapping

24 N 0 1 km

25 Bayelva glacier volume per elevation zone 1st September 1999 Initial glacier volume (m) m a.s.l.

26 Bayelva glacier volume per elevation zone 31st December 2049 Initial glacier volume (m) Net accumulated mass balance (m) m a.s.l.

27 Bayelva Net annual mass balance HBV model and observed data m HBV Bayelva obs.met. Austre Brøggerbre HBV Bayelva MPI

28 Bayelva Bayelva annual maximum streamflow MPI HBV model mean annual flood m 3 /s

29

30 Langtjernbekk 4.81 km 2 NVE stasjon

31 Langtjernbekk Landskapselement og elvenett fra HydroDem (Leblois, Auterives) Skog/bunnmorene: Kinematic Wave Myr: HBV Mørk blå : sjø Lilla : KiWa drenert av sjø Blå : KiWa drenert av elv/bekk Mørk brun : HBV - myr Lys brun: KiWa drenert av HBV - myr

32 KiWa KiWa KiWa HBV HBV Stream network

33 Romlig fordelt hydrologisk modell Tilstandsoversikt og prognoser Vannkvantitet Vannkvalitet Snø Isbreer Vanntemperatur Skred, erosjon og materialtransport Klimaendringer Utslipp av drivhusgasser Naturlige variasjoner Forurensning Drikkevannskilder Næringsrike sjøer Utslipp til hav Konsekvensanalyser Inngrep Arealbruksendringer Arktis EUs rammedirektiv for vann Vannføring i vassdrag Grunnvann, markvann, snø Isbreer Vanntemperatur, is Hydrauliske prosesser i vassdrag Flomrelaterte skred Transport av partikulært og oppløst materiale Vekselvirkning med atmosfæren Biologiske prosesser Utnytte datasett med høy romlig oppløsning og kvalitet som beskriver atmosfære, vegetasjon, jordarter, geologi, arealbruk, terreng... Modeller som kan benyttes under ikke-stasjonære forhold Romlig fordelt beskrivelse av hele det hydrologiske kretsløp og de fysiske og kjemiske (abiotiske) og biologiske prosesser som vekselvirker med dette (energi, vann, oppløste og faste stoffer, levende organismer ) Earth system models Mulige bruksområder og forbedringer

34 Met. data og prognoser Hydrologiske data Statiske geografiske data Satellittdata Landskaps/ nedbørfeltparametere Presentasjon VEPS Prosessparametere Korreksjon Hydrologisk modell Postprosessering Usikkerhet Dataassimilering