Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

When sampling watercourses for environmental assessment it is not feasible to sample all the headwaters or at least not a large fraction of them. This because of the great number of headwaters and their variability in both flow and water chemistry. So if map data could help to predict the water chemistry found on specific headwaters this would be a great asset for environmental assessment of streams.

This study addresses the possibility of predicting the dissolved organic carbon (DOC)concentrations of headwaters during low flow conditions in boreal catchment networks from map information (land-use, soil and vegetation data). DOC was chosen as the test variable to model in this study because of its importance for aquatic ecosystems and strong couplings to other chemistry data (implicit in this is that if DOC is predicted well other chemistry could also be predicted well). Statistical models relating water chemistry to map information were derived from DOC measurements on different catchments in the boreal zone of Sweden using multivariate techniques. The sizes of the studied catchments ranged between 0.01-346 km2.

Up to 62% of the spatial variation in DOC-concentrations could be explained by the information on any single map and a combination of soil and land-use map variables explained up to 90% of the variation in DOC. As other studies have found, the coverage of peat showed a positive correlation with DOC. The scale of the map material used in modelling did not seam to matter, with the 1:100 000 land-use map working as well as the 1:20 000 scale map, if not better. Little success was however found in making predictive models of DOC, but the likelihood of a model being close to acceptable was greater for transfers in time (predicting concentrations during a different year on the sites used for calibration) than in space (predicting concentrations on a nearby catchment.) Relationships between map information and DOC from downstream sites could not model data upstream on the same catchment. The difficulty in predicting low flow DOC from map variables is a complication when trying to develop tools for the environmental assessment of headwaters.

Vid provtagning av vattendrag för bedömning av deras miljömässiga tillstånd är det inte genomförbart att ta prover vid varje enskilt källflöde eller ens vid ett större antal av dem. Trots att den största sträckan av ett vattendrag utgörs av källflöden och att den största variabiliteten i både vattenflöde och vattenkemi hittas i källflödena. Därför vore det till stor fördel om kartinformation kunde användas till att förutsäga vattenkemin i vattendrag, främst källflödena, under granskningen av deras miljömässiga tillstånd.

Föreliggande examensarbetete har utvärderat möjligheten att utifrån kartinformation(markanvändning, jord och vegetationsdata) förutsäga halter av löst organiskt kol (DOC, engelskterm: dissolved organic carbon) i bäckar inom den boreala delen av Sverige. Att DOC valdes som variabel är på grund av dess stora betydelse för de akvatiska ekosystemen och dess starka kopplingar till annan vattenkemi (underförstått i detta är att om det är möjligt att förutsäga DOC så borde det vara möjligt för andra kemiska parametrar). Statistiska modeller som relaterar DOCkoncentrationer med kartmaterial från olika avrinningsområden i den boreala zonen i Sverige gjordes med multivariata metoder. Storleken på de studerade delavrinningsområdena var mellan 0,01 och 346 km2.

Upp till 62 % av den rumsliga variationen av DOC-koncentrationer kunde förklaras med information från en enskild karta och en kombination av kartmaterial kunde förklara upp till 90 % av variationen av DOC. Andelen torvmark inom ett område var positivt korrelerat till koncentrationen av DOC, vilket är i linje med tidigare forskning. Den blå kartan (skala 1:100 000) gav något bättre resultat än den gula kartan i skala 1:20 000. Dock var inte någon av förutsägelserna av erforderlig precision. Emellertid fungerade modellerna bättre vid överföring i tid (förutsäga DOC under ett annat år men på samma område som modellen var byggd på) än för rumslig överföring (förutsäga DOC-koncentrationer på ett närliggande område). Modeller baserade på stora bäckar kunde inte förutsäga källflödenas DOC-koncentrationer, och vice versa. Svårigheten i att förutsäga DOC utifrån kartmaterial är en komplikation i arbetet med att utveckla verktyg för bedömningen av miljötillståndet i vattendrag och framförallt i källflödena.