Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

En distribuerad GIS-baserad snösmältnings- och avrinningsmodell har utvecklats. Modellen är baserad på rutinerna i den av SMHI (Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut) utvecklade HBV-modellen. Rutinerna har till viss del ändrats, dels för att kunna implementeras distribuerat men även för att utnyttja de fördelar som ett distribuerat angreppssätt medför. Under utvecklingen har en rumslig upplösning på 250*250 m2 använts. De drivande parametrarna är dygnsvärden för temperatur och nederbörd, veckomedelvärden för NRI samt månadsmedelvärden för potentiell evapotranspiration. NRI är ett strålningsindex som använts för att ta hänsyn till lokala variationer i snösmältning och avdunstning. Modellen har utvecklats i PCRaster och den integrerar HBV-modellen med ett rasterbaserat geografiskt informationssystem fullt ut. Eftersom inga restriktioner på rumslig upplösning finns (beror på höjdmodellens upplösning) ökas möjligheterna att beskriva variationerna inom ett avrinningsområde avsevärt. Den rasterbaserade modellen är dessutom ytterst väl lämpad för att använda fjärranalytiska data till uppdatering av modellen (d.v.s. som indata) eller utvärdering av modellresultat (d.v.s. vid kalibrering och validering). Det är ur dammsäkerhets- och kraftproduktionssynpunkt viktigt för Vattenfall att titta på alternativ till nuvarande metoder (HBV-96) för att förbättra avrinningssimuleringarna framför allt vid extrema tillrinningar i samband med till exempel snösmältning. Modellen applicerades på Tjaktjajaure avrinningsområde som är ett av Luleälvens delavrinningsområden. Kalibrering gjordes enbart mot uppmätt avrinning. För simulerad avrinning erhölls under kalibreringsperioden (19901001-19960930) ett Reff (Nash & Sutcliffe, 1970) på 0.83 och ett volymfel, VE, på 1.2 %. Motsvarande värden för valideringsperioden (19961001-20031002) var 0.81 och 3.8 %. Under valideringsperioden studerades även snöutbredningen genom att modellerad snöutbredning jämfördes med en snöklassificerad Landsat-scen från den 28 maj 2002. Trots att kalibrering endast gjorts mot uppmätt avrinning visade jämförelsen en total klassningsnoggrannhet på närmare 90 % tillsammans med en god areell överensstämmelse. De lovande resultaten för både avrinning och snöutbredning uppmuntrar till att modellen sätts upp och utvärderas i fler områden.

A distributed GIS-based snowmelt runoff model has been developed. The model is based on the routines of the HBV-model, developed by SMHI (Swedish Meteorological and Hydrological Institute). The routines have to some extent been changed to make it possible to implement them in a distributed fashion and to make use of the advantages that comes with a distributed approach. During the development a spatial resolution of 250*250 m2 was used. The driving parameters are daily values of temperature and precipitation, weakly values of NRI and monthly values of potential evapotranspiration. NRI is a radiation index that was used to take local variations in snowmelt and evaporation into account. The model has been developed in PCRaster and it fully integrates the HBV-model with a raster based geographical information system. Since there are no restrictions on the spatial resolution (depends on the resolution of the digital elevation model) the possibilities to describe an area are increased considerably. The raster based model is well suited for using remote sensing data for model update (i.e. as input data) or model evaluation (i.e. during calibration and validation). From a dam safety and power production point of view it is important for Vattenfall to look at alternatives to current methods (HBV-96) to increase the predictive power in runoff simulations especially during extreme runoff events related for example to snow melt. The model was applied in the Tjaktjajaure catchment, one of the Lule river sub catchments. The model was calibrated against observed runoff only. The calibration (1990100119960930) resulted in a Reff-value (Nash & Sutcliffe, 1970) of 0.83 and a volume error VE of 1.2 %. The validation period (19961001-20031002) resulted in 0.81 and 3.8 % respectively. During the validation period the snow covered area was studied as well. Modelled snow covered area was compared with a snow classified Landsat scene from May 28, 2002. Despite the fact that calibration was made against observed runoff only the comparison showed a total classification accuracy of almost 90 % together with a good areal accuracy. The promising results encourage that the model is applied and evaluated in other areas as well.