| 1. |
- Hjerdt, Niclas, et al.
(författare)
-
Förbättring av beräkning av erosion och sedimentation (retention) i små vattendrag
- 2009
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Under arbetet med att beräkna den vattenburna belastningen av fosfor till Sveriges omgivande havsbassänger inom SMED har det noterats att partikulärt bunden fos- for ofta överskattas i simuleringarna i små områden. Fosforutsläpp från jordbruks- läckage är framräknade med ICECREAMDB och inkluderar redan retentionen i marken fram till vattendragen (Johnsson m.fl., 2008), och därför finns ingen funk- tion för ytterligare avskiljning i marken. Det finns heller ingen avskiljning i små- vattendrag fram till vattendraget i den hydrologiska modellen. Det är dock troligt att det förekommer en avskiljning av partikulär fosfor i diken och i mindre vatten- drag under lågvattenföring och resuspension vid höga flöden. Syftet med denna studie är att ta fram en funktion för permanent avskiljning av partikulärt bunden fosfor kopplat till de små vattendragen och att testa detta i ett antal mindre sjölösa jordbruksområden för att i framtiden förbättra de nationella beräkningarna av fos- forbelastningen.Studien omfattar 16 områden i mellersta och södra Sverige där synoptiska fos- formätningar inkluderar fraktionerna löst reaktiv fosfor och partikulär fosfor. Jord- bruksandelen varierar mellan 15-88% av områdenas yta. Den hydrologiska model- len med rutin för fosforberäkning, HBV-NP, har modifierats för att testa fyra alter- nativa processer för permanent avskiljning av partikulärt bunden fosfor genom sedimentation i små vattendrag (lokal avskiljning) samt en process för markreten- tion i utströmningsområdet.Resultaten visar att de fyra föreslagna avskiljningsprocesserna som verkar ge- nom sedimentation uppför sig likvärdigt och att man får liknande resultat oavsett vilken process som används. Avskiljning genom markretention av jordbruksläcka- ge och enskilda avlopp ger normalt större effekt än avskiljning genom sedimenta- tion. I de flesta fall krävs mycket hög permanent avskiljning av partikulär fosfor i sedimenten eller från jordbruksläckage/enskilda avlopp för att reducera halterna framräknade i PLC5 till samma nivå som observationerna. Enstaka observerade koncentrationstoppar är svåra att reproducera med modellen, men medelhalter stämmer relativt väl efter maximal avskiljning. Det är fysikaliskt osannolikt att all sedimenterad fosfor binds permanent i diken/små vattendrag, eller att all partikulär fosfor från jordbruksmark och enskilda avlopp avskiljs, och detta kan vara en indi- kation på att antingen läckagekoefficienterna för partikulär fosfor är överskattade och/eller att sedimentationen underskattas av den hydrologiska modellen. I PLC5- beräkningarna styrdes sedimentation/resuspension av en enda parameter i model- len, vilket gav begränsade möjligheter för justering av denna dynamik. En möjlig- het som bör utredas i framtiden vore att införa en flexibel inställning av flödesin- tervallet mellan full sedimentation/resuspension, och kanske knyta detta intervall till de dominanta jordarterna i områdena för att sedan generalisera kalibreringen nationellt.Vår slutsats är dock att de simulerade halterna av partikulär fosfor i samtliga 16 områden förbättras åtskilligt när permanent avskiljning används.
|
|
| 2. |
- Arheimer, Berit, et al.
(författare)
-
Catchment modelling at the global scale using the World-Wide HYPE (WWH)
- 2019
-
Konferensbidrag (refereegranskat)abstract
- Recent advancements in catchment hydrology (such as understanding hydrological processes, accessing new data sources, and refining methods for parameter constraints) make it possible to apply catchment models for ungauged basins over large domains. Here we present a cutting-edge case study applying catchment-modelling techniques at the global scale for the first time. The modelling procedure was challenging but doable and even the first model version show better performance than traditional gridded global models of river flow. We used the open-source code of the HYPE model and applied it for > 130 000 catchments (with an average resolution of 1000 km2), delineated to cover the Earths landmass (except Antarctica). The catchments were characterized using 20 open databases on physiographical variables, to account for spatial and temporal variability of the global freshwater resources, based on exchange with the atmosphere (e.g. precipitation and evapotranspiration) and related budgets in all compartments of the land (e.g. soil, rivers, lakes, glaciers, and floodplains), including water stocks, residence times, interfacial fluxes, and the pathways between various compartments. Global parameter values were estimated using a step-wise approach for groups of parameters regulating specific processes and catchment characteristics in representative gauged catchments. Daily time-series (> 10 years) from 5338 gauges of river flow across the globe were used for model evaluation (half for calibration and half for independent validation), resulting in an average monthly KGE of 0.4. However, the world-wide HYPE (WWH) model shows large variation in model performance, both between geographical domains and between various flow signatures. The model performs best in Eastern USA, Europe, South-East Asia, and Japan, as well as in parts of Russia, Canada, and South America. The model shows overall good potential to capture flow signatures of monthly high flows, spatial variability of high flows, duration of low flows and constancy of daily flow. Nevertheless, there remains large potential for model improvements and we suggest both redoing the calibration and reconsidering parts of the model structure for the next WWH version. The calibration cycle should be repeated a couple of times to find robust values under new fixed parameter conditions. For the next iteration, special focus will be given to precipitation, evapotranspiration, soil storage, and dynamics from hydrological features, such as lakes, reservoirs, glaciers, and floodplains. This first model version clearly indicates challenges in large scale modelling, usefulness of open data and current gaps in processes understanding. Parts of the WWH can be shared with other modellers working at the regional scale to appreciate local knowledge, establish a critical mass of experts and improve the model in a collaborative manner. Setting up a global catchment model has to be a long-term commitment of continuous model refinements to achieve successful and truly useful results.
|
|
| 3. |
- Arheimer, Berit, et al.
(författare)
-
Integrated catchment modeling for nutrient reduction : Scenarios showing impacts, potential, and cost of measures
- 2005
-
Ingår i: Ambio. - 0044-7447 .- 1654-7209. ; 34:7, s. 513-520
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- A hydrological-based model (HBV-NP) was applied to a catchment (1900 km2) in the southern part of Sweden. Careful characterization of the present load situation and the potential for improved treatment or reduced soil leaching were analyzed. Several scenarios were modeled to find strategies to reach the Swedish environmental goals of reducing anthropogenic nitrogen load by 30% and phosphorus load by 20%. It was stated that the goals could be reached by different approaches that would affect different polluters and social sectors. However, no single measure was enough by itself. Instead, a combination of measures was necessary to achieve the goals. The nitrogen goal was the most difficult to attain. In order to be cost-effective, these measures should be applied to areas contributing the most to the net loading of the sea. This strategy could reduce the costs by 70%-80% when compared with implementing the measures in the entire catchment. Integrated catchment models may thus be helpful tools for reducing costs in environmental control programs. © Royal Swedish Academy of Sciences 2005.
|
|
| 4. |
- Arheimer, Berit, et al.
(författare)
-
Kväveretention i svenska sjöar och vattendrag – betydelse för utsläpp från reningsverk
- 2007
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Den här rapporten har tagits fram på uppdrag av Naturvårdsverket för att underlättadiskussionen med EU-kommissionen, som har annonserat att den tänker stämma Sverigeinför EU-domstolen för otillräckligt genomförande av avloppsdirektivet. Vidbedömningen av vilka reningsverk som omfattas av krav på kväverening tas i Sverigehänsyn till den naturliga avskiljning (retention) som sker i vattendrag under transportenfrån utsläppskälla till havet.Kväveretention är ett vedertaget begrepp som inkluderar ett flertal naturligabiogeokemiska processer som permanent reducerar kväve från vattenfasen i sjöar ochvattendrag. Speciellt stor är effekten i sjörika områden. Sverige har totalt 92 000 sjöarsom är större än 1 ha. Det är inte ovanligt med 30-70% kväveavskiljning i svenskavattendrag och sjöar. Den process som dominerar avskiljningen i naturen ärdenitrifikation, vilket är samma process som utnyttjas för att avlägsna kväve uravloppsvatten vid reningsverken.Naturlig retention är dock svår att mäta och måste uppskattas med hjälp av antaganden,som så många andra flöden i naturen. I Sverige har man utvecklat ett modellsystem förstorskalig beräkning av närsalttransport, inklusive retention, från land till hav med relativthög geografisk upplösning. Systemet kopplar fältskalemodeller med avrinningsmodeller,är vetenskapligt dokumenterat och granskat och har tillämpats storskaligt sedan 1997 förinternationell rapportering till HELCOM. Avrinningsområdesmodellen (HBV-NP)justeras och utvärderas mot mätningar där sådana finns. Den kväveretention som beräknasmed hjälp av HBV-NP modellen utgörs av kväve som permanent avskiljs till atmosfäroch sediment och som därför inte vidare bidrar till övergödningen av vattensystemen.Både beräkningar och mätningar visar att kväveretentionen är störst på sommaren,speciellt i sjörika områden med hög belastning. Det är stor skillnad i sjöarsretentionskapacitet; i norra delarna av landet är den låg medan sjöarna i de södra delarnaav landet är betydligt effektivare som kvävesänkor. I södra Sverige är medelreduktionen30-40 kg ha-1 sjö år-1. Totalt reduceras ca 30 000 ton kväve per år i sjöar och vattendrag,varav 70% i södra Sverige. För enskilda utsläpp som sker i inlandet reduceras bidraget tillhavet kraftigt under transporten genom vattendrag och sjöar, speciellt för sydcentralaSverige där retentionen i sjöarna är hög. Den ackumulerade effekten kan bli >80%naturlig kväveavskiljning för utsläpp i vissa områden.Det är svårt att utvärdera modellresultaten eftersom inte kväveretentionen går att mätadirekt och retentionen integreras för stora områden och vattendrag. Ofta används andravariabler för att bedöma trovärdigheten i beräkningarna. HBV-NP modellens resultatutvärderas kontinuerligt mot tidsserier av observationer i vattendrag, både för vattenföringoch närsalthalt när den används operationellt. Modellen utvärderas både statistiskt ochvisuellt. Överensstämmelsen med vattenföring och vattenbalans är normalt god, medannärsalthalterna kan avvika en del från uppmätta värden. Känslighetsstudier har visat attmodellen är relativt robust. När modellens resultat jämförs med andra modeller eller enklabudgetberäkningar för sjöar uppstår avvikelser, men dessa kan normalt förklaras av olika2antaganden och indata. Modellen har inte sämre precision än andra motsvarandemodeller, snarare är den något bättre vad gäller vattenföring.När man beräknar hur stor andel av kväveutsläppet från ett enskilt reningsverk som nårhavet ackumuleras retentionen enligt flödesvägarna i landskapet. De reningsverk varsutsläpp passerar fler sjöar får liten påverkan på havet. Naturlig kväveretention ivattendrag och sjöar reducerar de svenska reningsverkens bidrag till kusten med 3200ton/år, vilket motsvarar 18% av reningsverkens totala utsläpp. Retentionen varierar dockbetydligt mellan olika delar av landet. De flesta reningsverk med större utsläpp finnslängs kusten och i södra Sverige, där 90% av retentionen på reningsverksutsläppen sker. INorrlands inland är reningsverken få och retentionen låg, vilket gör att mängden reduceratutsläpp är låg.Allt tyder på att den beräknade kväveretentionen för Sverige är av rätt storleksordningoch att det storskaliga mönstret för Sverige är korrekt, även om avvikelser kanförekomma för enskilda mindre områden och för olika tidsperioder
|
|
| 5. |
- Bishop, Kevin, et al.
(författare)
-
EviWet: Evidensbaserat beslutsstöd för våtmarkers hydrologiska ekosystemtjänster
- 2024
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Vissa våtmarker kan jämna ut höga och låga vattenflöden i naturen, och därigenom mildra översvämningar och torka. Hur väl en våtmark förmår att dämpa extremflöden beror på var i naturen de ligger och vilken sorts våtmarkstyp det är. Vi vet för lite om våtmarkers hydrologiska egenskaper och betydelsen av placering i landskapet. Forskarna i EviWet har undersökt torvens vattenhållande förmåga, och därifrån skapat modeller för ekohydrologi, samt utvecklat beslutsstöd för operationell modellering. Projektet har finansierats med Formas medel för det Nationella forskningsprogrammet om klimat men administrerats av Naturvårdsverket.
|
|
| 6. |
|
|
| 7. |
|
|
| 8. |
- Pers, Charlotta, et al.
(författare)
-
Changes in apparent oxygen removal in the Baltic proper deep water
- 2000
-
Ingår i: Journal of Marine Systems. - 0924-7963 .- 1879-1573. ; 25:3-4, s. 421-429
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- By developing a steady state diagnostic model for a stratified deep-water mass, one is able to quantify both the mass flows and apparent oxygen removal in the Baltic proper deep water. The model is based on continuity of the assumed conservative observable volume, salinity and temperature. Second degree polynomials are fitted to observed vertical profiles of temperature as well as oxygen concentration to give a functional correspondence with the used spatial variable salinity. These relations are used in the model that calculate the water flows, oxygen flows and oxygen removal during four periods between 1959 and 1997. The model forms a boundary value problem, which is solved with a finite difference scheme. The model seems to give reasonable estimates of the flows. The oxygen removal is mainly balanced by inflow of oxygen with incoming water. The oxygen consumption is 4-8 ╡1 O2 1-1 day -1, which corresponds to a degradation of organic matter in the range 30-60 g C m-2 year-1. (C) 2000 Elsevier Science B.V.
|
|
| 9. |
|
|
| 10. |
- Pers, Charlotta, et al.
(författare)
-
Long term changes in spawning volume for Baltic Sea cod (Gadus morhua)
-
Annan publikation (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- In the brackish Baltic Sea, cod (Gadus morhua) can reproduce only in a few deep areas, of which the Eastern Gotland basin and the Bornholm basin are the most important ones. Successful spawning requires oxygen concentrations larger than 2 ml r-1 and salinity larger than 11. The water domain that meets these requirements is referred to as the cod spawning volume. Salinity and oxygen data were collected during the period 1905-1997 and 1923-1997 from the Eastern Gotland basin and the Bornholm basin respectively. They have been analysed for changes in spawning volume over time. For each sampling occasion the spawning volume was calculated based on depth specific vertical distribution of salinity and oxygen concentration, combined with bathymetric data. The Bornholm basin constitutes a stable but limited spawning area for cod, contrary to the Eastern Gotland basin where the spawning volume is more uncertain but can be much larger. The estimated spawning volume decreased over time in the Eastern Gotland basin. This change is probably caused by increased deepwater oxygen demand due to increased organic material load from primary production. The latter is an effect of the ongoing eutrophication.
|
|
