Evaluation of a conceptual, semi-distributed hydrological model : a case study of Hörbyån

Abstract

Research in hydrological modelling has been directed towards the development of more complex models that may consider the spatial and temporal variations of meteorological and physical characteristics of a drainage basin. The aim with this study was to evaluate the HBV-model (Hydrologiska Byråns Vattenavdelning), a conceptual, semi-distributed hydrological model. This model is able to take the spatial distribution of meteorological and physical factors in a drainage basin into consideration. An attempt to investigate the possibilities to improve the calibration and validation results from the HBV-model were made by increasing the spatial resolution of physical and meteorological characteristics of Hörbyån’s drainage basin (located in Skåne, the southern part of Sweden). Hörbyån’s drainage basin was partitioned into five and ten sub basins. Area values of the precipitation, elevation and vegetation types (forest/open land) were calculated in every basin. Distributed information of soil types (sand/clay) was also considered with parameters for the soil moisture zone. The results were compared with calibrations and validations of Hörbyån’s drainage basin used as a single basin. The calibration and validation results in the HBV-model were improved when the spatial distribution of vegetation and precipitation were taken into account. The calibration results were slightly improved when elevation zones and soil types were considered in the model. However, to run the HBV-model when increasing the spatial resolution of physical and meteorological characteristics in a drainage basin was time consuming and the requirements of input data were large.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Gemensamt för alla hydrologiska datormodeller är att de ger en mer eller mindre förenklad bild av det verkliga hydrologiska systemet. Modelltyperna var till en början enkla men efter hand som hydrologiska kunskaper förbättrats och datortekniken utvecklats har flera typer av hydrologiska datormodeller tagits fram. Många av dagens modelltyper är komplexa och illustrerar verkligheten bättre än tidigare. Bland annat kan de ta hänsyn till meteorologiska- (nederbörd, temperatur, avdunstning) och fysikaliska- (höjd, markanvändning, jordarter) variationer i ett avrinningsområde i både tid och rum. Problemet med de mer komplexa modellerna är dock att de kräver mer indata och att de ofta är svårare att hantera. HBV-modellen som utvärderats i detta arbete är en relativt enkel hydrologisk nederbörd- avrinningsmodell som är utvecklad vid SMHI. Modellen måste kalibreras dvs jämföras med en uppmätt serie av meteorologisk data (nederbörd, temperatur, avdunstning och vattenföring) för att erhålla ett antal parametrar och valideras dvs bekräfta giltigheten av kalibreringen. HBV-modell är semi-distribuerad vilket innebär att den kan ta hänsyn till rumsliga variationer av t ex nederbörd, avdunstning, vegetation och höjd i ett avrinningsområde.

Syftet med detta arbete har varit att undersöka huruvida man kan förbättra kalibrerings- och valideringesresultaten av HBV-modellen då man tar hänsyn till just den rumsliga variationen av vissa parametrar i ett avrinningsområde. HBV-modell applicerades på Hörbyåns avrinningsområde, ett avrinningsområde som ligger i centrala Skåne. Området är ca 149 km2 och domineras av skog i de nordöstra delarna och öppen mark i de sydvästra delarna. Hörbyåns avrinningsområde delades upp i flera delområden (5 respektive 10 delområden). I varje delområde tog man hänsyn till den rumsliga variationen av nederbörd, vegetation (skog och öppen mark), topografi och jordarter (sand och lera). Geografiska informationssystem (GIS) och satellitbildstolkning användes för framtagning av t ex markanvändningsindata och höjdzoner.

Ett antal olika typer av kalibreringar och valideringar utfördes med HBV-modellen. Resultaten ställdes mot kalibreringar och valideringar som utförts för hela avrinningsområdet utan delområden. Resultaten förbättrades något vid användandet av flera delområden (5 eller 10). Skillnaden i resultaten var dock inte signifikant skilda åt om 5 eller 10 delområden användes. Vid användandet av flera delområden var man tvungen att kalibrera ett stort antal parametrar vilket gjorde att osäkerheten var stor. Det var även tidskrävande eftersom det krävs en mer detaljrik indata vid användandet av flera delområden. Att inte skillnaderna på kalibreringarna blev större kan bero på modelltypen som sådan och att både kalibrerings- och valideringsperioderna i studien var relativt korta. Det bästa resultaten som erhölls, i förhållande till hur tidskrävande kalibreringarna var, togs fram då 5 delområden användes.

• author: Kolmert, Susanne
• supervisor: Lennart Olsson
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• alternative title: Utvärdering av en semi-distribuerad hydrologisk begreppsmodell : en studie av Hörbyån
• year: 1998
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: geografi, naturgeografi, evaluation, hydrological model, Hörbyån
• publication/series: Lunds universitets Naturgeografiska institution - Seminarieuppsatser
• report number: 49
• language: English
• id: 2027077
• date added to LUP: 2011-11-23 11:45:01
• date last changed: 2011-11-23 11:45:01