I tidigare rapporteringar inom SMED har den hydrologiska modellen, HBV, använts för beräkning av avrinning och dess tilläggsmodell för vattenkvalité, HBV-NP, för beräkning av retention av kväve och fosfor. I samband med krav på finare geografisk indelning genomför SMED en översyn av metodiken för de olika beräkningsstegen som ligger till grund för HELCOM PLC Periodical-rapporteringen.

Då avrinningsdata inför kommande HELCOM PLC Periodical-rapportering (PLC6) förväntas levereras på vattenförekomstskala, ca 22 000 beräkningsområden, kommer byte av beräkningsmodell att vara nödvändigt. HYPE-modellen är till sin uppbyggnad anpassad för att hantera ett stort antal beräkningsområden.

Innan PLC6-beräkningarna genomförs är det viktigt att klarlägga vilka konsekvenser ett byte av hydrologisk modell får för beräkning av avrinning och i förlängningen för beräkning av markläckage, belastning och källfördelning.

Oavsett metod är det viktigt att känna till kvalité och felkällor för de metoder och modeller som används. För att analyser baserade på resultat från kommande beräkningar ska kunna jämföras med tidigare analyser av tidigare rapporteringsresultat inom de periodiska PLC-rapporteringarna är det viktigt att skillnader mellan de olika modellerna klargörs.

En stor skillnad från tidigare är att avrinningsberäkning med HYPE-modellen är markanvändningsberoende vilket samma beräkning med HBV-modellen inte är. Att avrinningen är markanvändningsberoende innebär att modellens kalibreringsparametrar kopplas till en specifik markklass, bestående av en kombination av jordart och markanvändning. Det gör att beräkningen av markläckage (vilken är avrinningsberoende) genomförs på olika sätt i de två modellerna.

Syftet med den teoretiska utvärderingen är inte att bedöma vilken av de hydrologiska modellerna som är bäst. Båda modellerna har för- och nackdelar och båda modellerna används idag inom SMHI. Syftet med utvärderingen är att förstå hur ett byte av hydrologisk modell kommer att påverka belastningsberäkningarna av näringsämnen från land till hav.

Den hydrologiska jämförelsen har delats in i ett antal olika delmoment. Modellerna jämförs på regional skala och i mindre områden med homogen markanvändning. Förutom en regional analys utvärderas avrinningen även på tre olika områdesstorlekar, mindre än 200 km 2, mellan 200 och 2000 km2 och större än 2000 km 2. Den regionala jämförelsen, med avrinning från HBV/PLC5 och S-HYPE görs även i TBV (Tekniskt beräkningsverktyg Vatten) för att jämföra hur olika beräknade avrinningsuppgifter påverkar belastningen av kväve och fosfor till havet.

Den utvärderade modelleringsperioden är samma beräkningsperiod som i PLC5, 1985-2004. HYPE-modellen simulerar en något lägre avrinning än HBV-modellen vilket leder till en lägre bruttobelastning av total mängd kväve och fosfor till havet jämfört med HBV-modellens avrinning.

I jämförelsen mellan den totala avrinningen och den markspecifika avrinningen är skillnaderna regionalt sett ganska små men då den geografiska indelningen i kommande rapporteringar kommer att genomföras på en mycket finare skala kan det få effekter lokalt.

Jämförelsen mellan den totala avrinningen som används i TBV och den markspecifika avrinningen ger framförallt skillnader på myrmark, urban mark och hyggesmark. Retentionsberäkningarna i SMED-HYPE kommer därmed att ske på ett annat bruttoläckage än det som senare beräknas i TBV. Förutom skillnader i retention innebär det att då den totala avrinningen används för dessa markanvändningar i TBV kommer läckaget att bli lägre i TBV än i SMED-HYPE till följd av den lägre avrinningen.

Skillnaderna mellan de dominerande källorna, öppen mark, skog och jordbruk är relativt liten. Lokalt sett kan skillnaderna dock vara av betydelse även för dessa marktyper. Utvärderingen har endast gjort på årsmedelavrinningen och hur skillnaderna över året ser ut är inte undersökts. I TBV används månadsmedelavrinningen.

Skillnaden i bruttobelastning från diffusa källor av kväve beräknat i samband med PLC5 beräkningen, då den uppgick till ca 132 000 ton/år, minskades med ny beräknad avrinning med 3 %. Beräknades avrinningen på en finare indelning minskades belastningen med 12 %. Bruttobelastning från diffusa källor av fosfor beräknades i samband med PLC5 beräkningen till 3900 ton/år. Med ny beräknad avrinning minskades belastningen med 2 %. Då avrinningen beräknades med den finare indelningen blev skillnaden i belastning större, med ny avrinning minskade belastningen med 11 %.

Projektet slutsatser tyder på att skillnaderna i indata mellan beräkningsunderlaget kommer att dominera över skillnader i hydrologisk modell. Därmed har inga större skillnader mellan modellerna som kommer att påverka avrinningen i TBV uppmärksammats. Skillnader i retention till följd av förändrad modell av avrinningsberäkningar bör kommenteras i samband med att det arbetet utförs i PLC6. Skillnaderna i avrinningen från jordbruksmark jämfört med den sammanviktade totala avrinningen är relativt liten m.a.p. att det senare viktas till en avrinning per läckageregion. Inga skillnader som måste hanteras på något speciellt vis m.a.p. modellbyte inför PLC6 har uppmärksammats i det här projektet.

In previous reports SMED has used the hydrological model, HBV, for calculation of runoff and its additional model, HBV-NP, for water quality, to calculate the retention of nitrogen and phosphorus. In connection with demands for finer geographical division SMED conducts a review of the methodology for the various steps of calculation that is the basis for HELCOM PLC Periodical reporting.

The HYPE model is in its structure adapted to handle a large number of calculation areas. As the runoff data for future HELCOM PLC Periodical reporting is expected to be set up for about 22,000 sub basins, a replacement of the previously used HBV model will be necessary.

Before PLC6 calculations are carried out it is important to clarify the impacts of a change in hydrological model, for calculating runoff and ground leakage of nutrients, load and source distribution.

For analyzes based on results from future calculations to be compared with previous analyzes of the previous reporting results in the periodic PLC report it is important that the differences between the various models are clarified.

A big difference from before is that runoff calculation using the HYPE model is dependent on land use compared to the same calculation with the HBV model. Runoff calculated in HYPE is dependent on land use which means that the model calibration parameters are linked to a specific land class, consisting of a combination of soil type and land use. The calculation of leakage of nutrients, which is runoff-dependent, is consequently implemented differently in the two models.

This project evaluates the differences in the calculation results that will eventually be used in TBV (Technical calculation tool, water, Swedish acronym). The model differences described in this project does not handle differences due to the model set (eg S- HYPE and HBV -NP sets for PLC5). It is not possible to evaluate the hydrology without regard to land use. The report analyzes the differences in estimated runoff and discharge between HBV and HYPE for areas with a dominant share of forest and open land. Open land is defined in the same way as for the HBV model which is the remaining land apart from forest.

The purpose of the theoretical evaluation is not to judge which of the hydrological models is best. Both models have pros and cons, and both models are currently used at SMHI. The purpose of this evaluation is to understand how a change in hydrological model will affect load calculations of nutrients from land to sea. The hydrological comparison has been divided into a number of different parts. The models are compared on a regional scale and in smaller areas with homogeneous land use. Further, a regional analysis of runoff is evaluated in three different area sizes; smaller than 200 km 2, between 200 and 2000 km 2 and greater than 2000 km2. The regional comparison, with runoff from HBV/PLC5 and S-HYPE is done in TBV to compare how different expected runoff data affect the gross load of nitrogen and phosphorus to the sea. The evaluated modeled period is the same reference period used in PLC5, 1985-2004. The HYPE model simulates a slightly lower runoff than the HBV model which leads to a lower gross load of total nitrogen and phosphorus to the ocean. In the comparison between the total runoff and soil specific runoff differences regionally are quite small but as the geographical areas in future reports will be conducted on a much finer scale, it can have effects locally. When comparing the total runoff as used in TBV with the soil-specific runoff, the primary differences appear in swamps, wetlands, urban land and clearings. Calculations of retention in SMED HYPE will therefore take place in a different gross leakage than the same calculation calculated in TBV. In addition to differences in retention it means that when the total runoff is used in TBV, the leakage of nutrients will be lower, due to the lower drainage. The differences between the predominant sources, open land, forest and agriculture are relatively small. However, on a local scale, the differences may become important for these land use types. The evaluation was only done on yearly average runoff. How the differences over the year looks are not investigated. TBV use monthly average runoff. The difference in gross load from diffuse sources of nitrogen calculated in connection with PLC5 calculation, about 132 000 tonnes / year, was reduced by 3% when including the new estimated runoff Estimated runoff at a finer geographical division reduced the load by 12%. Gross load from diffuse sources of phosphorus were calculated in relation to PLC5 calculation to 3900 tons / year. When including the new estimated runoff, the load was reduced by 2%. When runoff was calculated on a finer geographical division, the load was reduced by 11%.

The project findings suggest that differences in input between the assessment base will dominate over differences in hydrological model. Thus, no major differences between the models that will affect the runoff in TBV have been noticed. Differences in retention due to changes in the model of runoff calculations should be commented on in the context of the work done in PLC6. The difference in runoff from agricultural land, compared to the same weighted total runoff is relatively small. No differences that need to be handled in any special way due to model change in connection with PLC6 have been highlighted in this project.