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 HYPEmodellen

är markanvändningsberoende vilket samma beräkning med HBVmodellen

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 km2, mellan 200 och 2000 km2

7

och större än 2000 km2. 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

8

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

10

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 km2, between 200

and 2000 km2 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%.

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.