Ojitetuille suometsäalueille soveltuvan hydrologisen mallin kehitys ja sovellus käyttäen automaattista kalibrointia

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Ojitetuille suometsäalueille soveltuvan hydrologisen mallin kehitys ja sovellus käyttäen automaattista kalibrointia"

Aapo Markus Saaristo
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

Haahti, Harri Koivusalo, Lassi Warsta & Teemu Kokkonen, Luke,

1 Ojitetuille suometsäalueille soveltuvan hydrologisen mallin kehitys ja sovellus käyttäen automaattista kalibrointia Kersti Haahti, Harri Koivusalo, Lassi Warsta & Teemu Kokkonen, Luke, Vantaa Vesi- ja ympäristötekniikka Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan laitos

2 Vesi suometsikössä Puusto ja pintakasvillisuus haihduttaa Ojat kuljettavat pois alueelta Maanpinta ja maaperä varastoivat ja kuljettavat 2 / 13

3 Puusto ja pintakasvillisuus Vaikutus sadantaan Interseptiohaihdunta ja transpiraatio Penman-Montieth menetelmä Laskenta erikseen FEMMA-mallilla Inputtina sää ja kasvillisuuden ominaisuudet Interseptiohaihdunta Sadanta latvuston yläpuolella Potentiaalinen transpiraatio Maanpintaan tuleva sadanta 3 / 13

4 Maanpinta ja maaperä (FLUSH) Pintavirtailu St. Venant yhtälöt (diffuusioaalto) Maanpintaan tuleva sadanta Toteutunut transpiraatio 2D-hila Maa- ja pohjavesivirtaus Richardin yhtälö + van Genuchten 3D-hila 4 / 13

5 Ojaverkosto (integroitu FLUSHiin) Nieluja maanpinta- ja maaperähiloissa Virtaus verkoston uomissa St. Venant yhtälöt Pintavirtailu ojaan 1D laskenta Vesisyvyyden korjaus risteyskohdissa Virtausvastus määritetty virtaaman funktiona Pohjavesi purkautuu Vesisyvyys vaikuttaa purkautumiseen 5 / 13

6 Koealue ja mittaukset 5.2 ha Ojia 1.6 km Kunnostusojitus syksyllä 211 Mittapato Pohjavesianturi Ojavesisyvyysanturi Ojaverkosto Kunnostettu verkosto Luonnonuoma Turvemaa Keinotekoinen valuma-alue Koivupuron valuma-alue Sääaineisto koottu Iso-Kauhean (Luke), Sotkamon ja Valtimon (IL) asemilta V-pato virtaaman mittaamiseen Oja- ja pohjavesisyvyys Trutrack-antureilla 6 / 13

7 Diskretointi ja alustava parametrisointi Parametreja kirjallisuudesta mm. Päivänen (1973) Alustava manuaalinen kalibrointi Ojissa vakiopoikkileikkaus 1 m Maanpinnan ja maaperän diskretointi syvyys (m) Läpäisemätön pinta 7 / 13

Automaattinen kalibrointi PEST Gradienttiperusteinen optimointityökalu Alustava herkkyysanalyysi Kalibroitavien parametrien valinta Kalibrointi

8 Automaattinen kalibrointi PEST Gradienttiperusteinen optimointityökalu Alustava herkkyysanalyysi Kalibroitavien parametrien valinta Kalibrointi mittauksia vastaan Virtaama Pohjavesisyvyydet (2 pistettä) Ojavesisyvyydet (4 pistettä) Kalibrointijakso (yht. 5 kk, lumeton jakso) 8 / 13

9 Skaalattu herkkyys Herkkyysanalyysi ja kalibroitavien parametrien valinta Horisontaalinen johtavuus K H 6 parametria kalibrointiin Pintamaan parametreja Potentiaalisen transpiraation skaalauskerroin Maanpinnan vedenvarastointikyky Virtausvastusojissa ditchmannb beta petcoef alph treshover por conh mannover conh1 ditchmanna beta1 ther conh2 por1 alph1 conh3 ther1 beta2 conh4 alph2 por2 Virtaama Virtaama Pohjavesisyvyys Ojavesisyvyys conv conh5 ther2 Pohjavesisyvyys conv1 conv5 conv2 conv4 conv3 Vedenpidätyskäyrän parametrit α ja β 9 / 13

10 Vesisyvyys ojassa (m) Pohjaveden syvyys (m) Virtaama (m 3 /h) Virtaama (m 3 /h) Pohjaveden syvyys (m) Vesisyvyys ojassa (m) Ennen PEST-kalibrointia Mallinnettu Mitattu Mallinnettu (S) Mitattu (S) Mallinnettu (N) Mitattu (N) E NS =.68 RMSE = 6.7 cm RMSE = 1.33 cm Mallinnettu (1) Mallinnettu (3) Mitattu (1) Mitattu (3) Mallinnettu (2) Mallinnettu (4) Mitattu (2) Mitattu (4)

11 Vesisyvyys ojassa (m) Pohjaveden syvyys (m) Virtaama (m 3 /h) Virtaama (m 3 /h) Pohjaveden syvyys (m) Vesisyvyys ojassa (m) PEST-kalibroinnin tulos Mallinnettu Mitattu Mallinnettu (S) Mitattu (S) Mallinnettu (N) Mitattu (N) E NS =.76 (11 %) RMSE = 5.8 cm (13 %) RMSE = 1.37 cm (3 %) Mallinnettu (1) Mallinnettu (3) Mitattu (1) Mitattu (3) Mallinnettu (2) Mallinnettu (4) Mitattu (2) Mitattu (4)

12 Johtopäätöksiä Potentiaalisen transpiraation skaalauskerroin: 1.55 Vedenpidätyskäyrässä muutos Numeerisia haasteita laskennassa Mallia ei ole vielä validoitu Automaattinen kalibrointi on apukeino Herkimpien parametrien kalibroimiseen hyödyllinen Prosessi helpommin dokumentoitavissa Sopiva määrä parametreja? 12 / 13

Ennallistaminen Kunnostusojitus (vesiensuojelu) Pienten

13 Jatkossa Talven simuloiminen Laajentaminen luonnotilaiselle suolle Eroosion ja kiintoaineen kulkeutuminen Skenaarioita Ennallistaminen Kunnostusojitus (vesiensuojelu) Pienten valuma-alueiden mallinnus Virtausnopeus (m/s) Pohjavedensyvyys (m) / 13

Samankaltaiset tiedostot

Kiintoaineen ja humuksen mallintaminen. Markus Huttunen ja Vanamo Seppänen 11/11/2013

Kiintoaineen ja humuksen mallintaminen. Markus Huttunen ja Vanamo Seppänen 11/11/2013 Kiintoaineen ja humuksen Nitrogen loading from forested catchments mallintaminen Markus Huttunen ja Vanamo Seppänen 11/11/213 Marie Korppoo VEMALA catchment meeting, 25/9/212 21.11.213 VEMALA vedenlaatumalli