Til hovedinnhold
Tekst: Forsker Lena S Tøfte , forsker Oddbjørn Bruland og forsker Sjur Anders Kolberg
Foto: Oddbjørn Bruland og Knut Sand


I prosjektet ”Hydrologisk Kraftløft” tek Statkraft første steget over til den nye generasjonen hydrologiske modellar. Det er mange gode grunnar for å gjere kraftbransjens hydrologiske modellar meir avanserte: feilberekning av snømagasin, klimaendringar som gjer historiske data mindre relevante, behov for å oppdatere modellar mot satelittbilete, tilgang på ny informasjon og datakraft er berre nokre eksempel. Å kunne knytte prognosene til ei kvantifisert usikkerhet, vil også vere nyttig i dagens kraftmarknad.

Historiske data og klimaendringar
Dagens modellverktøy er i stor grad basert på historiske data og regresjonsanalyser, og i mindre grad på dei fysiske forholda i nedbørfeltet. Desse modellane kan gje gode resultat i normalår, men er sårbare for atypiske situasjonar og eit skiftande klimaregime. Med ei forventa klimaendring vil det statistiske grunnlaget ikkje lenger vere relevant, og det vi i dag reknar for ekstremsituasjonar vil kunne opptre langt hyppigare. I mange områder vil ein gå frå stabile vintrar med smelteflaum om våren, til større vintervassføring og fleire smelteperiodar i løpet av vinteren. For å kunne prognostisere dette, trengst hydrologiske modellar som både i større grad skildrar prosessane i nedbørfeltet fysisk, og i mindre grad enn i dag er avhengige av kalibrering mot observerte, historiske data.

Snømagasinet
I Norge og Norden er snømagasinet ein nøkkelvariabel i hydrologiske modellar, og også den variabelen det er knytta mest usikkerhet til med omsyn til kraftproduksjon og pris. Kraftselskapa har rutinemessig samla inn snødata i mange år for å estimere snømengde. Mange selskap har svært lange og verdifulle seriar. Satelittbilete av snødekke kan også etterkvart enkelt skaffast til ein overkomeleg pris. Statkraft bruker alt i dag informasjon frå satellittbilete i sitt daglege arbeid, men har ikkje verktøy til å implementere informasjonen i tilsigsprognosene sine. Med kopling til digitale terrengmodellar, kan satellittbilete betre utnyttast for estimering av snømengde.

Snøradar har i dei seinare åra vist seg å vere godt eigna for måling av snødjubde. SINTEF/NTNU har utvikla eit system for effektiv og representativ måling av snødjubde gjennom fleire prosjekt og doktorgrader. Ved å køyre ein snøradar kopla saman med GPS i nedbørfeltet, kan store mengder informasjon om snømengde og snøfordeling innhentast. Dette medfører vesentleg sikrare estimat av snømagasinet og snøfordelinga. Dessutan er informasjonen fordelt i terrenget, og kan enkelt koplast til digitale terrengmodellar og arealfordelte berekningar.

Frå punkt til arelfordelt modellering
I dag bruker Statkraft modellar som har fleire kjende manglar: snøsmeltinga simulert med graddagsmodell gjev for rask smelting tidleg i sesongen, og for sakte seinare på våren. Både temperatur, regn og snø blir berekna ut frå dei data ein måtte ha, i verste fall er data henta frå ein stasjon utanfor feltet. I tillegg til at dei målte nedbørverdiar må korrigerast pga oppfangingssvikt, vind og fordamping, må ein også korrigere for representativitet. Sjølv med fleire stasjonar i feltet, er det siste ei utfordring. I dagens HBV-modell blir desse to korreksjonane ikkje berre slått saman til ein faktor, men denne blir også brukt som kalibreringsparameter. Det vil vere fornuftig å behandle den aller viktigaste inngangsvariabelen til modellen på ein betre måte. SINTEF har i andre prosjekt dokumentert at HBV-modellens høge tal på kalibreringsparametrar innfører stor usikkerhet i modellresultatet. Å flytte nedbørkorrigeringa ut av kalibreringsrutina vil vere ein effektiv måte å redusere denne usikkerheten på.

Best mogeleg informasjon får ein ved å nyttiggjere seg målingar av ulike variablar, tatt på ulike stader og til ulik tid. Dette føreset ei skildring av korleis variablane heng saman, korleis tilstandar utviklar seg, og korleis romlege prosessar blir integrerte over eit nedbørfelt. Derfor er den hydrologiske modellen det naturlige verktøyet for slik informasjonsassimilering, også for problemstillingar der ein tradisjonelt har brukt frittståande berekningsrutiner.

Umålte felt har alltid vore ei utfordring for kraftselskapa og hydrologien. Med modellar som kalibrerast regionalt, dvs over fleire nedbørfelt samtidig, vil ein ha mulighet for å simulere hydrologiske variablar også i felt utan målingar.

Digitale terrengmodellar med god oppløysing er etterkvart tilgjengeleg for heile Norden. Desse modellane vert ikkje brukt i dagens prognoseverktøy for tilsig og produksjon. Både terrengmodellar og annan ny informasjon som satelittbilete, nedbør- og snøradardata, krev ein heilt ny type modell, som er tilpassa dette nye tilgjenglege informasjonsgrunnlaget. Hydrologisk forsking går i retning av stadig betre og meir detaljert modellering av dei fysiske prosessane. Utvikling av dataverktøy og reknekapasitet har gjort det mogleg å simulere desse prosessane med fin oppløysing i store felt. Dette reduserer behovet for kalibrering av modellane og dermed usikkerheita i resultatet.

Kor usikker ei prognose er, avheng ikkje berre av pålitelegheten til vermeldinga. Intern usikkerhet i modellen, i kalibreringa, i interpolering av inngangsdata osv, utgjer tilsaman ein usikkerhet som i stor grad kan bereknast, dersom metodane for dette er implementert på alle nivå i modellen.

Samarbeid med Trondheim Energiverk
Modellprototypen blir i første omgang utvikla og teken i bruk i Trondheim Energiverk (TEV) sine nedslagsfelt i Tydalen. TEV har frå før eit godt utbygd målenettverk for klimadata som SINTEF får nyte godt av i prosjektet, i tillegg blir dette utvida for i enda større grad å få verdiar frå enda fleire punkt. Fysisk baserte berekningsmetodar krev data for vind og stråling, dette har TEV alt på fleire stasjonar. Ved å installere fleire målestasjonar for vassføring i delfelta i Tydalen, får ein betre kontroll med vassbalansen slik at modellen kan kalibrerast og verifiserast. Snøradarmålingar blir gjennomførd over heile feltet i løpet av to-tre dagar i kvar sesong.

Det femårige prosjektet skal konkret ende opp med eit verktøy som kan simulere tilstand og tilsig i vilkårleg valde nedbørfelt i heile Norden. Verktøyet skal vere basert på ein fordelt hydrologisk modell. Den bereknar nedbørfordeling, snømagasin, snøfordeling og tilsig og er tett integrert med eit GIS-verktøy, som enkelt kan visualisere og samanlikne berekna verdiar med observasjonar (satellittbilde av snø, nedbørradardata, snøtakseringsverdiar osv). Modelltilstanden skal også kunne oppdaterast mot observerte verdiar. På dette grunnlaget vil modellen vere i stand til å produsere prognoser for utvikling av snømagasinet og tilsig for vilkårleg valde felt.

Klimastasjon ved Sankåvika nord for Essandsjøen