Avrinning
En analys av avvikelserna för årsmedelavrinningen 1997–2016 visar att
överenstämmelsen generellt är god (inom ±10 % i 76 % av områdena, och inom ±25 % i 96 % av områdena). De relativa avvikelserna är som störst för
vattenföringsstationer med små tillrinningsområden, men även här ligger de flesta områden inom ±25 % avvikelse (Figur 1, vänster bild). Avvikelserna i små områden är mest representativa för den lokala simulerade avrinningen som används inom TBV (se diskussion i introduktionsavsnittet ovan). Avvikelserna är beräknade så att negativt värde betyder underskattning och positivt värde betyder överskattning. Det är generellt större underskattning i områden med hög observerad avrinning (figur 1, höger bild). Medelvärdet för avvikelserna är nära noll, 0,7 %.
Figur 1. Relativ avvikelse av årsmedelvattenföring för perioden 1997–2016 mot tillrinningsområdets area (vänster bild). Där avvikelsen är negativ är det simulerade värdet lägre än det observerade. Simulerad mot observerad avrinning (höger bild).
Den geografiska fördelningen för avvikelserna visar inga tydliga mönster, förutom att det i delar av fjällkedjan finns många områden med stora negativa absoluta avvikelser (Figur 2). Det förklaras delvis av att den observerade avrinningen också är hög i dessa områden (vilket ger större avvikelser i absoluta tal). Det stämmer även med mönstret i Figur 1 (höger bild) som visar större underskattning i områden med hög avrinning. Det fåtal områden som har höga positiva relativa avvikelser finns alla i södra Sverige där den observerade avrinningen är lägre.
119
Figur 2. Avvikelse av årsmedelvattenföring för perioden 1997–2016 i absolut skala (l/s/km2, vänster bild) och relativ skala (% av observerat värde, höger bild). Där avvikelsen är negativ är det simulerade värdet lägre än det observerade.
Totalkväve
Avvikelserna i medelårskoncentrationen för totalkväve 1997–2016 är inom ±25 % för 65 % av områdena och inom ±50 % för 93 % av områdena, (Figur 4, vänster sida). De relativa avvikelserna är högre i små områden. För områden med medelhöga observerade koncentrationer (>1 000 och <4 000
mikrogram/l) är fler områden underskattade än överskattade (Figur 4, höger bild). Det syns ingen systematisk underskattning för höga observerade koncentrationsvärden (>4 000 och <10 000 mikrogram/l), men det fåtal områden med de allra högsta observerade koncentrationerna (>10 000 mikrogram/l) är alla underskattade. Medelavvikelsen är -8 % eller -160 mikrogram/l.
I många tidsserier av observationer i vattendrag kan man se en nedåtgående trend av kvävehalter i sjöar och vattendrag. Figur 3 visar ett sådant exempel för Mälarens mynning i Östersjön. Vid modelleringen med SMED-HYPE i PLC- periodical är det källor för det specifika året 2016 som beräknats. Därmed är det svårt att få en bra uppskattning i modellen för hela den beräknade perioden 1997–2016. Överensstämmelsen för källor 2016 är relativt god för 2011–2016 men underskattas för perioden innan dess.
120
Figur 3. Modellberäknad (röd) och observad (svart) totalkväve (TN mg/l, ovan) och totalfosfor (TP mg/l, nederst) vid Stockholm centralbron under perioden 1997-2016.
Figur 4. Relativ avvikelse för medelkoncentration av kväve för perioden 1997–2016 mot tillrinningsområdets area (vänster bild). Där avvikelsen är negativ är det simulerade värdet lägre än det observerade. Simulerad mot observerad medelkvävekoncentration (höger bild).
Avvikelserna är störst i södra Sverige (Figur 5). Koncentrationsavvikelserna för totalkväve ligger inom ±100 mikrogram/l i 39 % av områdena och inom ±500 mikrogram/l i 82 % av områdena. Höga negativa avvikelser förekommer främst i södra delen av landet där de observerade halterna också är högre. Det syns en svag tendens med relativa avvikelser som är positiva i Norrlands inland och mer negativa vid kusten.
121
Figur 5. Avvikelse av årsmedelkoncentration av totalkväve för perioden 1997–2016 i absolut skala (µg/l, vänster bild) och relativ skala (% av observerat värde, höger bild). Där avvikelsen är negativ är det simulerade värdet lägre än det observerade. Notera att färgskalan är anpassad till fördelningen för varje variabel så att den här är olik mot figur 2 och 8. Gult innebär alltid bäst överrensstämmelse.
I området med högst relativ avvikelse på 161 % (Broån i Dalälvens
avrinningsområde) visar inte de beräknade och uppmätta koncentrationerna samma mönster (Figur 6). Ett annat område med hög relativ avvikelse på 63 % (Ståstorpsån i Skåne) domineras av läckage från jordbruksmark och har en tydlig fasförskjutning mellan den simulerade och observerade tidserien (visas inte i figur). Båda dessa områden har små tillrinningsområden (<100 km2),
vilket gör att osäkerheter i dataunderlaget (till exempel kopplade till hur representativa data är för små områden) får ett större genomslag på
modelleringen. Dessutom görs retentionsberäkningarna med SMED-HYPE med regional kalibrering, utan att optimera resultaten i varje enskilt område.
122
Figur 6. Simulerad (röd linje) och observerad (svarta punkter) tidserie för Broån (subid 10427), Dalälvens huvudavrinningsområde, med en relativ avvikelse på 161 %. Överst visas simulerad och observerad koncentration för varje dag under perioden 2012–2016, nedan visas medelkoncentrationen (brutto som grå linje och netto som röd linje) av totalkväve för varje dag över hela året för samma period (till vänster, där observerade värden visas som boxplottar) och markanvändningen för hela tillrinningsområdet (till höger).
Totalfosfor
Avvikelserna i medelårskoncentrationen för totalfosfor 1997–2016 är inom ±25 % för 51 % av områdena, inom ±50 % för 81 %, och inom ±85 % för 95 % av områdena, (Figur 7, vänster sida). De relativa avvikelserna är högre i små områden. Liksom för avrinningen är underskattningen av
medelfosforkoncentrationen större i områden med höga observerade värden (Figur 7, höger bild). Medelavvikelsen är 1,4 % eller -2,4 mikrogram/l (efter att några få områden med extrema avvikelser har uteslutits).
123
Figur 7. Relativ avvikelse för medelkoncentration av fosfor för perioden 1997–2016 mot tillrinningsområdets area (vänster bild). Skalan på y-axeln har justerats så att några få områden med extremt höga avvikelser inte visas för att kunna se övriga områden bättre, jämför figur 8 nedan. Där avvikelsen är negativ är det simulerade värdet lägre än det observerade. Simulerad mot observerad
medelfosforkoncentration (höger bild).
Avvikelserna är generellt störst i södra Sverige och nära norra Norrlandskusten (Figur 8). Tendensen med positiva avvikelser (överskattning) i Norrlands inland och negativa avvikelser (underskattning) längs Norrlandskusten är tydligare för fosfor än för kväve. De högsta avvikelserna förekommer i mindre avrinningsområden med låg vattenföring och med stora industrier eller avloppsreningsverk.
124
Figur 8. Avvikelse av årsmedelkoncentration av totalfosfor för perioden 1997–2016 i absolut skala (µg/l), vänster bild) och relativ skala (% av observerat värde, höger bild). Där avvikelsen är negativ är det simulerade värdet lägre än det observerade. Notera att färgskalan är anpassad till fördelningen för varje variabel så att den här är olik mot figur 2 och 5. Gult innebär alltid bäst överrensstämmelse.
Vid låga flöden kan stora punktkällor, som industrier och avloppsreningsverk få en felaktigt hög beräknad koncentration. Felet beror på en felaktigt hög tillsatt koncentration från punktkällan. Många punktkällor redovisar en total belastning under året, men SMED-HYPE kräver indata för punktkällorna i form av koncentration och vattenföring. Därför behöver belastningen delas upp i vattenföring och koncentration. Ett exempel på en felaktigt ansatt
koncentration redovisas i Figur 9 för totalkoncentrationen av fosfor, där en för hög koncentration i utsläppen från en industri uppströms får effekt nedströms.
125
Figur 9. Simulerad (röd linje) och observerad (svarta punkter) tidserie för Nossan, bron vid Stora Djupsås (subid 3846), Göta älvs huvudavrinningsområde, med en relativ avvikelse på >6000 % tillföljd av en felaktigt ansatt vattenföring från en industri uppströms. Överst visas uppmätt och beräknad koncentration för varje dag under perioden 2012–2016, nedan visas medelkoncentrationen (brutto-grå och netto-röd) av totalkväve för varje dag över hela året för samma period (till vänster, där observerade värden visas som boxplottar) och markanvändningen för hela tillrinningsområdet (till höger).