Distributed Hydrological Modelling of Lærdal Catchment to Investage Changes in Flow Pattern

Abstract

ABSTRAKT Estimering av strømning til uregulerte sideelver er svært viktig i regulerte bassenger. Bruken av distribuerte hydrologiske modeller er betydelig i de fleste tilfeller når man prøver å hente ut tilsig før regulering innenfor regulerte vassdrag. Denne rapporten ble utført i Laerdalsbassenget i Norge for å trekke ut tilsig før regulering og simulere tilsig til uregulerte sideelver. Den fokuserer også på å estimere endringene i avrenningsgenerering forårsaket av reguleringen i nedbørfeltet. For å få gjennomført denne oppgaven ble følgende vurdert: 1) Oppsett av en distribuert hydrologisk modell for nedbørfeltet ved bruk av romlige og tidsmessige data. 2) Kjør kalibrering og validering på den uregulerte perioden og simulerte den regulerte perioden som uregulert og sammenlign endringen i avrenningsgenerering. 3) Test modellytelsen og sensitiviteten til parameterne. Tidsdata fra perioden 1957 til 2021 ble brukt for å sette opp modellen. Enki-modellen ble satt opp for seks utslippsmålere innenfor nedbørfeltet. Lo bru, sælthun, Nivla, Skjærsbrui, Dilma og Ulvisbakken er de seks målerne som brukes til modelloppsett og kalibrering. Nash-Sutcliffe-effektiviteten ble valgt i modellen for å evaluere modellens simuleringsytelse. Det ble gjort to valideringer, en med de seks utslippsmålerne og den andre med åtte målere, og la Sula og Frostdalen til modellen. Den andre valideringen ble gjort for å teste om modellen på en hensiktsmessig måte kan gjenskape uregulert strømning siden Sula og Frostdalen er uregulert. Kalibreringen av modellen ser ut til å være ok og gir en total ytelse Mål på en N-S R2-verdi på 0,707 og den første valideringen (01.09.1957 til 31.08.1962) med en N-S R2 på 0,68. Den andre valideringen (01.09.1967 til 31.08.1970) med de åtte målerne ga en N-S R2-verdi på 0,701. Dette viser at modellen forutsier det observerte relativt godt. Andre modellytelsesevalueringer ble gjort som inkluderer plotting av hydrografene, strømningsvarighetskurve og kontroll av prosent skjevhet mellom det simulerte og det observerte.

ABSTRACT The estimation of flow to unregulated tributaries is very essential in regulated basins. The use of distributed hydrological models is significant is most cases when trying to extract inflows prior to regulation within regulated river basins. This report was conducted in the Laerdal basin in Norway to extract inflows prior to regulation and simulate inflows to unregulated tributaries. It also focuses on estimating the changes in runoff generation caused by the regulation within the catchment. To get this task completed, the following were considered: 1) Set-up of a distributed hydrological model for the catchment using spatial and temporal data. 2) Run calibration and validation on the unregulated period and simulated the regulated period as unregulated and compare the change in runoff generation. 3) Test the model performance and sensitivity of the parameters. Temporal data from the period 1957 to 2021 were used to set up the model. The Enki model was set up for six discharge gauges within the catchment. Lo bru, sælthun, Nivla, Skjærsbrui, Dilma and Ulvisbakken are the six gauges used for the model set-up and calibration. The Nash-Sutcliffe Efficiency was selected in the model to evaluate the model simulation performance. Two validations were done, one with the six discharges gauges and the second with eight gauges, adding Sula and Frostdalen to the model. The second validation was done to test whether the model can suitably replicate unregulated flow since Sula and Frostdalen are unregulated. The calibration of the model seems to be ok giving an overall performance Measure of a N-S R2 value of 0.707 and the first validation (01.09.1957 to 31.08.1962) with a N-S R2 of 0.68. The second validation (01.09.1967 to 31.08.1970) with the eight gauges gave a N-S R2 value of 0.701. This shows the model predict the observed relatively well. Other model performance evaluations were done which include plotting of the hydrographs, flow duration curve and checking the Percent Bias between the simulated and the observed.