Modellering af temperatur i vandløb: Modeling Water Temperature in Streams

Morten Blemmer

Studenteropgave: Speciale

Abstrakt

Formålet med dette projekt var at finde grundvandstilstrømningen til Elverdamsåen på Sjælland og kalibrerer en vandtemperatur model; Heat Source Model (HSM). For at finde de mest følsomme parametre i HSM, blev en global sensitivitets analyse lavet med High Dimensional Model Representation (HDMR) metoden. Til at kalibrere HSM blev to globale optimerings metoder Shuffled Complex Evolution (SCE) og Markovkæde Monte Carlo (MCMC) brugt. Disse metoder blev herefter sammenlignet på resultat og effektivitet. Til estimering af grundvandstilstrømning blev et Distributed Temperature Sensing (DTS) system og vandføringsmålinger brugt. Med DTS systemet blev vandløbstemperaturen TW målt hver meter og hvert 6. minut i perioden d.26/4-2011 kl.21.00 til d.27/4-2011 kl.20.36 på en strækning med længden 1742m. Med udgangspunkt i disse data blev HSM kalibreret. Resultatet viste at grundvandskilder kunne lokaliseres med DTS temperaturdata og tilstrømningen kunne estimeres ved manuel fitting i HSM ud fra vandføringsmålingerne. Der blev lokaliseret 6 direkte grundvandskilder, og over hele strækningen blev mængden af tilført diffust grundvand estimeret. Parametrene der er brugt i den globale sensitivitets analyse var ikke følsomme overfor vandføringen. Vandforingen var derfor heller ikke vigtig for optimeringen. De mest sensitive parametre blev brugt til kalibrering af sedimenttemperaturen Tsed, som påvirkede den modellerede TW via; konduktion mellem bund og vand ( konduktion) og sediment flow (Qsed). Der var et godt fit af af tidslige variationer i TW men i vandløbets længde retning var fittet mindre godt. Dette kan skyldes manglende inkludering af Dead Zones DZ i HSM. SCE viste sig at være den bedste globale optimerings metode, da der med SCE blev fundet den laveste minimumsværdi for afvigelsen mellem målt data og modelberegninger. SCE var betydeligt mere effektiv end MCMC, da SCE konvergerede hurtigere mod minimum. SCE og MCMC metoderne resulterede i næsten det samme minimum (forskel 1.5%).

UddannelserMatematik, (Bachelor/kandidatuddannelse) KandidatGeografi, (Bachelor/kandidatuddannelse) Kandidat
SprogDansk
Udgivelsesdato21 nov. 2011
VejledereJohnny T. Ottesen

Emneord

  • HDMR
  • Sensitivitetsanalyse
  • DTS
  • Vandløbstemperatur
  • SCE
  • Grundvand
  • Optimering
  • MCMC
  • Vandløbshydrologi