Pågående forskningsprojekt

Hydropower Research in a changing climate

Since 2006, the division for River Engineering has been an active participant in a national collaboration on education and research on hydropower ( www.svc.nu). Several PhD-projects have been initiated and pursued. The division is also funded by STandUP for Energy, the national strategic research project within the energy area. The role of the division is hydropower regulation and its regulatory role for the electricity market. With the introduction of new intermittent energy sources on the power grid, hydropower is needed as a regulatory resource. Especially the climate fluctuations imply a major uncertainty of both short- and long-term regulations and indirectly, knowledge, about these fluctuations are key for planning of the grid and the power system at large.

 On-going PhD projects are focused on:

  • Hydropower regulation
  • Flood predictions in rivers
  • Internal erosion in embankment dams
  • Spillway capacity

30-year Annual Mean Energy Potential of Surface Water (left). Long-term records of discharge fluctuations in major rivers in Sweden using a five-year window of averaging (right).

Soils2Sea - Minskad närsaltbelastning från jordbruk till Östersjön genom retention i grundvatten och vattendrag

Finansiär: EU-Bonus, Swedish Environmental Protection Agancy

Projektkoordinator: Jens Christian Refsgaard,Geological Survey of Denmark and Greenland, Copenhagen

Total budget: 3.3 miljoner EUR

Varkatighet: 2014-2017

Sammanfattning

Huvuddelen av de närsalter som läcker från jordbruksmark och punktkällor fördröjs i grundvatten och vattendrag innan de når fram till Östersjön. Denna fördröjning (retention) varierar högst väsentligt beroende på lokala hydrogeologiska förhållanden och vattendragens karaktäristika. Därför är den enhetliga regelringen som syftar till att begränsa närsaltläckage mindre kostnadseffektiv än en reglering som tar hänsyn till lokala förhållanden och inriktas mot utpekade målområden där retentionen är låg. Soils2Sea kommer att

  1. utveckla metodik och modellverktyg för planering av en differentierad reglering som baseras på ny kunskap om närsalt transport och retention i yt- och grundvatten,
  2. utvärdera hur en rumsligt differentierad reglering kan erbjuda en mer kostdanseffektiv lösning för att reducera närsaltläckage till Östersjön,
  3. analysera hur förändringar i markanvändning och klimatvariationer kan påverka närsaltbelastningen till Östersjön, liksom den optimala placeringen av åtgärder, samt
  4. utveckla en reglerings- och övervakningsstrategi som tar hänsyn till relevanta aspekter av EU:s olika direktiv and samtidigt utformas för att stödja en lokal anpassning i beslutsfattandet med syfte att ta hänsyn till lokala förhållanden.

Strategier och modellverktyg kommer att testas på olika skalor allt från små kvadratkilometer stora områden, hela älvsystem på tusentals kvadratkilometer och hela Östersjöns avrinningsområde på miljontals kvadratkilometer.

Schematic showing natural solute tracer input to a watershed and the damped output signal that reflects the filtering mechanisms on the watershed scale.

Utvärdering av fysikaliska mekaniskmer viktiga för närsalttransport separerade på olika frekvenser med hjälp av spektral metoden

Prognosmetoder för höga flöden i vattendrag - Hydraulisk-topologisk analys av flöden i avrinningsområden

Finansiär: Svenskt Vattenkraftcentrum ( svc.nu), STandUP for Energy

Varaktighet: 2008 - 2014

Sammanfattning

Att tillförlitligt kunna prognosticera högflöden i vattendrag är väsentligt ur ett samhälleligt perspektiv. I ett land som Sverige - där närmare hälften av elproduktionen härrör från vattenkraft, är vattenkraftsindustrin en sektor som i stor utsträckning är beroende av pålitliga hydrologiska modeller. Behoven består i att kunna bestämma s.k. designflöden (för dammsäkerhet och designfrågor), samt som underlag för regleringsstrategier. Vattenkraftindustrins behov har föranlett detta forskningsprojekt (finansierat av Svenskt Vattenkraftscentrum, SVC), där huvudsyftet är att utveckla och förbättra hydrologiska modeller med huvudfokus på högflödessituationer i vattendragsnätverk.

Hydrologiska modeller drivs av meteorologisk data (t.ex. nederbörd och temperatur), som genom olika hydrologiska processer (t.ex. avdunstning, ombildning till grundvatten, flöde på och under markytan) ger upphov till flöden i våra vattendrag. Hur denna vattentransport sker beror på det enskilda avrinningsområdets egenskaper. Traditionellt har dessa områdesegenskaper ofta implicit beskrivits genom framkalibrerade modellparametrar som bygger på historiska dataserier av bl.a. nederbörd och flöde, och saknar en tydlig koppling till områdets faktiska egenskaper. Detta leder till begränsad modelltillförlitlighet, t.ex. då modellen behöver uppskatta flöden som inte finns registrerade i historiska dataserier, eller då områdets flödesrespons förändras, genom landskaps- eller klimatförändringar.

Genom utökad hydrodynamisk förankring av modellekvationer och fysikaliskt baserade modellparametrar kan flödesprognoser göras med större tillförlitlighet för extrema högflödessituationer samtidigt som behovet av historiska mätningar och antagandet att förutsättningarna inte förändras över tid minskar. Ytterligare aspekter som bättre inkluderas med den framtagna metodiken är effekten av översvämmande tvärsnitt, dämmande sektioner och interaktion mellan olika biflöden i ett vattendragsnätverk.

Resultaten visar en förbättrade flödesprognoser i de studerade områdena, speciellt för högflödessituationer, men även för längre flödesserier över hela flödesintervallet. Projektet bedrivs delvis i samarbete med SMHI, med målsättningen att implementera slutsatser från forskningsprojektet i de nationella hydrologiska modellerna.

Självrening av närsalter i vattendrag – Undersökning av tidsserier, kvantifiering av processer, och möjligheter till återställande åtgärder

Finansiär: Formas

Varaktighet: 2014 – 2017

Sammanfattning

Huvuddelen av närsalterna som tillförs Östersjön härrör från terrestra områden och transporteras genom landskapet tillsammans med grund- och ytvatten. Då möjligheten för remedieringsåtgärder i grundvattnet är kraftigt begränsade har därför åtgärder i de strömmande vattendragen en avgörande betydelse för att minska närsaltkoncentrationerna i våra ytvatten. Restaurering av naturliga vattenvägar och implementering av nya åtgärder leder till en ökad självrening i vattendragen, vilket i sin tur bidrar till en minskad övergödning och förbättrade ekologiska förhållanden i recipienten. Detta projekt syftar till att utvärdera självrening i vattendrag med hjälp av unika spårämnesförsök med isotoperna 32P, 15N, och 3H, där speciellt fokus ligger på effekten av geomorfologiska förhållanden i å fåran. Genom att tillföra isotop-märkta närsalter tillsammans med ett konservativt ämne ger experimentet lättolkad och diversifierad information om hur lösta närsalter upptas i bäcksediment och bryts ned eller fastläggs kemiskt. Utvärderingen resulterar även i modellformuleringar för upptaget och en bestämning av hur kritiska parametrar varierar på delsträckor längs ett vattendrag. Den specifika informationen från spårämnesförsöken kombineras inom projektet med en nyutvecklad metodik för att undersöka dominanta tidsskalor i redan befintliga tidsserier från övervakningsdata. Genom att relatera de signifikanta frekvenserna i tidsserier för vattenkvalité och vattenföring tillsammans med områdesspecifik geomorfologisk data kan hydrologiska och biogeokemiska processer som kontrollerar uttransporten av närsalter från ett avrinningsområde undersökas.

Retentionen och självreningen i vattendrag utgör en väsentlig del i den totala budgeten för närsaltomsättningen, vilket gör att kvantifieringen av dessa processer är centralt för att förstå närsalters kretslopp. Projektet är därför en viktig del i en pågående modellutveckling för närsalter - där framförallt övervakningsdata utgör grunden - och i åtgärdsplanering där utformningen och placering av olika åtgärder är av yttersta vikt.

Hänsyn till dynamiska effekter i vattendrag för vattenkraftplanering

Finansiär: Svenskt Vattenkraftcentrum ( svc.nu), STandUP for Energy

Varaktighet: 2012 - 2016

Sammanfattning

Med stöd av Svenskt Vattenkraft Centrum (SVC) startades 2011 ett projekt för att undersöka hydraulikens betydelse för planeringen av vattenkraftproduktion. Ökad användning av variabla och intermittenta energikällor såsom vind- och solkraft kommer troligen leda till en förändring av produktionsstrategier för vattenkraften. Det ökar vikten av god noggrannhet i den fysikaliska och statistiska beskrivningen i optimeringsmodeller för vattenkraften. För att optimeringsmodellerna inte ska bli för komplexa finns ett behov av förenklingar som ändå återspeglar de mest relevanta tidsskalorna. Stora förenklingar resulterar i att det system som optimeras avviker från verkligheten, vilket innebär en minskad produktion jämfört med det möjliga. Beskrivningen av gångtider för vatten mellan kraftstationer används för att simulera tidsskalor och dynamik i systemet vid optimering, den strömningsmekaniska påverkan vattendraget har på dessa kan vara betydande. För att utforska den påverkan hydrauliken har på produktionsplaneringen utvecklades en optimeringsmodell inkluderande en förbättrad beskrivning av gångtider mellan ett stort antal samverkande kraftstationer.

Dynamik och tidskalor i produktionsplaneringsmodeller härrör förutom från gångtiderna och dämpningen i regleringsmagasinen även från den prognostiserade tillrinningen. Planeringsmodeller utvecklas med metoder för att ta till vara statistiska samband, både spatialt och temporalt för prognostiserade tillrinningar inom reglerade avrinningsområden. Betydelsen av en mer koordinerad planering över större områden och mellan älvar analyseras.

Genom att förbättra planeringsmodeller för vattenkraftreglering kan vi möta framtida produktionsbehov samt förbättra förvaltningen av resursen utan större fysiska ingrepp.

Reactive transport modeling of CO2 brine leakage from geological storage reservoir

[Beskriving finns endast på engelska för tillfället]

Funding body: Formas (2008 - 2010), Higher Education Commission of Pakistan (HEC), STandUP for Energy

Summary

One of the concerns related to CO2 underground storage is its potential leakage from the storage reservoir. Existing weaker zones like fractures in the caprock may be opened or reactivated by the pressure build-up caused by the supercritical fluid injection or pressure variations caused by large-scale groundwater motion. Along the flow path, leaking CO2 brine may undergo various physical and geochemical interactions including matrix diffusion, adsorption and mineral dissolution/ precipitation reactions. We aim at developing a numerical modeling framework that describes the reactive transport of CO2 enriched brine through weaker zones like fracture/fault considering physical and geochemical interactions along the leakage pathway.

 

 

 

 

Till sidans topp