Inleiding

SPHY (Spatial Processes in Hydrology) is een conceptueel, ruimtelijk gedistribueerd (op rasters gebaseerd) waterbalansmodel van het type “leaky-bucket”. Het integreert dominante hydrologische processen, waaronder:

  • Regenval-afvoer
  • Afvoer van meren/reservoirs
  • Cryosferische processen (sneeuw, ijs, gletsjers)
  • Evapotranspiratie
  • Bodem hydrologische processen

SPHY heeft zich in de loop van de tijd ontwikkeld door de beste componenten van gevestigde simulatiemodellen op te nemen, zoals SRM, VIC, HydroS, SWAT, PCR-GLOBWB, SWAP en HimSim. Het legt relevante terrestrische hydrologische processen vast op verschillende ruimtelijke schalen (lokaal, regionaal en mondiaal) en is aanpasbaar aan verschillende veranderingen in landgebruik, extreme weersomstandigheden en klimaatscenario’s.

De onderstaande figuur geeft een overzicht van de concepten van het SPHY-model:

SPHY Model Concept
Conceptueel overzicht van het SPHY model.

Belangrijkste kenmerken

Massabehoud is het kernprincipe van het SPHY model. De dominante hydrologische processen worden gedefinieerd door fysische vergelijkingen en parameters. Het model maakt gebruik van een benadering met subgridvariabiliteit om fijnschalige processen nauwkeurig weer te geven. Elke modelcel kan:

  • Gletsjervrij
  • Gedeeltelijk bedekt met gletsjers
  • Volledig bedekt door gletsjers

Niet-gegletsjeriseerde cellen kunnen verschillende soorten landgebruik bevatten. Sub-grid variabiliteit wordt voornamelijk beïnvloed door fractionele vegetatiebedekking, wat processen beïnvloedt zoals interceptie, effectieve neerslag en potentiële evapotranspiratie.

Het model verdeelt de bodem/land kolom in:

  • Twee bovenste bodemlagen
  • Een derde grondwaterreservoir

Elk reservoir heeft corresponderende drainagecomponenten: oppervlakteafvoer, laterale stroming en basisstroming. Gletsjersmelt draagt via twee wegen bij aan rivierafvoer:

  • Langzame component: Percolatie in het grondwaterreservoir, die uiteindelijk basisstroom wordt.
  • Snelle component: Directe afstroming.

Mogelijkheden van het model

SPHY simuleert het dynamische gedrag van gletsjers door belangrijke processen zoals accumulatie, ablatie en ijsmassaoverdracht van accumulatie- naar ablatiezones te integreren. Als een gletsjer massa verliest, wordt ijs uit de ablatiezone herverdeeld volgens de principes van volume-ijsherverdeling.

Extra modules omvatten:

  • Meermodule: Houdt het niveau en de opslag van meren in de loop van de tijd bij en gebruikt een geavanceerd routingschema om de waterstroom van meren naar regio’s stroomafwaarts te leiden.
  • Erosiemodule: Berekent bodemerosie door regendruppels, overlandstromen en rivierstromen.

Er is niet één optimaal hydrologisch model voor alle toepassingen; de optimale keuze hangt af van de projectdoelen. SPHY onderscheidt zich echter door zijn veelzijdigheid en brede scala aan functionaliteiten, waaronder:

  • Ruimtelijke schaal: SPHY kan op verschillende ruimtelijke schalen worden toegepast, van kleine boerderijen tot grote regionale en wereldwijde toepassingen. Gebruikers kunnen hydrologische variabiliteit analyseren op verschillende resoluties (bijv. 50 m voor gletsjers, 1000 m voor algemene hydrologie).
  • Temporele schaal: Het model ondersteunt tijdsstappen van een dag tot een jaar, waardoor flexibiliteit mogelijk is op basis van de beschikbaarheid van gegevens en de dynamiek van processen.
  • Aanpasbaarheid: SPHY kan worden aangepast voor verschillende klimatologische omstandigheden. Gebruikers kunnen niet-relevante processen uitschakelen (bijv. gletsjersmelt in tropische gebieden) om simulaties te stroomlijnen.
  • Gegevensvereisten: SPHY kan werken met minimale gegevens of uitgebreide datasets integreren, zoals hydrologische metingen, cryosferische gegevens, gewascoëfficiënten en meer/reservoir informatie.
  • Gebruiksvriendelijkheid: SPHY is ontworpen met het oog op toegankelijkheid en maakt invoer mogelijk via statische waarden, tijdreeksen of ruimtelijke rastergegevens. De uitvoer bestaat uit gedetailleerde ruimtelijke kaarten en tijdreeksgegevens die zijn aangepast aan de voorkeuren van de gebruiker.

Toepassingen voor FutureWater

FutureWater gebruikt SPHY voor verschillende hydrologische studies en toepassingen:

  • Hydrologische veranderingsanalyse: Beoordeling van hydrologische regimes in verleden en toekomst in projecten zoals IWRM-Bhagirathi en IWRM-Tajikistan.
  • Stroomgebiedbeheer: Ondersteuning van strategische planning voor grote stroomgebieden, zoals het stroomgebied van de Ganga.
  • Irrigatiebeheer: Boerderij-specifiek irrigatieadvies, zoals in Roemenië en Angola.
  • Debietvoorspelling: Gebruikt bij operationele stroomvoorspelling in Chili.
  • Bodemdegradatie en herstel: Toegepast in landschapsbeheerprojecten zoals in Madagaskar.
  • Waterkrachtevaluaties: Ondersteuning van waterkrachtontwikkeling in Georgië, Indonesië, Kenia en andere locaties.
  • Overstromingsrisicobeoordeling: Evaluatie van de gevolgen van extreem weer in projecten zoals SYSTEM-RISK en IMPREX.

Meer informatie

Ga voor meer informatie naar sphymodel.com.

Gerelateerde projecten