När du ska använda data från långa mätserier är det bra att känna till att data har samlats in och hanterats på olika sätt genom åren. Det har skett en stor utveckling i mätteknik hur vattenstånd och vattenföring mätts och hanterats. Dessutom kan sambandet mellan vattenstånd och vattenflöde, avbördningskurvan, ha förändrats.
Denna artikel beskriver hur SMHI samlat in och hanterat hydrologiska data över tid. Läs mer om övrig utveckling i artikeln om Vattenföringsmätningar.
De tidiga mätningarna gjordes genom avläsning av pegelskala
Hydrografiska Byrån påbörjade sitt arbete 1908 och i samband med det kom det till många nya mätningar av vattenstånd och vattenföring i landet. Vattennivån mättes med pegelskalor, stora linjaler, som sattes upp i vattendrag och sjöar. Vattenflöde beräknades sedan med hjälp av en avbörningskurva gällande för stationen.
Avläsningen av pegeln gjordes av en observatör. Detta skedde oftast en gång per dag vid en viss tid. Vintertid lästes pegelskalan normalt av en gång i veckan. Det avlästa värdet skrevs ned på en rapport som skickades in till SMHI månadsvis.
De tidiga mätningarna i framförallt mindre vattendrag där flödet varierar snabbt, kan alltså ha missat flödestoppar på grund av detta.
Fixarna – en viktig referenspunkt
Pegeln mättes alltid in mot en så kallad fixpunkt. Detta för att vattenståndsserien inte skulle påverkas om pegeln försvann eller flyttades. Isen kunde ofta ta med sig pegelskalan när den stod i vattendraget. Med hjälp av fixarna som ofta satt i fast berg, kunde man kontrollera att pegelskalan stod stabilt och inte hade sjunkit eller lyfts. Fixpunkter används fortfarande för att kontrollera stationerna och mätningarna.
Diagramskrivare
Från 1920 och framåt började diagramskrivare ersätta pegelskalor. Dessa fungerade genom att en brunn vid sidan av vattendragen förbands med vattendraget och på så sätt hade samma vattenstånd i brunn och vattendrag. Vattenståndet mättes med flottör i brunnen som kopplades till en penna som registrerade vattenståndet på ett diagram. Även ett måttband installerades med flottör för att kunna läsa av vattenståndet manuellt.
Diagrammen gav mycket mer detaljer på vattenståndet än manuell avläsning av skala en gång per dag. Diagrammen byttes dessutom enbart en gång i veckan eller månad, observatörens besök kunde därmed minskas till högst en gång i veckan.
Observatören antecknade tid och vattenstånd när diagrammet sattes i och togs av cylindern som drevs av ett urverk. Skrivarnas cylinder var kopplad till ett urverk som var inställd på hur lång tid ett varv skulle ta. Det vanligaste var en vecka eller en månad. Urverken drevs till en början av en fjäder som drogs upp manuellt av observatören varje månad som senare ersattes de av batteridrivna urverk. Urverken gick inte exakt utan på en månad kunde det avvika några timmar som fick justeras vid bearbetningen. Därefter kunde diagrammet bearbetas med hjälp av observatörens start och slutuppgifter och grafen på diagrammet.
Den första registrerande pegeln installerade i Litnok redan kring 1915. Den var då unik i sitt slag och installerades eftersom det var svårt att hitta en observatör. Pegeln i Litnok registrerade vattenståndet på pappersrullar som varade flera månader upp mot ett år innan den behövde bytas.
Hantering av diagram
De första diagrammen bearbetades manuellt, ett dygnsmedelvärde togs fram för vattennivån för vidare beräkning av vattenföring via en avbördningstabell. Resultaten för både vattenstånd och vattenförings skrevs in manuellt i rapporter.
I början av 1970-talet började diagrammen digitaliseras manuellt på digitaliseringsbord och kortare tidssteg än dygn kunde tas fram. Data lagrades i SMHIs datorsystem. Dygnsmedelvärden beräknades utifrån de digitaliserade vattennivåerna och vattenföringen beräknades.
I slutet av 1980 talet började diagrammen digitaliseras med hjälp av kamera och dator. Metoden utvecklades och diagrammen skannades innan digitalisering vilket medförde bättre datakvalitet.
Insamling och lagring av data
Fram till 1970 skedde i stort sett all hantering av mätdata manuellt och på papper. Observatören på stationen skickade in avläsningar på blanketter månadsvis. Även de flesta diagram skickades till SMHI en gång i månaden. Diagrammen fortsatte att skickas in till SMHI varje månad till dess att skrivarna togs ur bruk.
Runt 1980 började det installerades instrument som gick att kommunicera med i realtid, så kallade telepeglar. De gick att ringa upp manuellt och vattenståndet angavs av ”fröken vattenstånd”.
Det var första gången som hydrologerna på SMHI hade tillgång till data i realtid. Ungefär 10 år senare, runt 1990 installerades de första hydrologiska ”automatstationerna”. Det var elektromagnetiska givare som mätte vattenstånd och skickade in data till SMHI via telefonnätet. Totalt var det då cirka 70 utvalda stationer runt om i Sverige som levererade data i realtid. Realtidsdata användes för att få information om det hydrologiska läget i Sverige och förbättra de hydrologiska varningarna. Data från dessa givare användes bara i realtid. Data från diagrammen lagrades och användes bland annat för statistiska beräkningar.
I början av 2000-talet ersattes de gamla telefonpeglarna och de elektromekaniska givarna och några av diagramstationerna med nya stabilare vinkelgivare, en annan form av elektromekanik. Ungefär 100 stationer blev utrustade med dessa givare som levererade data i realtid. På de här stationerna var diagramskrivarna kvar men endast som backup vid databortfall. För resterande cirka 200 stationer i det hydrologiska nätet var diagrammen fortfarande den enda datakällan.
Med början 2017 och ett par år framåt byttes all teknik succesivt ut för alla stationer i SMHIs hydrologiska nät. Ny enhetlig teknik installerades för både mätning och kommunikation. För mätning används nu tryckgivare som kan installeras både i brunnar eller direkt i vattendraget. Detta medför ett mer flexibelt och lättarbetat nät. Se även artikel, Stationsnät.
I vattendrag där det inte går att ta fram sambandet mellan vattenstånd och vattenföring har man tidigare inte kunnat mäta vattenföringen. Idag är det nu möjligt att mäta vattennivå och vattenhastighet och på så sätt beräkna flödet. Stationstypen kallas indexstation och finns på åtta av SMHIs hydrologiska mätstationer. Vattenflödet beräknas genom vattennivå, hastigheten och vattendragets tvärsnittsprofil, dvs area gånger hastigheten.
Beräkning av vattenföring
Vattenflödet beräknas via en avbördningskurva. När rapporterna med avläst vattenstånd inkom till SMHI användes avbördningskurvan eller tabellen för att manuellt ta fram ett vattenföringsvärde för det aktuella vattennivå. En ny rapport med vattenföringsvärden skapades.
Under 1970-talet började vattenföringen räknas ut i datorsystemen men fortsatt endast för dygnsmedelvärden. När nya databassystem infördes på 1990-talet beräknades vattenflödet även på högupplösta data som kunde tillgängliggöras för dataanvändarna.
Granskning av data – även detta har förändrats
Till en början gjordes all granskning av vattenföring på dygnsvärden. Årsblanketter togs fram med de granskade värdena som lagrades i pärmar. Även efter att de första datasystemen införts fortsatte granskningen att göras på dygnsvärden av vattenflöden.
Från och med 2003 har all bearbetning och korrigering gjorts i ett dataverktyg kopplat direkt till databasen. Granskningen förenklades och förbättrades då korrigering gjordes grafiskt direkt i systemet och på högupplösta vattennivådata. Detta medförde stora förbättringar i kvalitetsarbetet för hydrologiska data.
Även möjligheterna till kvalitetsmärkningen utökades i det nya systemet och dataanvändarna får tillgång till kvalitetsmärkningen i samband med att data hämtas från databasen.
Avläsningstider viktiga och har ändrats över tid
Manuella observationer gjordes på morgonen mellan 06-08. Det innebär att äldre data är en momentanavläsning och inte ett medelvärde över hela dygnet.
När pegeldiagrammen infördes beräknades ett medelvärde för dygnet mellan 08-08. Vid mitten av 1970-talet ändrades detta till att gälla för det faktiska dygnet 00-24. Så görs ännu idag.
Kraftverk har arbetat med produktionsdygn 07-07 för vattenföring och avläsning av vattenstånd på morgonen. SMHI tar emot och lagrar mycket data som kommer från kraftverk, men har inte alltid information om hur data tagits fram.