For the purpose of hydrological forecasting on mountains' and sub-mountains' rivers is important knowledge of distribution of snow water equivalent in the watershed. Submitted thesis therefore deals with comparison of 9 interpolation methods in terms of quality of their forecasting when predicting snow depth and snow water equivalent in watershed Bystřice (127,6 km2 ), which is situated in the northwest of Bohemia in the Ore mountains. Point data of snow depth and snow water equivalent used in interpolation were sampled during an off- road measuring in 17. 2. 2010 at the 14 snow sampling locations. The interpolation methods were: (1) Thiessen's polygons, (2) inverse distance weighting, (3) global polynomial (4) local polynomial (5) radial basis functions, (6) ordinary kriging, (7) cokriging, (8) residual kriging and (9) orographic interpolation. Independent variable-altitude used in the calculation of snow depth and snow water equivalent was used only in the last three listed methods. Predictive ability of interpolation methods was evaluated by using cross-validation and visual comparison of predicted maps. The best prediction ability was provided by residual kriging and orographic interpolation. The geostatistical methods were next in the order. The method of Thiessen's polygons and inverse distance...

This work deals with the evaluation of snow cover and snow spatial distribution in experimental Zbytinský and Tetřivči stream basin. Snow mesaurements were focused on snow depth and a snow water equivalent. Interpolation metods and detailed monitoring of rainfall-flow process were applied in the period of the winter half-year 2009 - 2011. The effects of geografic factors on spatial distribution of snow cover in the accumulation period and in the snow melting period were analysed. The analysis of physical geografic factors effect was focused on vegetation, exposure, slope, wind flow and shading. Results confirmed the strong effect of vegetation in the accumulation and snow melting period. Other physical geografic effects on spatial distribution of snow cover were not so significant. The model HEC-HMS was applied to determine the runoff in both stream basins. Simulations result in the winter half-year period reached good agreement between observed and simulated hydrographs. Effects of snow cover contribution to runoff in the snow melting period in wooded Tetřívčí stream basin and also in antropogenic Zbytinský stream basin were proved based on simulations of outflow and snow water equivalent. Key words: snow depth, snow water equivalent, HEC-HMS, Blanice River basin, Zbytinský stream, Tetřívčí stream

Water stored in snow is a critical contribution to the world’s available freshwater supply and is fundamental to the sustenance of natural ecosystems, agriculture and human societies. The importance of snow for the natural environment and for many socio-economic sectors in several mid‐ to high‐latitude mountain regions around the world, leads scientists to continuously develop new approaches to monitor and study snow and its properties. The need to develop new monitoring methods arises from the limitations of in situ measurements, which are pointwise, only possible in accessible and safe locations and do not allow for a continuous monitoring of the evolution of the snowpack and its characteristics. These limitations have been overcome by the increasingly used methods of remote monitoring with space-borne sensors that allow monitoring the wide spatial and temporal variability of the snowpack. Snow models, based on modeling the physical processes that occur in the snowpack, are an alternative to remote sensing for studying snow characteristics. However, from literature it is evident that both remote sensing and snow models suffer from limitations as well as have significant strengths that it would be worth jointly exploiting to achieve improved snow products. Accordingly, the main objective of this thesis is the development of novel methods for the estimation of snow parameters by exploiting the different properties of remote sensing and snow model data. In particular, the following specific novel contributions are presented in this thesis: i. A novel data fusion technique for improving the snow cover mapping. The proposed method is based on the exploitation of the snow cover maps derived from the AMUNDSEN snow model and the MODIS product together with their quality layer in a decision level fusion approach by mean of a machine learning technique, namely the Support Vector Machine (SVM). ii. A new approach has been developed for improving the snow water equivalent (SWE) product obtained from AMUNDSEN model simulations. The proposed method exploits some auxiliary information from optical remote sensing and from topographic characteristics of the study area in a new approach that differs from the classical data assimilation approaches and is based on the estimation of AMUNDSEN error with respect to the ground data through a k-NN algorithm. The new product has been validated with ground measurement data and by a comparison with MODIS snow cover maps. In a second step, the contribution of information derived from X-band SAR imagery acquired by COSMO-SkyMed constellation has been evaluated, by exploiting simulations from a theoretical model to enlarge the dataset.

Master thesis is concerned with the subject of a snow cover dynamics (focused on snow melting) and of the detailed analysis of each physical-geographic factors effect on its character. Knowledges published in the domestic and foreign scientific literature are confronted with the data acquired within a number of expeditionary snow monitoring campaignes carried out during winter periods 2011/2012 a 2012/2013 in headwaters of rivers of Šumava (Šumava Mts., southwestern Czechia). Mobile field survey was done in a number of time horizons within the broadly conceived research in the upper Otava River basin concentrated on the assessment of the retention potential in headstream areas.

Ce travail de thèse propose une méthodologie d’instrumentation reposant sur plusieurs outils hydrologiques, géophysiques et géochimiques afin de quantifier l’apport nival dans les débits du Lignon. Cette instrumentation consiste en un suivi des échanges aux différents compartiments/interfaces hydrologiques que forment l’atmosphère, la neige, le sol et les cours d’eau au cours des saisons. La neige, et surtout l’équivalent en eau liquide qu’elle représente, est fondamentale pour la compréhension du fonctionnement des sources du Lignon, situées à l’aval direct d’une congère de grand volume. Ce volume d’eau est stocké durant la saison froide pour être restitué lors de la fonte printanière. Cette restitution est loin d’être homogène dans le Haut Lignon, en raison de la forte variabilité spatio-temporelle des paramètres qui la pilotent.L’infiltration de l’eau alors produite est une étape clef dans le comportement hydrologique du Lignon au printemps. La structure du sol à proximité des sources explique également la forte dépendance des sources du Lignon par rapport aux précipitations neigeuses. Cette dépendance est particulièrement visible lors de la fonte de la neige, qui modifie à très court terme les débits aux sources. Cette relation neige-pluie-débit met en évidence une alimentation superficielle pluvio-neigeuse prépondérante par rapport aux débits issus d’eau plus profonde, mais variable au cours de l’année.La méthode d’instrumentation employée, adaptée à l’hydrologie locale employée, permet de corroborer les résultats obtenus avec une précision appréciable, tout en ouvrant de nouvelles perspectives d’application à d’autres bassins versants d’altitude. / This work proposes a methodology for an instrumentation based on several hydrological, geophysical and geochemical tools, to quantify the contribution of snowmelting proportions in the Lignon. This instrumentation is a monitoring of the different compartments / hydrological interfaces made up by atmosphere, snow, soil and rivers throughout the seasons.Snow, and especially the snow water equivalent, is fundamental to a better hydrological understanding of the sources of the Lignon, located directly downstream of a large snowdrift. This amount of water is stored during the cold season, to be returned during the spring melting. This return is heterogeneous in the top of the Lignon, due to the high spatial and temporal variability of parameters leading the melting.The infiltration of water therefore produced is a key step in the hydrological behavior of the Lignon during the spring time, which can be potentially more affected by the freezing of the ground, which significantly increases surface runoff.Soil structure near sources also explains the strong dependence of the sources of the Lignon towards snowfalls and rains. This dependence is especially noticeable at the snow melting that changes with very short term the flows at the sources.This snow-rainfall-runoff relationship highlights a predominant rain-snow surface supply, in comparison with the deeper water flows, and variable during the year.This instrumentation method, adapted to the local scale hydrology, allows corroborating the results obtained with a good accuracy, while opening new opportunities for application to other altitude watersheds.

Vid gruvdrift genereras stora mängder gråberg (sprängsten) som lagras i deponier på markytan. Dessa deponier kan innehålla kväveföreningar, härstammande från odetonerade sprängämnen. Under senvintern/våren bidrar snösmältningen till att stora mängder vatten frigörs och infiltrerar i gråbergsmassorna. Lakvattnet som bildas från dessa deponier kan innehålla förhöjda halter av kväve vilket bl.a. kan leda till övergödning av närliggande sjöar och vattendrag. I denna studie har två snöinventeringar utförts på två gråbergshögar vid LKAB:s gruvområde i Kiruna. Syftet med rapporten har varit att beräkna snötäckets vattenekvivalent samt undersöka hur mycket vatten som potentiellt kan infiltrera deponierna och bilda lakvatten. Snötaxeringarna utfördes under februari och april 2015. Vid dessa tillfällen uppmättes snö- djups variationer mellan 8-100 cm beroende på slutningsriktning, samt snömassa variationer mellan 10-430 g. Med hjälp av dessa variabler beräknades snötäckets totala vattenekvivalent för de båda högarna till 100 m3 och 90m3. Utifrån en porositetlaboration uppskattades gråbergsdeponiernas totala porvolym till 968m3 och 725m3. Då den totala porvolymen är större än den vattenmängd som potentiellt kan infiltrera deponierna, bör majoriteten av vattnet lagras i porerna istället för att bidra till lakvattenproduktionen.

L’estimation de l’équivalent en eau de la neige (ÉEN) en temps quasi-réel est un enjeu important pour Hydro-Québec. Le réseau de mesure au sol étant non homogène et de faible densité, ne permet pas un suivi adéquat de l’ÉEN. L’imagerie satellitaire pourrait être une alternative à ce problème. Le modèle HUT (Helsinki University of Technology) permet l’estimation de l’ÉEN à partir des données micro-ondes passives. Le premier objectif de ce projet était de comparer deux produits qui estiment l’ÉEN à partir du modèle HUT, mais avec deux procédures d’inversion différentes. Il s’agit du produit Grille Neige du Québec (GNQ) et le produit GlobSnow. Deuxièmement, l’étude a évalué le produit GNQ en fonction de la végétation, du climat et de la topographie. L’étude s’est portée sur la région des bassins versants de la Grande et du Manicouagan situés au nord du Québec, sur une période allant du 1er janvier au 31 mars des années 2006 à 2010. Les données in-situ utilisées sont les lignes de neige d’Hydro-Québec et les mesures d’ÉEN de l’Année Polaire Internationale (février 2008), qui concernaient les sites de Sept-Iles et Schefferville. Il s’agissait de calculer l’erreur quadratique moyenne, le biais et le R2 pour chaque produit par rapport aux données in-situ, puis d’analyser ces paramètres en fonction des valeurs de fraction forestière, de volume des tiges, des moyennes de température et des précipitations, ainsi que de l’ÉEN moyen mesuré et de la pente du terrain. L’analyse a été faite d’abord à l’échelle du bassin, puis à l’échelle de cinq bandes latitudinales de 1° de latitude du nord vers le sud. Pour toute la zone, cette étude a démontré la supériorité de GNQ (RMSE=31%) par rapport à GlobSnow (RMSE=43%) pour un ÉEN moyen de 215 mm. Cependant cette supériorité décroit du nord vers le sud, où les produits deviennent similaires avec une RMSE = 45% et un biais de -90 mm pour un ÉEN moyen de 253 mm. Ceci pourrait être expliqué par l’effet de la densité de végétation caractéristique de la forêt boréale (fraction forestière > 45%), qui agit comme un masque au signal, et par l’effet d’un ÉEN > 250mm qui le sature. Pour le GNQ, l’effet combiné de la température et des précipitations joue un impact sur l’estimation de l’ÉEN, alors que le relief, plat en général, n’a pas montré un impact significatif. Pour conclure, le produit GNQ montre de meilleurs résultats que le produit GlobSnow, mais cette efficacité est limitée pour les régions ayant une végétation dense et un ÉEN très élevé. / Abstract : The monitoring of snow water equivalent (SWE) in near real time is an important challenge for Hydro-Quebec. Measurement networks do not allow adequate monitoring of the SWE. Passive microwave remote sensing could be an alternative to overcome this problem. The HUT (Helsinki University of Technology) model allows the estimation of the SWE from passive microwave data. The first purpose of this project was to compare two products that estimate the SWE using the HUT model, but with different inversion approaches. The first product is Quebec Snow Grid (GNQ) produced by Hydro-Quebec, and the second product is GlobSnow. The second objective of this study was to evaluate the GNQ product with regards to environmental variables (vegetation cover fraction, stem volume, climate and topography). The study area is located at La Grande and Manicouagan watersheds in northern Quebec. The study period was from 1 st January to 31 March of the years 2006 to 2010. The SWE data estimated by the two products were compared to Hydro-Quebec's insitu snow line data and to 2008 International Polar Year field campaign’s SWE measurements in Sept-Iles and Schefferville. The methodology of this work consisted in calculating the RMSE (Root Mean Square Error), bias and R2 for each product, relative to the in-situ data; and then analyze these parameters according to forest fraction, stem volume, mean temperatures, precipitation, as well as the mean measured SWE and the slope of the terrain. This was done, first for the study area, and then at the scale of five latitudinal bands of one degree latitude from north to south, which divide the study area. This study demonstrated the superiority of GNQ (RMSE = 31%) compared to GlobSnow (RMSE = 43%) for an average SWE of 215 mm over the entire study area. However, the performance decreases from north to south, where both products become quite similar, with RMSE = 45% and a bias of -90 mm for an average SWE of 253 mm. This could be explained by the effect of the vegetation density characteristic of the boreal forest (forest fraction> 45%), which acts like a mask for the signal, and by the higher SWE values (> 250 mm) which saturates it, hence the underestimation of the SWE. A combined effect of temperature and precipitation that had an impact on the SWE estimate was found for GNQ product. The relatively flat relief did not have a significant impact on the estimation of the SWE. Globally, GNQ shows better results than GlobSnow, but its capacity is limited for dense vegetation and thick snowpack.

Tesis por compendio / [ES] El cambio climático indudablemente afectará los eventos de nieve ya que se espera que la temperatura y la precipitación cambien en el futuro. Las montañas españolas se ven especialmente afectadas por esta situación, ya que el almacenamiento de nieve se concentra en periodos muy concretos del año hidrológico y juega un papel muy importante en la gestión de los recursos hídricos. En este estudio se realiza en primer lugar un análisis del comportamiento de los fenómenos complejos relacionados con la nieve en las cuatro principales regiones montañosas de España en los próximos 50 años. El modelo hidrológico ASTER se aplica utilizando como insumo básico datos de temperatura y precipitación, estimados bajo un escenario de cambio climático. Los resultados muestran diferentes cambios en los caudales máximos y promedio esperados, dependiendo de la muy diferente magnitud y signo de los cambios en la precipitación. Puede producirse un aumento de los episodios de inundación como consecuencia de una compleja relación entre los cambios en las precipitaciones y un aumento de las intensidades máximas de deshielo que oscilan entre el 2,1% en los Pirineos y el 7,4% en la Cordillera Cantábrica. Sin embargo, los patrones comunes se muestran en una menor duración de las reservas de masa de nieve, que se espera que ocurra 45 días antes para la Cordillera Cantábrica, y alrededor de 30 días para el resto de las regiones montañosas estudiadas. Los cambios observados también conducen a una disminución preocupante del efecto regulador de los fenómenos relacionados con la nieve en los ríos españoles, con una disminución de la acumulación media de nieve que oscila entre un 28% para Pirineos y Sierra Nevada y un 42% para el Sistema Central y la Cordillera Cantábrica. Se espera una disminución del caudal medio, que fluctúe desde el 2,4% en los Pirineos hasta el 7,3% en la Cordillera Cantábrica, aumentando únicamente en el Sistema Central un 4,0%, siendo necesario desarrollar nuevas medidas de adaptación al cambio climático. Por otro lado, con el fin de lograr una mejor estimación del Equivalente de agua de nieve (SWE) utilizando una red meteorológica y de profundidad de nieve (SD) económica y extensa; y que mejore la calibración del modelo hidrológico ASTER, se proporcionan nuevos modelos de regresión de densidad de nieve (SDEN). A partir del gran banco de datos de densidad de nieve (SDEN) existente para los Pirineos españoles, siendo una de las zonas más importantes y mejor monitorizadas del mundo, se evalúan modelos de regresión lineal simple y múltiple que relacionan SDEN con la intra-dependencia del tiempo anual y otros factores como la precipitación acumulada estacional, las temperaturas promedio de 7 días, la profundidad de la nieve (SD) y la elevación. Los resultados mostraron tasas de densificación similares sin mostrar un patrón espacial. La tasa de densificación para el conjunto de muestras manuales se fijó en 1,2 x 10-3 kg/L/día, muy similar al conjunto de medidas automáticas. Los resultados aumentan el conocimiento sobre SDEN en los Pirineos, aunque hay que tener en cuenta la alta variabilidad espacial encontrada. Finalmente, se estudian los efectos que el cambio climático puede tener en las inundaciones para un caso de estudio de una cuenca nival de la Cordillera Cantábrica. Usando diferentes modelos climáticos, considerando un escenario de emisiones de gases de efecto invernadero comparativamente altas (RCP8.5), con datos diarios de temperatura y precipitación entre los años 2007-2070, y comparando los resultados en términos relativos, se estiman el caudal y la variación del riesgo de inundación debido al cambio climático. En el caso concreto de Reinosa, el modelo climático MRI-CGCM3 muestra que el cambio climático provocará un aumento significativo de habitantes potenciales afectados y daños económicos por riesgo de inundaciones. / [CA] El canvi climàtic afectarà indubtablement els esdeveniments de neu ja que s'espera que la temperatura i la precipitació canvien en el futur. Les muntanyes espanyoles estan especialment afectades per aquesta situació, ja que l'emmagatzematge de neu es concentra en períodes molt concrets de l'any hidrològic i juga un paper molt important en la gestió dels recursos hídrics. En aquest estudi es fa una anàlisi del comportament dels fenòmens complexos relacionats amb la neu a les quatre principals regions muntanyoses d'Espanya en els propers 50 anys. El model hidrològic ASTER s'aplica utilitzant com a insum bàsic dades de temperatura i precipitació, estimades sota un escenari de canvi climàtic. Els resultats mostren diferents canvis en els cabals màxims i la mitjana esperada, depenent de la molt diferent magnitud i signe dels canvis en la precipitació. Es pot produir un augment dels episodis d'inundació com a conseqüència d'una relació complexa entre els canvis en les precipitacions i un augment de les intensitats màximes de desglaç que oscil¿len entre el 2,1% als Pirineus i el 7,4% a la Serralada. Cantàbrica. Tot i això, els patrons comuns es mostren en una menor duració de les reserves de massa de neu, que s'espera que ocórreguen 45 dies abans per a la Serralada Cantàbrica, i al voltant de 30 dies per a la resta de les regions muntanyoses estudiades. Els canvis observats també condueixen a una disminució preocupant de l'efecte regulador dels fenòmens relacionats amb la neu als rius espanyols, amb una disminució de l'acumulació mitjana de neu que oscil¿la entre un 28% per als Pirineus i Sierra Nevada i un 42% per al Sistema Central i la Serralada Cantàbrica. S'espera una disminució del cabal mitjà, que fluctua des del 2,4% als Pirineus fins al 7,3% a la Serralada Cantàbrica, augmentant únicament al Sistema Central un 4,0%, i cal desenvolupar noves mesures d'adaptació al canvi climàtic. D'altra banda, per tal d'aconseguir una estimació millor de l'Equivalent d'aigua de neu (SWE) utilitzant una xarxa meteorològica i de profunditat de neu (SD) econòmica i extensa que condueix a millorar el calibratge del model hidrològic ASTER, es proporcionen nous models de regressió de densitat de neu (SDEN). A partir del banc de dades més significatiu de densitat de neu (SDEN) als Pirineus espanyols, i sent una de les zones més importants i millor monitorizades del mon per a mostrejos manuals in situ i mesures automàtiques, s'avaluen models de regressió lineal simple i múltiple que relacionen SDEN amb intra-dependència del temps anual i altres factors com la precipitació acumulada estacional, les temperatures mitjana de 7 dies, la profunditat de la neu (SD) i l'elevació. La precipitació estacional acumulada va presentar una influència més dominant que la precipitació diària, sent usualment el segon factor determinant de SDEN més dominant, seguit per la temperatura. Les temperatures mitjanes van mostrar el millor ajustament a SDEN. Els resultats van mostrar taxes de densificació similars, sense mostrar un patró espacial. La taxa de densificació per al conjunt de mostres manuals es va fixar en 1,2 x 10-3 kg/L/dia, molt semblant al conjunt de mesures automàtiques. Els resultats augmenten el coneixement sobre SDEN als Pirineus, encara que cal tindre en compte l'alta variabilitat espacial trobada. Finalment, s'estudien els efectes que el canvi climàtic pot tindre en les inundacions per a un cas d'estudi d'una conca nival de la Serralada Cantàbrica. Usant diferents models climàtics, considerant un escenari d'emissions de gasos d'efecte hivernacle comparativament altes (RCP8.5), amb dades diàries de temperatura i precipitació dels anys 2007-2070, i comparant els resultats en termes relatius, la taxa de flux i la variació del ri / [EN] Climate change undoubtedly will affect snow events as temperature and precipitation are expected to change in the future. Spanish mountains are especially affected by that situation since snow storage is there focused on very specific periods of the hydrological year and plays a very important role in the management of water resources. In this study, an analysis of the behaviour of the complex snow-related phenomena in the four main mountain regions of Spain in the next 50 years is conducted. The ASTER hydrological model is applied using temperature and precipitation data as basic input, estimated under a climate change scenario. Results show different changes in the maximum and average expected flows, depending on the very different magnitude and sign of changes in precipitation. An increase of flooding episodes may occur as a result of a complex relationship between changes in precipitation and an increase in maximum snowmelt intensities that range from 2.1% in the Pyrenees to 7.4% in the Cantabrian Mountains. However, common patterns are shown in a shorter duration of the snow bulk reserves, expected to occur 45 days earlier for the Cantabrian Mountains and about 30 days for the rest of the studied mountain regions. Changes observed also lead to a concerning decrease in the regulatory effect of the snow-related phenomena in the Spanish rivers, with a decrease in the average snow accumulation that ranges from about 28% for the Pyrenees and Sierra Nevada to 42% for the Central System and the Cantabrian Mountains. A decrease in average flow is expected, fluctuating from 2.4% in the Pyrenees to 7.3% in Cantabrian Mountains, only increasing in the Central System by 4.0%, making all necessary to develop new adaptation measures to climate change. To achieve a better estimation of Snow Water Equivalent (SWE) using an economical and extensive snow depth (SD) and meteorological network that leads to improving the calibration of ASTER hydrological model, new snow density (SDEN) regression models are given in this work. Based on the most significant dataset of snow density (SDEN) in the Spanish Pyrenees for on-site manual samples and automatic measurements, as one of the most important and best-monitored areas in the world, single and multiple linear regression models are evaluated that relate SDEN with intra-annual time dependence and other drivers such as the seasonal accumulated precipitation, 7-day average temperatures, snow depth (SD) and elevation. The seasonal accumulated precipitation presented a more dominant influence than daily precipitation, usually the second most dominant SDEN driver, followed by temperature. Average temperatures showed the best fitting to SDEN. The results showed similar densification rates without showing a spatial pattern. The densification rate for the set of manual samples was 1.2 x 10-3 kg/L/day, very similar to the set of automatic measurements. The results increase knowledge on SDEN in the Pyrenees, although the high spatial variability that has been found must be regarded. Finally, climate change's effects on floods are studied in a case study of a snow basin in the Cantabrian Mountains. Using different climate models, regarding a scenario of comparatively high greenhouse gas emissions (RCP8.5), with daily temperature and precipitation data from the years 2007-2070, and comparing results in relative terms, flow rate and flood risk variation due to climate change are estimated. In the specific case of Reinosa, the MRI-CGCM3 climate model shows that climate change will cause a significant increase of potentially affected inhabitants and economic damage due to flood risk / Lastrada Marcén, JE. (2022). Study of the Climate Change Effect on the Snow Water Resources in the Spanish Mountains [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/188951 / Compendio