Myndigheten Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) har ett nationellt ansvar för att övervaka Sveriges grundvattennivåer. Eftersom det inte är möjligt att få ett heltäckande mätstationssystem måste grundvattennivån beräknas på vissa platser. Därför är det intressant att undersöka sambandet mellan grundvattennivån och utvald geografisk information, så kallade miljövariabler. På sikt kan maskininlärning komma att användas inom SGU för att beräkna grundvattennivån och då kan en förstudie vara till stor hjälp. Examensarbetets syfte är att genomföra en sådan förstudie genom att undersöka vilka miljövariabler som har störst betydelse för grundvattennivån och kartlägga modellosäkerheter vid grundvattenprediktering. Förstudien genomförs på sju områden inom SGUs grundvattennät där mätstationerna finns i grupper likt kluster. I förstudien används övervakad maskininlärning som i detta examensarbete innebär att medianvärden på grundvattennivån och miljövariablerna används för att träna modellerna. Med hjälp av statistisk data från modellerna kan prestandan utvärderas och justeringar göras. Algoritmen som används heter Random Forest som skapar ett klassifikations- och regressionsträd, vilket lär modellen att utifrån given indata fatta beslut som liknar männiksans beslutfattande. Modellerna ställs upp i ArcGIS Pros verktyg Forest-based Classification and Regression. På grund av områdenas geografiska spridning sätts flera separata modeller upp. Resultatet visar att det är möjligt att prediktera grundvattennivån men betydelsen av de olika miljövariablerna varierar mellan de sju undersökta områdena. Orsaken till detta lär vara geografiska skillnader. Oftast har den absoluta höjden och markens lutningsriktning mycket stor betydelse. Höjd- och avståndsskillnad till låg och hög genomsläpplig jord har större betydelse än vad höjd- och avståndsskillnad har till medelhög genomsläpplig jord. Höjd- och avståndsskillnad har större betydelse till större vattendrag än till mindre vattendrag. Modellernas r2-värde är något låga men inom rimliga gränser för att vara hydrologiska modeller. Standardfelen är oftast inom rimliga gränser. Osäkerheten har visats genom ett 90 %-igt konfidensintervall. Osäkerheterna ökar med ökat avstånd till mätstationerna och är som högst vid hög altitud. Orsaken lär vara för få ingående observationer och för få observationer på hög höjd. Nära mätstationer, bebyggelse och i dalgångar är osäkerheterna i de flesta fallen inom rimliga gränser. / The Swedish authority Geological Survey of Sweden (SGU) has a national responsibility to oversee the groundwater levels. A national network of measurement stations has been established to facilitate this. The density of measurement stations varies considerably. Since it will never be feasible to cover the entire country with measurement stations, the groundwater levels need to be computed in areas that are not in the near vicinity of a measurement station. For that reason, it is of interest to investigate the correlation between the groundwater levels and selected geographical information, so called environmental variables. In the future, SGU may use machine learning to compute the groundwater levels. The focus of this master's thesis is to study the importance of the environmental variables and model uncertainties in order to determine if this is a feasible option for implementation on a national basis. The study uses data from seven areas of the Groundwater network of SGU, where the measuring stations are in clusters. The pilot study uses a supervised machine learning method which in this case means that the median groundwater levels and the environmental variables train the models. By evaluating the model's statistical data output the performance can gradually be improved. The algorithm used is called “Random Forest” and uses a classification and regression tree to learn how to make decisions throughout a network of nodes, branches and leaves due to the input data. The models are set up by the prediction tool “Forest-based Classification and Regression” in ArcGIS Pro. Because the areas are geographically spread out, eight unique models are set up. The results show that it’s possible to predict groundwater levels by using this method but that the importance of the environmental variables varies between the different areas used in this study. The cause of this may be due to geographical and topographical differences. Most often, the absolute level over mean sea level and slope direction are the most important variables. Planar and height distance differences to low and high permeable soils have medium high importance while the distance differences to medium high permeable soils have lower importance. Planar and height distance differences are more important to lakes and large watercourses than to small watercourses and ditches. The model’s r2-values are slightly low in theory but within reasonable limits to be a hydrological model. The Standard Errors Estimate (SSE) are also in most cases within reasonable limits. The uncertainty is displayed by a 90 % confidence interval. The uncertainties increase with increased distance to measuring stations and become greatest at high altitude. The cause of this may be due to having too few observations, especially in areas with high altitude. The uncertainties are smaller close to the stations and in valleys. / SGUs grundvattennät
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-448020 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Lood, Olof |
| Publisher | Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | UPTEC W, 1401-5765 ; 21028 |
Page generated in 0.0021 seconds