The simulation of hydrochemical parameters for poorly gauged river catchments. Summary of the doctoral thesis for the scientific degree of Dr.Ph.D. | Hidroķīmisko parametru modelēšana hidroloģiski maz pētītos upju sateces baseinos. Promocijas darba kopsavilkums Dr.Ph.D. zinātniskā doktora grāda iegūšanai

English. This study aims to develop the appropriate modeling platform for studying the hydrological processes as well as evaluating the effectiveness of agri-environmental and wastewater treatment measures in poorly gauged river catchments. The HYPE (Hydrological Predictions for the Environment) model was set-up and calibrated to fulfil the aim. This study presents two different approaches for model set-up and calibration, namely the HYPEV1 model and HYPEV2 model. The HYPEV1 model was applied for simulations of discharge, as well as nitrogen and phosphorus concentrations and loads. Much effort was dedicated to collecting and analyzing as well as representing the data of catchment characteristics, land management practice, and related parameters of plant growing in the model. The behavior of water quality in climate change conditions was examined as affected by the implementation of agri-environmental measures and improvements in wastewater treatment practice. The efficiency of the measures was estimated in the context of nutrient load reduction and costs for measure implementation. The set-up and calibration of the HYPEV2 model were based on the detailed analysis of observed hydrological processes. In addition, the model code was studied for understanding the concepts of hydrological routines in the model. Conceptual modifications of the hydrological routines were suggested. Innovative methods were developed on the bases of observed data sets for estimation of contributing surface runoff, tile drain runoff, and groundwater runoff. The runoff components were separated from observed hydrographs by applying the two methods, namely the application of digital filters and application of groundwater level-runoff relationships. HYPEV2 model, in contrast to the HYPEV1 model, is appropriate for a more detailed analysis of hydrological processes. The hydrological routines calibrated, as well as the data sets of land management and related parameters of plant growing, integrated into the HYPEV2 model, are sufficient for the future studies of nutrient processes. The results of this study are presented in nine scientific publications. The main findings were presented in nine scientific conferences. The content of this dissertation consists of the introduction, ten chapters, and four appendix.

Latvian. Šī pētījuma mērķis ir izstrādāt modeļa platformu hidroloģisko procesu izpētei un novērtēt agrovides un notekūdeņu apsaimniekošanas pasākumu efektivitāti noteces kvalitātes uzlabošanai hidroloģiski maz pētītos sateces baseinos. Mērķa sasniegšanai upju hidroķīmisko parametru modelēšanai konfigurēts un kalibrēts HYPE (Hydrological Predictions for the Environment) modelis. Modelis konfigurēts un kalibrēts divos variantos (HYPEV1 modelis un HYPEV2 modelis), katrā integrējot atšķirīgus izejas datus un mainot kalibrācijas stratēģiju. HYPEV1 modelis pielietots caurplūduma, kā arī slāpekļa un fosfora koncentrāciju un slodžu modelēšanai. Apjomīgs darbs ieguldīts, sagatavojot datus, lai modelī reprezentētu sateces baseinu raksturojošās īpašības, kā arī raksturīgo lauksaimniecības praksi un tās ietekmi uz kultūraugu augšanu. Vērtēta potenciāli Latvijā integrējamu agrovides un notekūdeņu apsaimniekošanas pasākumu ietekme uz ūdens kvalitātes izmaiņām klimata pārmaiņu kontekstā. Tāpat raksturotas potenciāli integrējamo pasākumu izmaksas. HYPEV2 modeļa konfigurācija un kalibrācija tika balstīta uz padziļinātu hidroloģisko procesu izpēti un hidroloģiskos parametrus raksturojošu novērojumu analīzi. Vērtēti modelī iekļauto hidroloģisko aprēķinu konceptuālie risinājumi un sniegti ieteikumi modeļa konceptuālai pilnveidei. Izstrādātas metodes noteces komponenšu aplēsēm, un veikti virszemes, drenu un gruntsūdens noteces aprēķini, pielietojot novēroto noteču un gruntsūdens līmeņu datus. Raksturota modeļa veiktspēja atkarībā no modeļa kalibrācijā pielietotajiem datiem un pielietotās modeļa programmatūras. Izvērtētas modeļa kalibrācijas parametru reģionalizācijas iespējas. Rezultātā izstrādātais HYPEV2 modelis ar salīdzinoši augstāku detalizācijas pakāpi izmantojams hidroloģisko procesu analīzē. Tāpat HYPEV2 modeļa hidroloģisko aprēķinu modulis, kā arī modelī integrētie dati par platību apsaimniekošanas režīmu un ar to saistīto kultūraugu augšanu, ir bāze precīzākiem augu barības vielu procesu pētījumiem nākotnē.