Variabilità spaziale dei parametri di modelli afflussi-deflussi
Spatial variability of rainfall-runoff model parameters
Creators: name: Montosi, Elena <1981>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2012
Subjects: ICAR/02 Costruzioni idrauliche e marittime e idrologia

description: L’invarianza spaziale dei parametri di un modello afflussi-deflussi può rivelarsi una soluzione pratica e valida nel caso si voglia stimare la disponibilità di risorsa idrica di un’area. La simulazione idrologica è infatti uno strumento molto adottato ma presenta alcune criticità legate soprattutto alla necessità di calibrare i parametri del modello. Se si opta per l’applicazione di modelli spazialmente distribuiti, utili perché in grado di rendere conto della variabilità spaziale dei fenomeni che concorrono alla formazione di deflusso, il problema è solitamente legato all’alto numero di parametri in gioco. Assumendo che alcuni di questi siano omogenei nello spazio, dunque presentino lo stesso valore sui diversi bacini, è possibile ridurre il numero complessivo dei parametri che necessitano della calibrazione. Si verifica su base statistica questa assunzione, ricorrendo alla stima dell’incertezza parametrica valutata per mezzo di un algoritmo MCMC. Si nota che le distribuzioni dei parametri risultano in diversa misura compatibili sui bacini considerati. 
Quando poi l’obiettivo è la stima della disponibilità di risorsa idrica di bacini non strumentati, l’ipotesi di invarianza dei parametri assume ancora più importanza; solitamente infatti si affronta questo problema ricorrendo a lunghe analisi di regionalizzazione dei parametri. In questa sede invece si propone una procedura di cross-calibrazione che viene realizzata adottando le informazioni provenienti dai bacini strumentati più simili al sito di interesse. Si vuole raggiungere cioè un giusto compromesso tra lo svantaggio derivante dall’assumere i parametri del modello costanti sui bacini strumentati e il beneficio legato all’introduzione, passo dopo passo, di nuove e importanti informazioni derivanti dai bacini strumentati coinvolti nell’analisi. I risultati dimostrano l’utilità della metodologia proposta; si vede infatti che, in fase di validazione sul bacino considerato non strumentato, è possibile raggiungere un buona concordanza tra le serie di portata simulate e osservate.
description: Spatial homogeneity of rainfall-runoff model parameters can be a practical and valuable solution in order to assess water availability of a region. Hydrological simulation is indeed an handy tool but it is critical as it usually requires some degree of calibration. Calibration of spatially distributed models, that are particularly useful to describe the variability of physical processes that play a role in runoff generation, is challenging because of the high number of involved parameters. But some parameters can be homogeneous in space, therefore allowing one to reduce their total amount when multiple basins are considered. This assumption is verified on a statistical ground, making use of an MCMC algorithm to assess the parameter uncertainty; as a result the parameter distributions are with varying degrees comparable on the different catchments. 
When one wants to simulate the hydrological response of ungauged catchments, the hypothesis of spatial homogeneity of parameters has even more relevance; a long regionalization technique is usually applied, but we propose a cross-calibration procedure to be used at regional level. With this procedure model parameters are calibrated making use of hydrological information coming from gauged basins that are more similar to the site of interest. We want to analyze the trade-off between assuming the parameters homogeneous in space and adding new information as the cross-calibration evolves. Results show that the cross-calibration is a process well worth using; in validation in fact a good agreement is reached between observed and simulated discharges.