I modelli idrologici che simulano e prevedono il flusso dell'acqua vengono utilizzati per stimare come i sistemi naturali rispondono a diversi scenari come i cambiamenti climatici, uso del suolo, e gestione del suolo. L'output di questi modelli può informare le decisioni politiche e normative relative alle pratiche di gestione dell'acqua e del territorio.

I modelli numerici sono diventati sempre più facili da utilizzare con i progressi della tecnologia informatica e dei software con interfaccia utente grafica (GUI). Mentre queste tecnologie rendono i modelli più accessibili, possono sorgere problemi se vengono utilizzati da modellisti inesperti, dice Juan Sebastian Acero Triana, uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Agraria e Biologica dell'Università dell'Illinois.

Acero Triana è l'autore principale di uno studio che valuta l'accuratezza di un modello numerico comunemente usato in idrologia.

I risultati della ricerca mostrano che anche quando il modello sembra essere adeguatamente calibrato, i suoi risultati possono essere difficili da interpretare correttamente. Lo studio, pubblicato in Giornale di idrologia , fornisce consigli su come mettere a punto il processo e ottenere risultati più precisi.

L'accuratezza del modello è importante per garantire che le decisioni politiche siano basate su scenari realistici, dice Maria Chu, coautore dello studio. Chu è un assistente professore di ingegneria agraria e biologica presso il College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences e The Grainger College of Engineering presso U of I.

"Per esempio, potresti voler stimare gli impatti del clima futuro sulla disponibilità di acqua nei prossimi 100 anni. Se il modello non rappresenta la realtà, stai per trarre le conclusioni sbagliate. E conclusioni sbagliate porteranno a politiche sbagliate, che possono influenzare notevolmente le comunità che dipendono dall'approvvigionamento idrico, " dice Chu.

Lo studio si concentra sul modello di valutazione del suolo e dell'acqua (SWAT), che simula la circolazione dell'acqua incorporando i dati sull'uso del suolo, suolo, topografia, e clima. È un modello popolare utilizzato per valutare gli impatti del clima e delle pratiche di gestione del territorio sulle risorse idriche e sul movimento dei contaminanti.

I ricercatori hanno condotto un caso di studio presso il Fort Cobb Reservoir Experimental Watershed (FCREW) in Oklahoma per valutare l'accuratezza del modello. FCREW funge da sito di prova per il Dipartimento dell'agricoltura-servizio di ricerca agricola degli Stati Uniti (USDA-ARS) e l'indagine geologica degli Stati Uniti (USGS); così, sono già disponibili dati dettagliati sul flusso del flusso, serbatoio, acque sotterranee, e topografia.

Lo studio ha accoppiato il modello SWAT con un altro modello chiamato MODFLOW, o il modello di flusso modulare alle differenze finite, che include informazioni più dettagliate sui livelli e sui flussi delle acque sotterranee.

"Il nostro scopo era determinare se il modello SWAT da solo può rappresentare in modo appropriato il sistema idrologico, "Acero Triana dice. "Abbiamo scoperto che non è così. Non può davvero rappresentare l'intero sistema idrologico".

Infatti, il modello SWAT ha prodotto 12 iterazioni del movimento dell'acqua che sembravano tutte accettabili. Però, quando combinato con MODFLOW è diventato chiaro che solo alcuni di questi risultati rappresentavano correttamente il flusso delle acque sotterranee. I ricercatori hanno confrontato i 12 risultati di SWAT con 103 diverse iterazioni di acque sotterranee di MODFLOW per trovare una rappresentazione realistica dei flussi d'acqua nel bacino idrografico.

Fornire diversi risultati che sembrano tutti ugualmente corretti è chiamato "equifinalità". Un'attenta calibrazione del modello può ridurre l'equifinalità, Acero Triana spiega. La calibrazione deve anche essere in grado di tenere conto delle limitazioni intrinseche nel modo in cui il modello è progettato e nel modo in cui vengono definiti i parametri. In termini tecnici, deve tenere conto dell'inadeguatezza del modello e del vincolo.

Però, modellisti inesperti potrebbero non comprendere appieno le complessità della calibrazione. E a causa dei vincoli intrinseci di SWAT e MODFLOW, l'utilizzo di metriche di un solo modello potrebbe non fornire risultati accurati.

I ricercatori raccomandano di utilizzare un modello combinato chiamato SWATmf, che integra i processi SWAT e MODFLOW.

"Questo documento presenta un caso di studio che fornisce linee guida generali su come utilizzare i modelli idrologici, " Dice Acero Triana. " Dimostriamo che per rappresentare realmente un sistema idrologico sono necessari due modelli di dominio. Devi rappresentare sia i processi superficiali che quelli sub-superficiali che stanno avvenendo".

Le differenze nei risultati possono essere piccole, ma nel tempo l'effetto potrebbe essere significativo, conclude.

L'articolo, "Oltre le metriche del modello:i pericoli della calibrazione dei modelli idrologici" è pubblicato in Giornale di idrologia .