Hydrologiska modeller som simulerar och förutsäger vattenflöden används för att uppskatta hur naturliga system reagerar på olika scenarier såsom förändringar i klimatet, markanvändning, och markvård. Resultatet från dessa modeller kan informera policy- och regleringsbeslut om vatten- och markförvaltning.

Numeriska modeller har blivit allt lättare att använda med framsteg inom datorteknik och programvara med grafiskt användargränssnitt (GUI). Även om dessa teknologier gör modellerna mer tillgängliga, problem kan uppstå om de används av oerfarna modellerare, säger Juan Sebastian Acero Triana, en doktorand vid Institutionen för jordbruks- och biologisk teknik vid University of Illinois.

Acero Triana är huvudförfattare på en studie som utvärderar noggrannheten hos en vanligt förekommande numerisk modell inom hydrologi.

Resultat från forskningen visar att även när modellen verkar vara korrekt kalibrerad, dess resultat kan vara svåra att tolka korrekt. Studien, publiceras i Journal of Hydrology , ger rekommendationer för hur man kan finjustera processen och få mer exakta resultat.

Modellnoggrannhet är viktigt för att säkerställa att politiska beslut baseras på realistiska scenarier, säger Maria Chu, en medförfattare till studien. Chu är biträdande professor i jordbruks- och biologisk teknik vid College of Agricultural, Konsument- och miljövetenskap och Grainger College of Engineering vid U of I.

"Till exempel, du kanske vill uppskatta effekterna av framtida klimat på vattentillgången under de kommande 100 åren. Om modellen inte representerar verkligheten, du kommer att dra fel slutsatser. Och felaktiga slutsatser kommer att leda till felaktig politik, som i hög grad kan påverka samhällen som är beroende av vattenförsörjningen, "Säger Chu.

Studien fokuserar på Soil and Water Assessment Model (SWAT), som simulerar vattencirkulation genom att inkludera data om markanvändning, jord, topografi, och klimat. Det är en populär modell som används för att utvärdera effekterna av klimat- och markförvaltningsmetoder på vattenresurser och föroreningar.

Forskarna genomförde en fallstudie vid Fort Cobb Reservoir Experimental Watershed (FCREW) i Oklahoma för att bedöma modellens noggrannhet. FCREW fungerar som en testplats för United States Department of Agriculture-Agricultural Research Service (USDA-ARS) och United States Geological Survey (USGS); Således, detaljerad data finns redan tillgänglig om strömflöde, reservoar, grundvatten, och topografi.

Studien kopplade SWAT -modellen till en annan modell som heter MODFLOW, eller den modulära flödesmodellen med ändlig skillnad, som innehåller mer detaljerad information om grundvattennivåer och flöden.

"Vårt syfte var att avgöra om SWAT -modellen i sig kan på ett lämpligt sätt representera det hydrologiska systemet, " säger Acero Triana. "Vi upptäckte att så inte var fallet. Det kan inte riktigt representera hela det hydrologiska systemet."

Faktiskt, SWAT -modellen gav 12 iterationer av vattenrörelser som alla tycktes vara acceptabla. Dock, i kombination med MODFLOW blev det klart att endast några av dessa resultat på ett korrekt sätt redogjorde för grundvattenflödet. Forskarna jämförde de 12 resultaten från SWAT med 103 olika grundvatteniterationer från MODFLOW för att hitta en realistisk representation av vattenflödena i vattendelaren.

Att ge flera olika resultat som alla verkar lika sannolikt vara korrekta kallas "likvärdighet". Noggrann kalibrering av modellen kan minska equifinality, Acero Triana förklarar. Kalibrering måste också kunna redogöra för inneboende begränsningar i hur modellen är utformad och hur parametrar definieras. I tekniska termer, den måste ta hänsyn till otillräcklighet i modell och begränsning.

Dock, oerfarna modellerare kanske inte helt förstår kalibreringens krångligheter. Och på grund av de inneboende begränsningarna för både SWAT och MODFLOW, att använda mätvärden från bara en modell kanske inte ger korrekta resultat.

Forskarna rekommenderar att man använder en kombinationsmodell som kallas SWATmf, som integrerar SWAT- och MODFLOW-processerna.

"Det här dokumentet presenterar en fallstudie som ger allmänna riktlinjer för hur man använder hydrologiska modeller, "Säger Acero Triana." Vi visar att för att verkligen representera ett hydrologiskt system behöver du två domänmodeller. Du måste representera både ytan och de underjordiska processer som äger rum."

Skillnaderna i resultat kan vara små, men med tiden kan effekten vara betydande, avslutar han.

Artikeln, "Beyond model metrics:The perils of calibrating hydrologic models" publiceras i Journal of Hydrology .