Modelos hidrológicos que simulam e prevêem o fluxo de água são usados ​​para estimar como os sistemas naturais respondem a diferentes cenários, como mudanças no clima, uso da terra, e manejo do solo. O resultado desses modelos pode informar as decisões políticas e regulatórias em relação às práticas de gestão da água e do solo.

Os modelos numéricos tornaram-se cada vez mais fáceis de empregar com os avanços na tecnologia de computador e software com interface gráfica de usuário (GUI). Embora essas tecnologias tornem os modelos mais acessíveis, podem surgir problemas se forem usados ​​por modeladores inexperientes, diz Juan Sebastian Acero Triana, um aluno de doutorado no Departamento de Engenharia Agrícola e Biológica da Universidade de Illinois.

Acero Triana é o autor principal de um estudo que avalia a precisão de um modelo numérico comumente usado em hidrologia.

Os resultados da pesquisa mostram que mesmo quando o modelo parece estar devidamente calibrado, seus resultados podem ser difíceis de interpretar corretamente. O estudo, publicado no Journal of Hydrology , fornece recomendações sobre como ajustar o processo e obter resultados mais precisos.

A precisão do modelo é importante para garantir que as decisões de política sejam baseadas em cenários realistas, diz Maria Chu, um co-autor do estudo. Chu é professor assistente de engenharia agrícola e biológica na Faculdade de Agricultura, Ciências do Consumidor e Ambientais e The Grainger College of Engineering em U of I.

"Por exemplo, você pode querer estimar os impactos do clima futuro sobre a disponibilidade de água nos próximos 100 anos. Se o modelo não está representando a realidade, você vai tirar conclusões erradas. E conclusões erradas levarão a políticas erradas, o que pode afetar muito as comunidades que dependem do abastecimento de água, "Chu diz.

O estudo se concentra no modelo de Avaliação de Solo e Água (SWAT), que simula a circulação da água, incorporando dados sobre o uso do solo, solo, topografia, e clima. É um modelo popular usado para avaliar os impactos das práticas de gestão do clima e da terra sobre os recursos hídricos e o movimento de contaminantes.

Os pesquisadores realizaram um estudo de caso no Fort Cobb Reservoir Experimental Watershed (FCREW) em Oklahoma para avaliar a precisão do modelo. O FCREW serve como local de teste para o Serviço de Pesquisa Agrícola-Agrícola dos Estados Unidos (USDA-ARS) e o Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS); portanto, dados detalhados já estão disponíveis no fluxo da corrente, reservatório, lençóis freáticos, e topografia.

O estudo acoplou o modelo SWAT a outro modelo denominado MODFLOW, ou o Modelo de Fluxo Modular de Diferenças Finitas, que inclui informações mais detalhadas sobre os níveis e fluxos do lençol freático.

"Nosso objetivo era determinar se o modelo SWAT por si só pode representar adequadamente o sistema hidrológico, "Acero Triana diz." Descobrimos que não é o caso. Não pode realmente representar todo o sistema hidrológico. "

Na verdade, o modelo SWAT rendeu 12 iterações de movimento da água que pareciam aceitáveis. Contudo, quando combinado com o MODFLOW, ficou claro que apenas alguns desses resultados explicaram adequadamente o fluxo de água subterrânea. Os pesquisadores compararam os 12 resultados do SWAT com 103 iterações diferentes de águas subterrâneas do MODFLOW para encontrar uma representação realista dos fluxos de água na bacia hidrográfica.

Produzir vários resultados diferentes que parecem ter a mesma probabilidade de serem corretos é chamado de "equifinalidade". A calibração cuidadosa do modelo pode reduzir a equifinalidade, Acero Triana explica. A calibração também deve ser capaz de levar em conta as limitações inerentes à maneira como o modelo é projetado e como os parâmetros são definidos. Em termos técnicos, deve levar em conta a inadequação do modelo e da restrição.

Contudo, modeladores inexperientes podem não compreender totalmente os meandros da calibração. E por causa das restrições inerentes de SWAT e MODFLOW, usar métricas de apenas um modelo pode não fornecer resultados precisos.

Os pesquisadores recomendam o uso de um modelo de combinação chamado SWATmf, que integra os processos SWAT e MODFLOW.

"Este artigo apresenta um estudo de caso que fornece orientações gerais sobre como usar modelos hidrológicos, "Acero Triana diz." Mostramos que para realmente representar um sistema hidrológico são necessários dois modelos de domínio. Você precisa representar os processos de superfície e subterrâneos que estão ocorrendo. "

As diferenças nos resultados podem ser pequenas, mas com o tempo o efeito pode ser significativo, ele conclui.

O artigo, "Além das métricas do modelo:Os perigos da calibração de modelos hidrológicos" é publicado em Journal of Hydrology .