Modelos de simulação hidrológica que informam decisões políticas são difíceis de interpretar corretamente.

Por Marianne Stein

Publicado em 15 de setembro de 2019

Embora tecnologias tornaram os modelos com interface gráfica mais acessíveis, podem surgir problemas se eles forem usados por modeladores inexperientes.

modelagem hidrológica

Figura 1: Modelos hidrológicos que simulam sistemas naturais podem ajudar a prever e gerenciar recursos hídricos. Fonte: California Department of Water Resources, Climate Change in California Fact Sheet.

Os modelos hidrológicos que simulam e preveem 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 decisões políticas e regulatórias sobre práticas de gestão da água e da terra.

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

Acero Triana é o principal autor 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 ser adequadamente 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 políticas sejam baseadas em cenários realistas, diz Maria Chu, coautora do estudo. Chu é professora assistente de engenharia agrícola e biológica na Faculdade de Ciências Agrárias, do Consumidor e do Ambiente e na Faculdade de Engenharia Grainger da Universidade de Illinois.

“Por exemplo, você pode estimar os impactos do clima futuro na disponibilidade de água nos próximos 100 anos. Se o modelo não estiver representando a realidade, você tirará conclusões erradas. E conclusões erradas levarão a políticas erradas, que podem afetar muito as comunidades que dependem do suprimento de água ”, afirma Chu.

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

Os pesquisadores conduziram um estudo de caso na bacia hidrográfica experimental do reservatório de Fort Cobb (FCREW), em Oklahoma, para avaliar a precisão do modelo. O FCREW serve como um local de teste para o Serviço de Pesquisa Agropecuária dos EUA (USDA-ARS) e o Serviço Geológico dos EUA (USGS); assim, já estão disponíveis dados detalhados sobre fluxo, reservatório, água subterrânea e topografia.

O estudo associou o modelo SWAT a outro modelo chamado MODFLOW, Modelo Modular de Fluxo por Diferenças Finitas, que inclui informações mais detalhadas sobre os níveis e fluxos das águas subterrâneas.

“Nosso objetivo era determinar se o modelo SWAT por si só pode representar adequadamente o sistema hidrológico”, diz Acero Triana. Descobrimos que não é esse o caso. Realmente não pode representar todo o sistema hidrológico. ”

De fato, o modelo SWAT produziu 12 iterações de movimento da água que pareciam aceitáveis. No entanto, quando combinado com o MODFLOW, ficou claro que apenas alguns desses resultados representavam adequadamente o fluxo das águas subterrâneas. Os pesquisadores compararam os 12 resultados do SWAT com 103 diferentes iterações de águas subterrâneas do MODFLOW, a fim de encontrar uma representação realista dos fluxos de água na bacia hidrográfica.

A obtenção de vários resultados diferentes, que parecem igualmente corretos, é chamada de “equifinalidade”. A calibração cuidadosa do modelo pode reduzir a equifinalidade, explica Acero Triana. A calibração também deve ser capaz de levar em conta as limitações inerentes na maneira como o modelo é projetado e como os parâmetros são definidos. Em termos técnicos, deve levar em consideração a inadequação do modelo e suas limitações.

No entanto, modeladores inexperientes podem não entender completamente os meandros da calibração. E devido às restrições inerentes ao SWAT e ao MODFLOW, o uso de 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 diretrizes gerais sobre como usar modelos hidrológicos”, diz Acero Triana. “Mostramos que para realmente representar um sistema hidrológico, você precisa de dois modelos de domínio. Você precisa representar os processos de superfície e sub-superfície que estão ocorrendo.”

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

O artigo, “Beyond model metrics: The perils of calibrating hydrologic models” é publicado no Journal of Hydrology.

Os autores incluem Juan S. Acero Triana, Maria L. Chu e Jorge A. Guzman, Departamento de Engenharia Agrícola e Biológica, Faculdade de Ciências Agrárias, Consumidor e Ambiental e Grainger College of Engineering, Universidade de Illinois, e Daniel N. Moriasi e Jean L. Steiner, USDA-ARS Grazinglands Research Laboratory, Oklahoma.

O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Instituto Nacional de Alimentos e Agricultura do USDA (NIFA).

Para maiores informações, acesse:

https://aces.illinois.edu/news/hydrologic-simulation-models-inform-policy-decisions-are-difficult-interpret-correctly-4

Tags: Gestão de Recursos Hídricos, Hidrologia, Água, Chuvas, Mudanças Climáticas, Engenharia, Modelagem Ambiental, Tecnologias de Águas, Modelagem Numérica, Enchente, Inundação, Enxurrada, Alagamento, Modelagem Hidrológica.