Parameter uncertainty methods in evaluating a lumped hydrological model

Abstract

Método de incertidumbre paramétrica en la evaluación de un modelo hidrológico agregado Fecha de entrega: 8 de octubre 2012 Fecha de aceptación: 12 de diciembre 2012 Water resources modelers face the challenge of dealing with numerous uncertainties due to the lack of knowledge of the natural systems, numerical approaches used in modeling (equations, parameters, structures, solutions), and field data collected to set up and evaluate models. Propagation of parameter uncertainty into model results is a relevant topic in environmental hydrology. Uncertainty analyses improve assessment of hydrological modeling. There is a need in modern hydrology of developing and testing uncertainty analysis methods that support hydrological model evaluation. In this research the propagation of model parameter uncertainty into streamflow model results is evaluated. The Hydrological Simulation Program-FORTRAN (HSPF) supported by the US Environmental Protection Agency was evaluated using hydroenvironmental data from the Luxapallila Creek watershed located in Mississippi and Alabama, USA. The uncertainty bounds of model outputs were computed using the Monte Carlo simulation and Harr's point estimation methods. Analysis of parameter uncertainty propagation on streamflow simulations from 12 HSPF parameters was accomplished using 5,000 Monte Carlo random samples and 24 Harr selected points for each selected parameter. The comparison showed that Harr's method could be an appropriate initial indicator of parameter uncertainty propagation on streamflow simulations, particularly for hydrology models with several parameters. Los modeladores de recursos hídricos enfrentan el desafío de trabajar con diferentes tipos de incertidumbre debido a la falta de un completo conocimiento de los sistemas naturales, procesos de modelación, aproximaciones numéricas (ecuaciones, parámetros, estructuras, soluciones), y datos de terreno tomados para desarrollar y evaluar modelos. La propagación de la incertidumbre paramétrica en los resultados de las simulaciones es un tópico relevante en la hidrología ambiental. Los análisis de incertidumbre mejoran la evaluación en el modelamiento hidrológico. Existe una necesidad en la hidrología moderna de desarrollar y evaluar métodos de análisis de incertidumbre que apoyen la evaluación de los modelos hidrológicos. En esta investigación se evaluó la propagación de la incertidumbre de los parámetros de un modelo en los resultados del flujo simulado. Un programa de simulación hidrológico HSPF patrocinado por la Agencia Ambiental de los EE.UU., fue evaluado utilizando datos hidroambientales de la cuenca de la quebrada Luxapallila localizada en los estados de Misisipi y Alabama, EE.UU. Los límites de incertidumbre de las salidas del modelo fueron calculados utilizando los métodos de simulación Monte Carlo y el método probabilístico de estimación puntual de Harr. El análisis de la propagación de la incertidumbre paramétrica en simulaciones de caudales con HSPF utilizando 12 parámetros fue realizada con 5000 muestras aleatorias de Monte Carlo y 24 puntos seleccionados de Harr para cada parámetro evaluado. La comparación mostró que el método de Harr podría ser un indicador inicial apropiado de la propagación de la incertidumbre paramétrica en simulaciones de caudales, particularmente en modelos hidrológicos con varios parámetros. Palabras clave: HSPF, incertidumbre paramétrica, simulación Monte Carlo, método de estimación puntal de Harr, límites de incertidumbre de simulaciones de caudales 43