Analisi di sensitività del modello idrologico distribuito SWAT ai parametri di definizione dei sottobacini: applicazione al caso studio del Sulcis, Sardegna

Abstract

I modelli idrologici sono alla base della gestione sostenibile delle risorse idriche, essi sono in grado di simulare quantitativamente la disponibilità idrica e l'impatto dei cambiamenti climatici su di essa. Questo elaborato concerne l'analisi delle funzionalità di SWAT, un modello idrologico distribuito ed ampiamente utilizzato a livello mondiale. Nello specifico si studia l'impatto dei parametri di definizione dei sottobacini e della carta pedologica del suolo sui risultati del modello. Quest'ultima analisi è giustificata in quanto è noto che spesso gli operatori eseguono simulazioni con carte pedologiche provenienti da database globali di scarsa risoluzione spaziale. Questo modus operandi inserisce ulteriori incertezze nella modellazione idrologica ma è giustificato dalla mancata reperibilità di dati di dettaglio e dai notevoli costi per la loro realizzazione. L'elaborato quindi, nella seconda fase, analizza le differenze in termini di portate in output della simulazione con una carta pedologica con risoluzione 10 metri rilevata in situ e di una simulazione con carta DSOLMap, proveniente da un database globale e rilevata tramite tecniche di machine learning. Quest'ultima è stata rilasciata nel 2023 e ha una risoluzione spaziale più fine tra le mappe globali esistenti utilizzabili in applicazioni con SWAT e possiede una copertura globale. Dalle analisi effettuate non si riscontra una sensitività del modello SWAT ai parametri di definizione dei sottobacini. Ciò implica che l’operatore può godere della libertà di impostare dei valori a sua scelta senza compromettere i risultati in termini di portate simulate. Per quanto concerne l’analisi di sensitività alla carta pedologica del suolo, sono emerse delle criticità. Infatti l'utilizzo di dati del suolo provenienti da database globali impatta sul bilancio idrologico, rendendo le simulazioni eseguite dal modello non attendibili nonostante l'operazione di calibrazione effettuabile.

Hydrological models play a fundamental role in the sustainable management of water resources, they are able to simulate quantitatively water availability and the impact of climate changes on it. This work concerns the analysis of SWAT functionalities, which is a worldwide distributed and used hydrological model. Specifically, this study focuses on the impact of the sub-basin definition parameters and the soil map on the results provided by the model. It is possible to relay on this analysis, as it's known that operators often perform simulations with soil maps coming from global databases characterised by low spatial resolution. This modus operandi introduces further uncertainties into the hydrological modeling, it's justified by the lack of availabile detailed data. Moreover, the achievement of detailed data involves expensive costs of production. Therefore this paper analyzes also the differences in terms of output flow of two simulations. The first one is characterised by a 10 meter resolution soil map coming from in situ analysis and the second one is based on DSOLMap soil map. DSOLMap is from a global database and it was created by machine learning techniques. It was released in 2023 and it has the finest spatial resolution among the existing global maps suitable in SWAT applications. Not only, it has a global coverage as well. From the analyzes, no sensitivity of the SWAT model was found to the parameters defining the sub-basins. This means that the operator is free to set values ​​of his choice without compromising the results in terms of simulated flow. Regarding the sensitivity analysis of the soil map, some critical issues emerged. In fact, the use of soil data from global databases impacts the hydrological balance, making the simulations performed by the model unreliable. This despite the calibration operation carried out.