Les modèles hydrologiques qui simulent et prédisent le débit d'eau sont utilisés pour estimer comment les systèmes naturels réagissent à différents scénarios tels que les changements climatiques, l'utilisation des terres, et la gestion des sols. Les résultats de ces modèles peuvent éclairer les décisions politiques et réglementaires concernant les pratiques de gestion de l'eau et des terres.

Les modèles numériques sont devenus de plus en plus faciles à utiliser avec les progrès de la technologie informatique et des logiciels avec interface utilisateur graphique (GUI). Bien que ces technologies rendent les modèles plus accessibles, des problèmes peuvent survenir s'ils sont utilisés par des modélisateurs inexpérimentés, dit Juan Sebastian Acero Triana, doctorant au Département de génie agricole et biologique de l'Université de l'Illinois.

Acero Triana est l'auteur principal d'une étude qui évalue la précision d'un modèle numérique couramment utilisé en hydrologie.

Les résultats de la recherche montrent que même lorsque le modèle semble être correctement calibré, ses résultats peuvent être difficiles à interpréter correctement. L'étude, publié dans le Journal d'hydrologie , fournit des recommandations sur la façon d'affiner le processus et d'obtenir des résultats plus précis.

La précision du modèle est importante pour garantir que les décisions politiques sont basées sur des scénarios réalistes, dit Maria Chu, un co-auteur de l'étude. Chu est professeur adjoint de génie agricole et biologique au Collège d'agriculture, Sciences de la consommation et de l'environnement et The Grainger College of Engineering de l'U of I.

"Par exemple, vous voudrez peut-être estimer les impacts du climat futur sur la disponibilité de l'eau au cours des 100 prochaines années. Si le modèle ne représente pas la réalité, vous allez tirer les mauvaises conclusions. Et de mauvaises conclusions conduiront à de mauvaises politiques, qui peuvent grandement affecter les communautés qui dépendent de l'approvisionnement en eau, " dit Chu.

L'étude se concentre sur le modèle d'évaluation des sols et des eaux (SWAT), qui simule la circulation de l'eau en intégrant des données sur l'occupation des sols, sol, topographie, et le climat. C'est un modèle populaire utilisé pour évaluer les impacts des pratiques de gestion du climat et des terres sur les ressources en eau et le mouvement des contaminants.

Les chercheurs ont mené une étude de cas au bassin versant expérimental du réservoir de Fort Cobb (FCREW) dans l'Oklahoma pour évaluer la précision du modèle. Le FCREW sert de site d'essai pour le Service de recherche agricole du ministère de l'Agriculture des États-Unis (USDA-ARS) et le United States Geological Survey (USGS); Donc, des données détaillées sont déjà disponibles sur le débit des cours d'eau, réservoir, eaux souterraines, et topographie.

L'étude a couplé le modèle SWAT avec un autre modèle appelé MODFLOW, ou le modèle d'écoulement modulaire aux différences finies, qui comprend des informations plus détaillées sur les niveaux et les flux des eaux souterraines.

"Notre objectif était de déterminer si le modèle SWAT par lui-même peut représenter de manière appropriée le système hydrologique, " Acero Triana dit. "Nous avons découvert que ce n'est pas le cas. Il ne peut pas vraiment représenter l'ensemble du système hydrologique."

En réalité, le modèle SWAT a donné 12 itérations de mouvement de l'eau qui semblaient toutes acceptables. Cependant, lorsqu'il est combiné avec MODFLOW, il est devenu clair que seuls certains de ces résultats représentaient correctement l'écoulement des eaux souterraines. Les chercheurs ont comparé les 12 résultats de SWAT avec 103 itérations différentes d'eau souterraine de MODFLOW afin de trouver une représentation réaliste des flux d'eau dans le bassin versant.

L'obtention de plusieurs résultats différents qui semblent tous également susceptibles d'être corrects est appelée « équifinalité ». Un calibrage minutieux du modèle peut réduire l'équifinalité, Acero Triana explique. L'étalonnage doit également pouvoir tenir compte des limites inhérentes à la conception du modèle et à la définition des paramètres. En termes techniques, il doit tenir compte de l'inadéquation du modèle et des contraintes.

Cependant, les modélisateurs inexpérimentés peuvent ne pas comprendre pleinement les subtilités de l'étalonnage. Et en raison des contraintes inhérentes à SWAT et MODFLOW, l'utilisation des métriques d'un seul modèle peut ne pas fournir des résultats précis.

Les chercheurs recommandent d'utiliser un modèle combiné appelé SWATmf, qui intègre les processus SWAT et MODFLOW.

"Cet article présente une étude de cas qui fournit des directives générales sur la façon d'utiliser les modèles hydrologiques, " explique Acero Triana. " Nous montrons que pour représenter vraiment un système hydrologique, vous avez besoin de deux modèles de domaine. Vous devez représenter à la fois les processus de surface et de sous-surface qui se déroulent."

Les différences de résultats peuvent être minimes, mais avec le temps, l'effet pourrait être important, conclut-il.

L'article, "Beyond model metrics:The perils of calibrating hydrologic models" est publié dans Journal d'hydrologie .