Lizarralde, I., Fernández-Arévalo, T., Manas, A., Ayesa, E., Grau, P. (2019). Model-based optimization of phosphorus management strategies in Sur Moreno-Rodenas, A.M., Tscheikner-Gratl, F., Langeveld, J.G., Clemens, F.H.L.R. (2019). Uncertainty analysis in a large-scale water quality integrated catchment modelling study. Water Research 158, 46–60. (link)

Título

Uncertainty analysis in a large-scale water quality integrated catchment modelling study

(Análise de incerteza em um estudo de modelagem de bacias integradas de qualidade de água em grande escala)

Resumo

Receiving water quality simulation in highly urbanised areas requires the integration of several processes occurring at different space-time scales. These integrated catchment models deliver results with a significant uncertainty level associated. Still, uncertainty analysis is seldom applied in practice and the relative contribution of the individual model elements is poorly understood. Often the available methods are applied to relatively small systems or individual sub-systems, due to limitations in organisational and computational resources. Consequently this work presents an uncertainty propagation and decomposition scheme of an integrated water quality modelling study for the evaluation of dissolved oxygen dynamics in a large-scale urbanised river catchment in the Netherlands. Forward propagation of the measured and elicited uncertainty input-parametric distributions was proposed and contrasted with monitoring data series. Prior ranges for river water quality-quantity parameters lead to high uncertainty in dissolved oxygen predictions, thus the need for formal calibration to adapt to the local dynamics is highlighted. After inferring the river process parameters with system measurements of flow and dissolved oxygen, combined sewer overflow pollution loads became the dominant uncertainty source along with rainfall variability. As a result, insights gained in this paper can help in planning and directing further monitoring and modelling efforts in the system. When comparing these modelling results to existing national guidelines it is shown that the commonly used concentration-duration-frequency tables should not be the only metric used to select mitigation alternatives and may need to be adapted in order to cope with uncertainties.

TRADUÇÃO LIVRE

Receber simulação de qualidade de água em áreas altamente urbanizadas requer a integração de vários processos que ocorrem em diferentes escalas de espaço-tempo. Esses modelos integrados de captação fornecem resultados com um nível de incerteza significativo associado. Ainda assim, a análise de incerteza raramente é aplicada na prática e a contribuição relativa dos elementos individuais do modelo é mal compreendida. Frequentemente os métodos disponíveis são aplicados a sistemas relativamente pequenos ou subsistemas individuais, devido a limitações de recursos organizacionais e computacionais. Consequentemente, este trabalho apresenta um esquema de propagação e decomposição da incerteza de um estudo integrado de modelagem da qualidade da água para a avaliação da dinâmica do oxigênio dissolvido em uma bacia hidrográfica urbanizada de grande escala na Holanda. A propagação direta das distribuições paramétricas de entrada de incerteza medidas e eliciadas foi proposta e contrastada com séries de dados de monitoramento. Os intervalos anteriores para os parâmetros de qualidade-quantidade da água do rio levam a uma alta incerteza nas previsões de oxigênio dissolvido, portanto, destaca-se a necessidade de calibração formal para se adaptar à dinâmica local. Depois de inferir os parâmetros do processo do rio com medições do sistema de fluxo e oxigênio dissolvido, as cargas combinadas de poluição do transbordamento de esgoto se tornaram a fonte de incerteza dominante junto com a variabilidade da precipitação. Como resultado, os insights obtidos neste documento podem ajudar no planejamento e direcionamento de esforços adicionais de monitoramento e modelagem no sistema.

Artigo publicado no site ScienceDirect, no Journal of the International Water Association (IWA).