Αξιολόγηση διαφορετικών επιπέδων πολυπλοκότητας μοντέλου για την προσομοίωση της λεκάνης Liri-Garigliano

Ο Λείρις (Liri) είναι ένας από τους κυριότερους ποταμούς της κεντρικής Ιταλίας, που καταλήγει στο Τυρρηνικό Πέλαγος με την ονομασία Garigliano. Η λεκάνη Liri-Garigliano έχει έκταση 4900 km2 και μήκος κύριου κλάδου 160 km. Το υδρολογικό σύστημα παρουσιάζει ισχυρή ετερογένεια. Στα βουνά που βρίσκονται στη ΒΑ περιοχή, καθώς και στα Απέννινα Όρη, κυριαρχούν οι ανθρακικές αποθέσεις που είναι έντονα καρστικοποιημένες. Αυτό το τμήμα της λεκάνης χαρακτηρίζεται από υψηλή διηθητικότητα, φτωχή ανάπτυξη του υδρογραφικού δικτύου και χαμηλή επίγεια ροή. Το μεγαλύτερο τμήμα της απορροής προέρχεται από καρστικές πηγές, σχετικά σταθερής ροής. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν περιοχές που εκτείνονται σε γεωλογικούς σχηματισμούς χαμηλής περατότητας, το υδρολογικό καθεστώς των οποίων χαρακτηρίζεται από σημαντική επίγεια ροή, κατά το φθινόπωρο και το χειμώνα. Για την προσομοίωση των ημερήσιων παροχών κατά μήκος του υδρογραφικού δικτύου, χρησιμοποιούμε το πλαίσιο μοντελοποίησης Υδρόγειος. Η όλη λεκάνη διακριτοποιείται σε ένα πλήθος υπολεκανών, έτσι ώστε όλοι οι υδρομετρικοί σταθμοί να αναπαρίστανται ως κόμβοι εξόδου, το οποίο επιτρέπει την αξιολόγηση της επίδοσης του μοντέλου με βάση τα αντίστοιχα δεδομένα πολλαπλών αποκρίσεων. Για την αναπαράσταση των υδρολογικών διεργασιών, ελέγχονται τέσσερις προσεγγίσεις παραμετροποίησης. Η απλούστερη διαμόρφωση χρησιμοποιεί μόνο την συνιστώσα βροχής-απορροής της Υδρογείου και υιοθετεί μια ημι-αδιαμέριστη παραμετροποίηση, αντιστοιχώντας κοινές τιμές παραμέτρων σε όλες τις υπολεκάνες. Η επόμενη προσέγγιση ακολουθεί μια κατανεμημένη παραμετροποίηση, λαμβάνοντας υπόψη την ετερογένεια του επιφανειακού συστήματος, με βάση την έννοια της μονάδας υδρολογικής απόκρισης (ΜΥΑ). Με τον τρόπο αυτό αξιοποιείται η χωρική πληροφορία σχετικά με τα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά της λεκάνης. Συγκεκριμένα, ορίζονται τέσσερις ΜΥΑ, συνδυάζοντας δύο κατηγορίες περατότητας εδαφών και δύο κατηγορίες κάλυψης γης. Στην τρίτη προσέγγιση εισάγεται ένα εννοιολογικό υπόγειο κύτταρο κάτω από κάθε υπολεκάνη, το οποίο παραλαμβάνει τη συγκεντρωτική κατείσδυση από τις υπερκείμενα εδαφικές διαμερίσεις (δηλαδή τους συνδυασμούς υπολεκανών και ΜΥΑ). Πρόκειται για συνήθη τεχνική των τυπικών υδρολογικών πακέτων (π.χ. RIBASIM) για την αναπαράσταση της βασικής ροής σε κλίμακα υπολεκάνης. Στην υδρολογική αυτή προσέγγιση (ο όρος «υδρολογική» χρησιμοποιείται σε αντιδιαστολή με τον όρο «υδραυλική», στην οποία χρησιμοποιούνται μοντέλα πυκνής διακριτοποίησης, π.χ. το MODFLOW στα πλαίσια του MIKE SHE), τα υπόγεια κύτταρα είναι απομονωμένα, ώστε να εμποδίζεται κάθε ανταλλαγή ροής μεταξύ τους. Ο περιορισμός αυτός αίρεται στην τελική προσέγγιση, η οποία επιτρέπει επιλεκτική υδραυλική διασύνδεση μεταξύ των υπόγειων κυττάρων. Ακόμη, εισάγει ορισμένα περιφερειακά κύτταρα που αναπαριστούν τις υπόγειες διαφυγές προς γειτονικούς υδροφορείς και τη θάλασσα. Συνεπώς, διαμορφώνεται ένα αδρομερές δίκτυο διασυνδεόμενων δεξαμενών, για την προσομοίωση του πραγματικού κύκλου των υπόγειων νερών και της απόκρισης των καρστικών πηγών. Αυτή η τελευταία προσέγγιση παρέχει ικανοποιητικό συμβιβασμό μεταξύ πολυπλοκότητας μοντέλου, διαθεσιμότητας δεδομένων και υπολογιστικού φόρτου, ενώ ακόμα αναδεικνύει την ευελιξία της Υδρογείου έναντι των διαφορετικής χωρικής κλίμακας απαιτήσεων.