Multi-variable SWAT model calibration with remotely sensed evapotranspiration and observed flow

• Published in: Revista brasileira de recursos hídricos Vol. 22
• Main Authors: Franco, Ana Clara Lazzari, Bonumá, Nadia Bernardi
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Associação Brasileira de Recursos Hídricos 01.01.2017
• Subjects: ENGINEERING, ENVIRONMENTAL; ENGINEERING, GEOLOGICAL; ENGINEERING, MARINE; ENGINEERING, OCEAN; Kling-Gupta Efficiency (KGE); METRIC; SUFI-2; Uncertainty; METRIC; Uncertainty; SUFI-2; Kling-Gupta Efficiency (KGE); Incertezas
• ISSN: 2318-0331; 2318-0331
• DOI: 10.1590/2318-0331.011716090

ABSTRACT Although intrinsic, uncertainty for hydrological model estimation is not always reported. The aim of this study is to evaluate the use of satellite-based evapotranspiration on SWAT model calibration, regarding uncertainty and model performance in streamflow simulation. The SWAT model was calibrated in a monthly step and validated in monthly (streamflow and evapotranspiration) and daily steps (streamflow only). The validation and calibration period covers the years from 2006 to 2009 and the study area is the upper Negro river basin, situated in Santa Catarina and Paraná. SWAT-CUP was used to calibrate and validate the model, using SUFI-2 with KGE (Kling-Gupta Efficiency) as objective function. Different calibration strategies were evaluated, considering single-variable and multi-variable calibration, using streamflow and evapotranspiration. Compared to conventional single-variable calibration (streamflow only), multi-variable calibration (streamflow and evapotranspiration, simultaneously) produce better streamflow performance, especially for low flow periods and daily step validation. Despite that, no evidence of reduction of streamflow prediction uncertainty was observed. SWAT model calibration using solely evapotranspiration still requires further studies. RESUMO Apesar de intrínseca, a incerteza das estimativas de modelos hidrológicos nem sempre é apresentada nos estudos relacionados. O presente trabalho procura avaliar o uso de evapotranspiração proveniente de sensoriamento remoto na calibração do modelo SWAT, em relação às incertezas e desempenho da simulação de vazão. O modelo SWAT foi calibrado em escala mensal e validado em escala mensal (vazão e evapotranspiração) e diária (somente vazão). O período de calibração e validação compreende os anos entre 2006 e 2009 e a área de estudo é a bacia hidrográfica do alto rio Negro, localizada nos estados de Santa Catarina e Paraná. As calibrações e validações foram realizadas no SWAT-CUP, pelo SUFI-2, utilizando como função objetivo o índice KGE (Kling-Gupta Efficiency). Diferentes estratégias de calibração foram avaliadas, considerando o uso individual e simultâneo (multi-variável) da vazão e evapotranspiração. Comparada com a calibração convencional (somente com dados de vazão), a calibração multi-variável (evapotranspiração + vazão) apresentou melhor desempenho da simulação de vazão, especialmente para baixas vazões e para validação em escala diária. Entretanto, a calibração multi-variável não foi capaz de evidenciar diminuição nas incertezas envolvidas nas estimativas de vazão. A calibração do modelo SWAT utilizando somente dados de evapotranspiração ainda depende da realização de mais estudos.