Estimating the impacts and uncertainty of changing spatial input data resolutions on streamflow simulations in two basins

Abstract

The impact of different grid resolutions of spatial input data on modelled river runoff are investigated using the simple rainfall-runoff model KIDS (Kielstau Discharge Simulations) in PCRaster modelling language for two watersheds -Kielstau and XitaoXi. In this study, the grid-based spatial data are aggregated to coarser resolutions to support the multi-resolution, multi-calibration and multi-site analysis for grid-scale investigations. Daily streamflow is simulated and model parameters are calibrated at each spatial resolution. The study suggests that re-calibration is critically needed when the grid resolution is changed. Altering grid sizes has an apparent impact on the parameter distribution patterns. Resolution uncertainty bands obtained by the overlapping hydrographs generated with different resolutions of input data are reported with a sufficient coverage of the observations for both basins. The analysis of model efficiency in terms of IC-ratio (a ratio between the input grid area and the catchment area) indicates that coarser resolutions with an IC-ratio of <0.001 may be used as an effective alternative for conducting preliminary analyses in streamflow simulation for the Kielstau basin. The modelling outputs are more sensitive to the spatial distribution of input data at the XitaoXi watershed, showing that accurate input data are required to achieve optimum modelling performance.

Comprehensive Performance Evaluation for Hydrological and Nutrients Simulation Using the Hydrological Simulation Program–Fortran in a Mesoscale Monsoon Watershed, China

“…The predominant soil type is yellowish red earth which accounts for 49.2% of the study area, followed by paddy soil and yellow earth which account for 21.2% and 11.5%, respectively [ 47 ]. Although the watershed is predominantly rural, land use in this watershed is diversiform, of which approximately 65% and 26.3% was covered by forest land and agriculture land, respectively.…”

Avaliação De Diferentes Modelos Digitais De Elevação Na Geração De Mapas De Suscetibilidade a Inundação a Partir Do Modelo Heigth Above the Nearest Drainage (Hand)

“…Dentre as várias suscetibilidades que a população urbana está exposta, no Brasil, os desastres que mais impactam são os relacionados à seca e estiagem, às enxurradas e às inundações (UFSC, 2013). No espaço urbano, a ocorrência de inundações está ligada às condições propiciadas pelo estado natural da bacia hidrográfica (relevo, tipo de precipitação, cobertura vegetal, capacidade de drenagem, dentre outros), como também podem ser intensificados por processos de caráter antrópico, a exemplo da mudança de uso e ocupação dos solos e a impermeabilização (Tucci, 2003;Reis & Schmidt, 2017).…”

“…A influência significativa das resoluções no detalhamento e na qualidade das representações tem levado diversos estudos a analisarem os efeitos da resolução espacial sobre a acurácia dos atributos derivados de MDEs de diferentes resoluções (Florinsky et al, 2002;Zhang et al, 2012;Neuman et al, 2018). O impasse da utilização de dados de alta resolução envolve a necessidade de grande capacidade de armazenamento, tempo elevado de processamento e em certos casos a existência de informações redundantes.…”

“…O impasse da utilização de dados de alta resolução envolve a necessidade de grande capacidade de armazenamento, tempo elevado de processamento e em certos casos a existência de informações redundantes. Para o caso do emprego de baixas resoluções é necessário observar se esse produto fornece de forma precisa os dados essenciais para a análise (Zhang et al, 2012). Devido à necessidade de se avaliar o real impacto do MDE no resultado final do modelo HAND, surgiram alguns estudos que utilizaram MDEs de alta resolução Goerl et al, 2017).…”