todini - hydrological catchment modelling- past-present and future

15
Hydrol. Earth Syst. Sci., 11(1), 468482, 2007 www.hydrol-earth-syst-sci.net/11/468/2007 © Author(s) 2007. This work is licensed under a Creative Commons License. Hydrological catchment modelling: past, present and future E. Todini University of Bologna, Italy Email: [email protected] Abstract This paper discusses basic issues in hydrological modelling and flood forecasting, ranging from the roles of physically-based and data- driven rainfall runoff models, to the concepts of predictive uncertainty and equifinality and their implications. The evolution of a wide range of hydrological catchment models employing the physically meaningful and data-driven approaches introduces the need for objective test beds or benchmarks to assess the merits of the different models in reconciling the alternative approaches. In addition, the paper analyses uncertainty in models and predictions by clarifying the meaning of uncertainty, by distinguishing between parameter and predictive uncertainty and by demonstrating how the concept of equifinality must be addressed by appropriate and robust inference approaches. Finally, the importance of predictive uncertainty in the decision making process is highlighted together with possible approaches aimed at overcoming the diffidence of end-users. Keywords: catchment models, physically-based models, data-driven input-output models, equifinality, predictive uncertainty Introduction The history of hydrological modelling ranges from the Rational Method (Mulvany, 1850) to recent distributed physically-meaningful models (Abbott et al., 1986a,b; Wigmosta et al., 1994; Refsgaard and Storm, 1995; Ewen et al, 2000; Kouwen, 2000; De Roo et al., 1998, 2000; Liu and Todini, 2002; Vivoni, 2003). Over the same period, starting from the simple Unit Hydrograph (Sherman, 1932), input-output models, now called data-driven models, have evolved into ANN models (Garcìa-Bartual, 2002) and Data Based Mechanistic (DBM) models (Young, 2001, 2002). From the wide range of models available, the choice of the one most appropriate for any specific task is difficult, particularly as each modeller tends to promote the merits of his/her own approach. Moreover, apart from the intercomparison of conceptual models conducted in the seventies, (WMO, 1975), no objective comparisons using benchmarks, or test beds using standard data sets, have been proposed or effected. Hydrological models serve many purposes, one of the most important applications being flood forecasting in which uncertainty plays a major role. Unfortunately, the implications of using uncertainty in the decision-making process and even the concept of uncertainty seem to deter hydrologists from addressing the problem. Indeed, many hydrologists do not appear to appreciate the need to quantify predictive uncertainty and tend to describe the uncertainty implicit in the model rather than in possible future values of the quantity to be predicted or forecast, conditional upon the output of the model (Krzysztofowicz, 1999). To this confusion is added a lack of appreciation of the difference between parameter uncertainty (and the possible need to estimate the parameter values) and predictive uncertainty. Moreover, the introduction of the equifinality principle (Beven and Binley, 1992) has not served to clarify this distinction.. Hence, in delineating possible future lines of research, the uncertainty problem must be viewed in the correct perspective. After a brief history of the development of hydrological models, this paper proposes a reconciliation of the different approaches, by developing objective benchmarks or test- beds relevant to the many diverse potential applications. The problem of uncertainty in hydrological models is addressed as well as possible approaches to describing a real-world case study.

Upload: rutitassi

Post on 12-Nov-2014

166 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

���������

���

������������ ����� ����������������������������������������������������� �� ��� ����!�"#��������������$�������%������������#������&����'��&�((����)�������

������������ ��������������������������������������

���������

����������� �����������

������ ����������������������

��������������������������� ����� ������� ������������������������������������������� �������������������� ��������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������ ����� ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������� ���������������� ���������������������������������������� �� ������������ � ���� ���� �������� ��� ������������������ �� ������ �� ���������� ��� � ���� ��������� ����������� ��������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������

������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������

������� $��� �������� �*� �������+���� (�������+� ��+��� *��(� ���,������ -������ �-#�'���� ��.��� ��� ������� ������/#���0���������(����+*#�� (������ �"//���� ��� ����� �1���/23�+(�������������11�2�,�*�+������ ���(���11.2���������������2�4�#���������2�5��,������������11�������2�)�#���$������� ����2�6�'����� ���7���8'��� ���� �(�� 0������������+�*��(�������(0���9���������+�0��� ���(����17�����0#���#�0#��(�����������������������'���(��������'��'��'��������"::�(�������;��<�=��#������������5�=����-���������� �5=-��(������ �>�#�+��������������?��(������������+���*�(������'��/����������������*�������� (���� 00��0����� *��� ��� �0���*��� ��%� ��� ��**��#���0����#�����������(�����������������0��(��������(�������*��� ���� ���� 00������ -����'���� 0��� *��(� ����������(0������ �*� � �����0�#��(������ ����#����� ��� �����'���������3-8���1�.�������/@����'����(0�������#���+/����(�%�����������/����#���+������������������'����/���0��0���������**������

�������+����(������ ���'��(��� 0#�0������ ���� �*� ���(�����(0������00���������/���+�*�����*��������+���������#���������� 0���� � (@��� ������ 9�*���#������� ����(0��������� �*� #���+� #���������� ��� ���� ���������(%��+

0�����������'������������0���*�#�������������(����������������+����� *��(� ��������+� ���� 0��/��(�� A�������(���������+������������00������00�������������������B#���*�0�������'��#���������������������������/������#����������(0�������������(������������������0����/���*#�#���'�#���*�����B#���������/��0������������*�������������������#0�������#�0#���*� ����(����� �4�C��C��*����C���111��� �$�� �������*#����������������%��*�00����������*�������**������/�������0�(����� #���������� ���� ���� 0����/��� ����� ������(�������0�(�����'�#�������0�������'��#����������-����'���� ���� ������#������ �*� ���� D�B#�*������E� 0�����0���=�'��� ��� =������� �11��� ��� ���� ���'��� ��� ����*�� ��������������������������������������+�0����/���*#�#����������*��������� ���� #���������� 0��/��(�(#��� /�� '������ ��� �����������0���0����'��

"*�����/���*����������*�������'���0(�����*��������+���(������������00���0��0���������������������*�������**�����00��������/����'���0��+��/@����'��/����(�%����� �����/���� ����'��� ��� ����(�����'����� 0�������� 00���������$��� 0��/��(� �*� #���������� ��� �������+���� (������ ������������������ ��0����/���00������� ���������/��+�����������������#���

Page 2: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

����� ����������������������� ��������������������������

���

�� �� �� ������ ������� ���������

����������������� ����������������

������

$���,������-������0��0�����/��-#�'������.������������F0���������*����������0���*���(���*�����������������������������������(F�(#(��#��**2��������(����0�%�*����/#�����*�����'��#(��������0���������(����+*#�����������(���(0��'��#������(��������������*��������**����'�����0#����%���(����0��������"00����������*�����(�����������������+��*��������00������������������#���*��(����������*������1��

����#����4#������+�����12�)�����5'������1����$��������0���*�����#���������+�0���9���� ���(����17��

���/������� ����0�����0����*� �#0��0���������*� �**����2� ����/����������(0�����*����������+�0�����/��0���������*��(���*����(0�������������������'�����3��������������#������*������(��������������#���������+�0���������������0��������������0������*�� ��������#���'������(����������������(� ��� ���� *��(�� �*� ���� #���� �����+�0������� ����������������$��� *����� ����� ���� ������#�#�� ��(�� �(0#������0������*�������������(�����%���������������+����������������#��#���������+�0���A9������������������������� ���0����� ��� � ��(�������������� ��0#��� ��� %������� ���*������ 0������ #���� �����+�0�� �$9��� �8E5�������� �1����A�����������������#�������*�����A9�����/��'�����������������+� 0����� ���� ���� ��� ���� ��0������ �*� 0��������(����+*#�����������'���(������� A*� ���� D��0�E��*� ���A9�� ��� ��*������� ���� /�� ���� (�������� �� ���� ����+�����#������������*����������������������**���������B#������������0�(�����'�#����������(��������*��(�������0#���#�0#�� ���������� ��� /#�� ��(0#���� �� � *#������� �*� ���0��������������������B#���������*�����0����(�������������� A9�� ��� � 0������� �����0�������� �*� ���� 0����(�����F(0�������/��*�#������������*�������#���+�(�������?�����������4���������-���#%�'���1.�����(�������������/�� ���������+� ���� #������� *���� �B#������� ���� ����+�����#����� ��� � ;((� �������� *#�������� �(���� � :����������1.����1���������0�(�����������������������0�(���������������F����������������(����*������#(/�������������/���F0�������������(���*�����?��#����#(/�������/������0�������'���������������5��+����1�7����?#�����(������(����1.���������������������'����A9��*��(������������**#������B#������������$���������=�������1��������'���$9�� *��(� ���� ������ 0�/����� 00��F�(����� �*� ���#�������*�����B#��������������������0�(��������������������**#��'������������������(0#��������������+�������(�������'��������(���*�������������(�����������������*�����������������+�������*�����������0����������

����'�����*�������0���*�����A9� $9��������/����*�������������0�������+��#�����/����������0�������������'��0�(������ (#��� /�� ����'��� *��(� ���� (��#��(������ ��

���������������#�������������'���(������:�������$�������1���/��

"�� ����� �� ��**��#������ �*� 0������� �����0��������� ����F�������� �*� ���� A9� $9�� 00����� ��� ��+���� �������������� �(0��'��#��� ����(����� 0��������� 0��/��(���B#����+��#/@����'������������#����G

� ��0�������*�����(��#��**�*��(�/���*���2� ���� �����(������� �*� D�**����'�E� ���*���� �(���� ���

0������� �*� ���� ���*��� ���� ��� ���� ����� ����#+���0��������+������(����#������2

� ������#������'������*�����A9� $9����0���� ����*���� A9� $9�� 0�(������ *��(� ���� (��#��(����'��/���

$���'����(��������0��/��(����������������������������������������0�������(�����������0������������/������G

������6�����������+�����*���������+��������������*����������������+����0�����(�����"(����������8���/���1���

�������� 0��������� ������������� �$������ ���3������ �1��2

$������� ����/��� ��0���#���+� ���� �����B#������ �*�����������**�����������#����/���������#������

$������'���/������0������������0���������*�����(������0������ ���� �1���� ��� ���� � ��'���0(���� �*�(������ ������������'��#����(0���������������������+����������������0��������� /�� ��������������� �����0�#�� ���(����2� ����*���������0������������������������+����(�������������0�����*� � 0����#��� �#/�����(G�5���� ���8E5�������� �1�.�&��*���� ��� )�������� �1��� �� ��*����3�������� A62=#����� ��� ����� �1�7� �� ��(����2� ,��%������ �1��� � ",,2� #+�����1�����11.��$�%�������"���������(�������0��������� ��� ��**���������� ���� ���0������ �*�� � ��� ��������������������/������������'���#���#/������(�2��������(��� ����� ����� ��+����� �� ���� '���� /���� ���� ��#��� /�����'��� ����� ���� ����� �#������ ��� ��� ��(0#����������#������"��������(������(��������������+���/����'���������� 0�(������ �*� ������ (������� �#��� �� ���� ����+����**��������� ��#+������ ���**�������� ��� ���� ��**����������������������0������������������������#���/����*�����*��(�����0�����+�0�������������������*� ��������(�����5#������������������/'�������(������#(��+��������������00��������0�(��������+�������(�������(�����0�(�����0��(����������������#�����5��� �� 8E5���������1�.��"������#�����������������(���������(����������/�����*�/@����'��*#�����������/��(���(������*����F(0���������#(�*��B#���������������� �������#����+�0�(�����'�#�������+�������� #����������� 0���0�� /��#��� ����� �����0�������������*�(��#��(���������������������*�����(����������*�

Page 3: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

���������

���

"���������������������*��/���'/����������������*����#**��������*��(�������������������������������(��������0�(����'�#������������������+#��������0����#�����*���(#���0����0#���#�0#���������+����(�������;#0����� ����������1�72� ������������;#0�����1�72� ��+�����3����������������A�����������������(������/��(��������'���

"�����������*� �����1������������0���*� �#(0���(��������������#�����/����������� �������� �������*��� �#��**0����������(�������(������/���������(�����*���#������������������/���������������������(����#�������+��#���+� ��(0���(�������� *#�������� ��#�� �����+� ��� ����'��/��������/#���+����(�������$�����(������+���������(0���������5#������#(0������������0����0������������������������������#�*����#��**����+������/����#�������*�����#00������� ������$����� '��/��� ������/#���+� ��� (������� ���H���@��+��I�����1�����������J��//������5�����/#�����J5-�� �-����� ���&��%��� �1��������� ������������ /�*�����+��*�����0�(�����G�����#+���F0������+�����0�����������0����*�������#�����*�(�������������������������������(����+*#�� ��� ������ ���(�����$����*����� K#�(�#� ��� �����1������(/���������H���@��+������(����#���������/#����*#����������������&����������)����� ����(���&) ��(�����:�������$��������1���/2�$���������3�������1��2�$����������/�� ����� ���� �������C���&����������)����� ����(�(����� � &) ��� )����� /�� (���*���+� ���� H���@��+� ����(����#��� ������/#����� *#�������� $������ ��11��� �������'���0�������",:8�(������*��(�������3�������������11������'��� ����6A&�(����� /�� ��������+� ���� �#(/����*� �����������)��+����������11����11��/���$���������*���������(������ ��� � ���� 0�(����� ������/#����� *#������� �#�'���0��������+�������������/����������������'��#(���*��������������������������������F���������*�������#���������9�*���#�����������0�(������������*�������#�'������������*� ����������0�����������0��������������+���0����������+��#�������*��������������/��������(0������0�(��������/�� ����(���� *��(� ��������=�'������4��%/�� ��1�1����+������ � (���� 0���������(����+*#�� ������/#����*#������� (������$8J-85)�� /���� ��� ���� ������/#����*#������� �*� � ��0�+�0���� ����F��$���� ��#(��� ���� �����#(#������ �*� ����� (����#��� ��� /�� 00��F�(���� /��#������'���������������*�����������/������+�����+�������#00��������������$��������'�����������������/����������'��#(���*���������������������������������F������*���#���������������0�+�0��������F�������/#�����*#��������������/�����*�0���������(����+*#��0�(�������9�*���#���������� 0��'��� ��� /�� ��#�� ����� *��� '���� �(��� ��������0�����(����� ��0��������� ����� �F���(���� *���� (������?�����������������11���

A���*#���������0���������0���������0������������*�������*����#��**� 0��������3�����+� ��1�.�/�� �1����� ��3������������)�++���� ��1����#����%���(����(������ *��

������#����*��(���#�/��/������������?���C�����������1�1��0��0�������/������������*#�#���0��@�����������������*� � (���(����� (����� /���� ��� ������/#���� 0������%������+�� �*� �#�*��� ��� �#/�#�*��� 0����(���� =��#(����������+�������*�������#0�����#/������(���*�0������**���������B#������������/��+��#�*���*�������*����������#���#����������#�����C���������/��(�����+�������#�������*������#/������(����������/�#����������������*�������������(���������0�������������#���/��0���#����$���� �����0�� ��� ��'���0��� ����� �� � ���L(��������+�B#��#��0M�����/������5���������#����A�����#���54�������A�����#����*��������+����3����+*�����94���� 8;,"���?�������"//�������������1���/��� �����������'��'�����������/#���0���������/����(������'��/����-A4� ���,�*�+������ ���(���11.����� �$,":���������� ���������$�����(��������������0�������#�����������+����B#���(����*�����������(0#������� ��(��������������������#�������(�����F�����'���������#(����������(�����

-���� ���������� ���� ������ '��/������ �*� ������/#�����*��(��������+��+�*��(��������0����������#������������*���� �'�� *��������� ���� 0���#������ �*� ��(0��*���0���������(����+*#�� ������/#���� �������+���� (������$����� (������� /���� ��� ��(0��*���+� ��#(0������� ������(0�������(����0���(����#��0�(����������������������(0���������-A4� ����� �$,":�����/��00�����#�����*#���� ��� *����� *��������+�� #��� (������ ��G3"$?)885��4�#������������5� 6-��3�+(������������11����$8J4"JA� � �$������� �11.2�$������ ��� &��0�������2� )�#� ���$������� ������� ?3 � :$� ���(� *���-������6���������4�'�����������)A ?)885��5��,�����������11�������������,A= ��6�'��������7��

����������������

$��� ���(����17���9�������������+�0�����*���������'��(�����������F0�������������������*��(�/��=�F����K��%�����1�����������������������%�/�����������$���*���?#������(�������������"#���,�+�����'�������F�+���#��'��/���(�������",H���?�������+�����������$��������1����#�������9���������*��(��*���"#���,�+�����'��-�'��+�"'��+������F�+���#��'��/����(�������",-"H��*����������#������*�(�����0�(����������4�(��?������/����������(��*����*��������+������(��$����=�F����K��%������0��(�������+������#�����������*�D0���������E��������(�������*���������������#���+���������+������������(����������������������������������� ���� ������*� ����0����/�������*�0�����'��+� ���(���/��������A����'�������"�������(����������*'�#���*(����(���(������� ��������� 00�������� )����� �����(��+�������+�00������������#���+�'���#����0����*���0#���#�0#�� ������B#���� ����� 00����� ��� ��'���0��+� /�����0��*��(��+����(����0���(����#��(�����������0����������

Page 4: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

����� ����������������������� ��������������������������

���

�������+���� /��'��#�� �*� � ����(����� ����#+�� ����� ��+���������*�0������������0���������$����������*�0������������������ *#�����������"���*�����:�#���:�����%� �"::�00�����������������/��'���������������������+#���*��������+��������������*���*#�������(�����2�#�*���#������*��������(��/��0��������������'����������+�������������������������+������&(�������������������;#(�����;���������7���"����#+��5��������3��/������������ �(��������11��� � ��'���� 00��������� �*�"::� ��� ���*����#��**(�������+��*����0��������*��������+������(�����0��������/�������"::� �;��<�=��#��� �����2� �� ������ �������#������������+���*�����������+����������"::�(��/��������/#��� ���(�� ��(���(��� ��'��+�� �;#(�� ���;���������7���-���� ���������� �5��=����-���������� �5=-�(�������+�00������������#����/��>�#�+�������������'������(��������#��#����������0�(�����'�#���*��(�������0#�����#�0#�����#���+������(���+�������+�������*���������0�(���������(�����������B#����������(0�������+��/���������/��%�/�F������0��/����������+����������������������������� (����� ���#��#���� ���� ��� ����������� 0��������(����+*#�� �>�#�+�� ������ �������"����#+�� ���� 5=-(�������+� 00����� ����+������ ���� �(0������� �*� ���0������� ���������� �*� ���� ������*���� (����� ���#��#���� ������'������*��(������/���'���������#�������+����+���������������#�����*��������.��������*����������**������(�����0���*���+� ���� 0������� �������+���� (������(�� ���+������� *�������$���� �������������� ����=���� 0�����0����������#�����(/���������/���'��������������0����/��������%������+����������������+����0������������0����/���������0�(�����'�#�������/���������#����������������*��������

� ������������������� ���������� ��

9�*���#��������������+����(����������(0����������(������*�����������00������������������+����+��������*��������A��0����#����0�������0����������������(����������'�������*���������������0/���������*�������'���(�����E��#�0#���������������'����0�����������������+�����������������(��������(� ��+�������+���������� (��������� ���(� ���� ������'��� (������ 0���#��� /������ *�������� ���� ��(0��F0���������/����(�������A(0��������������������'�����������/���� B#������G� ���#��� .�� ����� �*� �������� /�� �������������%��+�/��������0�������������*��������+����0���������/�@���������N

A�� ����� ���� ����#���� ������ ��� ���� ������ *��� ���� �%�� �*�������+�� �� � ��������� ��� ���������� ���� ���� ����(�� �*���#+���/�������(/����+������'��+����*�/����00�������4��(�����1�7������/������+���+��F�����'��/����(�%��������� /����� ��� �����(���� ���� ������ '������� ��� *������ �*00���������*�������**������(������

4�C��C��*����C���111�����������0��0���������(���+����0�������'��0��//������/����(/����+��+�������(������*#�%�������#���O�/#��0���#(/���0���������(����+*#�O��������#����+�����'��(�����/��(�����*��=�����00������,�������F0���(������'�������������������#����+=������ 0��������� ���%�� ����� �'��� � ������ *��������+����C��� ����� ���� #����+�����'�� (����� �#�0#�� ��� ��+������������������ �����/���'�������/#�� ��������� �0����������� �� ���� ��B#����� ���+��� �*� ���� *��������+� ����C��/���(�����+��2�(����'��������������+�������������+����������������+��������#����+����'��(����������#�����*#���� ���� ���������� /#�� ����� ��� ��� ���� �����+� ��(/� �*� ��������+�0���$����*������������������������**������00������������(0��'����������'���������4�C��C��*����C�00��������� =������ 0��������� ��#��� /�� #���� ��� ��(/���� 0���������/���� ��� � ��� ���'��� (������$���� 00������#������*���/���*���*��(�������/#��������*�����*��(����������0�/�������*�����������

"�� �����(�� ��(���00��0�����/����(�%����� �����/���(�+��� /�� (��� *������ '��/��� *��� (��������� ��� �������/@����'����� ���� B#������� �*� ������(������ ������� �� �������(���������������0����/���*�������*�00���������$�����%���������(0���/#��������0��/��(���'��/�������������������+� ����� ��+�� B#����� ��� ����� *��(� 00��0��������(������������*��������������*������+�����'���#��*������*�00�����������#���/����'������$�#���(��������#�������/�� ������� ��� ���� /����(�%�� ��� ����� /����� ��� B#������#����������*��������#���/�����#���

������ ��� ��������������������9���������� 0���� �� ��������+� ����� ��� (�������+� ��*��������+� /#�� ��� ���� ��� ����� � �������#�� (��+�������+������0������#���������������������(0��F����������/��#��� ���� #����� �'�� ��� ����� ����� ��� ���� #��� �*� �������'�����*��(�����

$��0��'�������+����������#�����������������#������/��������� ������ ��� 0��'����� ����� � ��(0��� � ��0����������� �*������������#�����������?���������*��(� �� ���� �� ��*#��%������+�����������������/����0���������/���5���������'�����0���*��������#(/����?�������������������������������'�#���*��+�'���B#�����������7�����/����0���������/�

3�x� ��"�������(����(��������#�������������/����0��������(���(�������/���#��*��(�������/#�����/������� �� ���

�� ��=���������������(�����0�����%������+�����������/����0���������/���0��//���������������������������������/��(�������(����0�%������ *#��������*� ���� ��������+%������+�� ��'���� ��#��� ���� �(0��*������ %�����B#����������� �� P� 7�� ���� ��� ���� ��(���� ����� ��� ���� ����������*��(���������B#���������(�����'��+�����������5���������*����������� 3�x� �

Page 5: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

���������

���

$����*����� ������� � B#������ ��� %����� 0��*������ ��0��//�������������0������������/����'�%��������B#������������ %����� 0��*������ ��� ���� (���� ��(0�������'���*��(�����'��/�����������������0��//��������������*#�������0�*�������������+��������J��//������5�����/#�����?#�������J5?��� $���� 0����� (#��� /�� ����� ����� �����+� ����#�������������(���(�����(������/���������#(/����*(�����0�(�������A�����������������������(�����0�(����'�#������%�����0��*������� ��� ���������� ���� �������������������/������(����/��#�����������%��������0������+��#���������������/����'������������������'������*�����������#��������������#������������(#�����������(���8:)>������ �F0������'�#���/#�� ������ ���� ����/���� ������ ������0�*��/��#�������0�*����������*��(��������������*��������+�����#��������B#��������

3���������+������#������������������#������/������*�����G

�� ���� ��� 0�������'�� #���������� ��*����� ��� ���� ��� ������'��N

�� &�� ���� ����������� 0�������'�� #���������� /�� #�����������*�����#�����������N

7� 3�����������(0���������*�#���+�(�����#��������������� ���� D����(/��� *�������E� ������� �*� 0�������'�#���������N

�� 3��� ��� ���� �(0�������� �*� *��#����+� ��� 0�(��������(����� ��� ����(����� �*� ������ #����������� ��00��������0���������������������(������*�0�������'�#���������N

.� ��#���*��(��=��������*�������/��#������������*��(���%��������/����00��������#�����;)9N

�� 3��� ��� ����/���*����*�#���+�0�������'��0��//������ ���0�����������������(%��+N

�������������������

A������*���+�����������+�������������(����+��*�0�������'�#����������� 4�C��C��*����C� ��111��� 0������ �#�� ���Q������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������� ��� ��������� �� ������ �� �� �������������������������������������������������������������R���� ����Q����������������� �� ��������������������������������������������R�

$���������(�����#��������������0�����#�#��������������#����������/���������+������$���*�����������������/@����'��*�*��������+�������������/������#�����������*���#��*#�#��'�#����*��������+���������+����#��**�'��#(����������������� ���� #���������� �*� 0����������� +�������� /�� ����������+���� *��������+�(�������$��� ������� ��� ���� ����

#�����������+���������F0���������� ���(���*��0��//�����������������0��//������������/#������*#�����������D����������E#0�������*��������+�(�����0����������������������������������'��/��������#+��#���������%������+���*�����*#�#���A�������������������*��������+�(�����0�����������������*#�����������������������(%��+�0������������������0��'�����*������(�����������������*����D������E��*#�#�����'�����*���������

$������*���������0����������#��������#������������0���*���� @����� 0��//������ ������/#����� �*� ���� ���� B#������ �*����������������0�����������(��������������+�������������'��������0���*��������������������������������(�����*������y �� 9������ ���� (����� ��� ��� �F��0�������� ��#����� ��#�0��*������(�����+������/���'������������������������/���/���'������������� y �0���������?�+�����$����������������0����������� �*� ���� @����� �(0��� *��B#������*��� ��� y�������/��#�����������(�������@�����0��//��������������

?������+�'���(����������(�����*������� ty ��������������(�������*#��������*���0���*���'�#�� � ��*�����0�(������������*�������0#��*�����+� tx ��������'�����2���#������@����0��//�����������������/���F0������������B�����G

� �� ��,ˆ, ttt xyyf ���

�������*��������%���*������������������������(�����F0����������������������������������������������/���F0�������������+�����(������#�0#�� ty ���������������������'�����������0�(������

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500 600 700

y

y

y

ty

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500 600 700

y

y

y

ty

����� ���������������� ������������������������������������ �������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ������������ ���������������� ������������������ !"�

yyy

ty

Page 6: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

����� ����������������������� ��������������������������

��

A*����������������������� ty P ty � t� ��������������������� ty �/��#������� *��������*� ty �� A����� �����������(���+�������� ���#����+�� ����� ������ ������ ��� ��������#��������������������������0��//�������*� ty �+�'��� ty ��(#��/������'������������ ���0������� ty ��$���� ��������������/��#����+� *��� � +�'��� ty � ���� 0��'��#���� (��������� @����0��//���������������?�+�������������(�����+�������������/��*��(�������G

��� �� � � �� �

� �� ���

0

ˆ,ˆ,

ˆ,ˆ,ˆ,ˆ

dyxyyf

xyyfxyyf

ttt

ttt

ttt

��

������ ���

A�� ��� �(0������ ���� ���� ������ #���������� ���� �������������� #���������� +�'��� ��� B��� ���� �F0������� ���0�������'��#�����������*��D+�'��E�(�����#������D+�'��E��0#��*�����+������D+�'��E������*�0�(�����'�#����$������������+����������������#�������������#����/������(�������������� ���/������0�(�����'�#����� ���/��������0#�����#�0#��(��#��(������������A*�������/����'���������������������#������������(�������+���**��������*������������� #����������� ����� ����� �'�� ��� /�� �������� ��(�+���������#���?�������+�����=������00������������0��'��#����(������������������#������������(����(�����0�(���������(��#��(��������������������������#(/���*� D�#((�E� 0�(������� ���� #���������� �*� ������ ��������/���'���0���������0��//������������������#������'���(�+���������#��

A�����������������-���'�����$���������������*��(���*���������*��#���0�������'��#���������������0���������/�G

� � � � � � ��� dXYgxyfXYxyf nnttnntt ,,,, ��

� �7�

$�����������/��������������(�����F0�����������G

�������������������������� � �� � � �� � � � ��� dXYgxyyfXYxyyf nntttnnttt ,,ˆ,,ˆ ��

���

����������0��������� ty �����F0����������������������������#0�������(������#�0#�� ty ���������������#����������������������'������������0�(������

A��B�����7��������G

� �nntt XYxyf ,, ���

� �� �nnttt XYxyyf ,,ˆ ��� ���� 0��//������ �������� �*� ���0��������������������#0������������������/���'��������������'�����*����(�+�������+�����#�����������#��������0�(������

nY ��� ���� ���� �*� ���������� 0��������� �/���'������ �*�����������������'�����������+�������������������������������+��2

nX ������������*�������������'�������*��������������*���#0����(���*�����������

ty �������0���������'�#���*���������

tx �������������0�����+�'�#���*�������'����

� ����+�'���0�(�����'�����

� �����������(/����*����0����/���0�(���������������� ��,tt xyf ���

� �� ��,ˆ ttt xyyf ��������0��//���������������*�����0��������'�#���*���������������������#0���������'��������+������������*�0�(�������

� �nn XYg ,� ��� ����0������������������*�0�(������+�'�����������������/���'�����

B#���������������������������� ������**�������(�����0�(���������(��#��(������#������������������#���*�������0�������'��#��������������/������/��(�+�������+��#��#((��0�(�������**����*��(����������������0��//������������� �F0������� /�� B��� �����$����*����� ���� 0��������0��//������ �������� *��� ���� 0�(����� '������ � �� �(���� �nn XYg ,� �� ��� /�� ����'��� /�� (���� �*� � =�����

��*�������� 0������� �����-���'�����$������� ������ ��0��������������� ����� ��� ��������'������*� ����0�������'�#�����������$��� =������ ��*������� 0������� ������ ����0���������0��//�����������������/������'���*��(���������������/���'������

����!

���������+�*��(��0��������������F0������+

�#�� �#/@����'�� %������+�� /�#�� ���� 0�(������� $��0��������������������#�������(�+��������#��������������������������0�(�����2��������'��'�������+����+��'������������������(����*��F���������*�����0�(�����������0���#����������������������0��//��������������*#������� � �� ��,ˆ ttt xyyf ��*���� 0��������� �

�� ������������ ��� ���� ��'����� �

�� ��� ���

0�(����� '������ � � ���� ������*���� ���� �0���*��� (�����B#����� ���� ��� ����� ����/���� *�������'��+� ����0�������'�0��//��������������*������������/���'������������/��#������ ������/�� ���� 0�������'�� #���������� /���� ��� D�������E(������������S����������D*������E�(����*�����T����

$��� 0�������'�� #���������� �F0������� /�� B��� ���� ��#�������������������0�(�������������0�(�����#������������/���� ����+������#���$����(���� ����� *�������+�B��������������(�������(������%�����#���(��������F0������'�#��*�����0���������������������%����������#������#�����0����/���(�����0�������������(��������0���0�(�����'����������������������������������������'����������(������%���0�(�����'�#���������� ����0������������'�� ����� ���/�'��+���#���+� ��������'���0���������0��//������ *#��������� (�+������� �#�� ��� ���� #���������� ������ ��� ������0�#������������(�����0�(�������5��?����������1�.��

$����*����� ��� �����+� ����� ���� ����'����� �*� ���#������������ 0�������'�� 0��//������������� ��� ���� �*� ���(������0����*�0�������'��(�������+��������0����#����*�������+����(�������+��� ���� ����(����� �*� ���� 0�(����

Page 7: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

���������

���

'�#��� ��� ���� ���� (��� +���� ������ ���� *#��� 0�������'�#���������� ��*��(����� /�#�� ���� 0�(������ ����� /������0�����������������'���0���������0��//���������������*����0�(�������+�'��������/���'������

������� ���� ��������� ���0�� ��� �'�#���+� ���� 0�������'�#����������#���+��=��������*��������00����������G

�����*������#/@����'��0�������������*�������0�(�����2/�� � ��#(�� �� 00��0����� ��%�������� *��� ���� 0�(������

�(�����0��//���������������*������/���'������+�'������ 0�(������ ��������� ����� ���� =���� ������(�-���'�����$������������2

��� �����'���0�*�*��� ����0�(������*��(������/���'����������0�����������������2

��� � ��(0#��� ���� 0��//������ �������� �*� ���� � 0��������������������������0�(�����2���

�� (�+������� ����0�(�����#����������/�� ����+����+��'��� ���� 0�(����� �0���� ���� � ����'��� 0�(�����0��������� 0�*� ��(��� ���� 0��//������ �������� �*� ���0��������������������#0�������0�(������

$��� /�'�� �F0������� ��� ��������� A��#�� �2� A��#�� �� ������ ���������� 3���� �����+� ����� (�������+� ��0�������������������((���0��������������(����D/�������E��*0�(����� '�#��� ��� (%�� 0����������� ��� *�������� ������������;#0����1�72�$���(���������������2�6�#+������������7���A�������������������(����0�������'��#���������

�����*�����������D�����������#0�������0�(�����E������/���F0��������G

� �� � � �� �� �nntttnnttt XYxyyfXYxyyf ,ˆ,ˆ,,ˆ �� �����������.�

�����G

� � ��0�������� ���� +�'��� 0�(����� '�#��� ������ ��� /�����(�������F0������'�#�������(F�(#(���%���������-)�����(�������(����'�#������������������������(������������ @#��� ��(0��� ���+���� ��� ���� /���� �*� 0��������������������

A�����#���/�������������#������������������/����������0�(������ ��� ���� 0��������� ��� ������� ���� ����������0��//������������������'���*��(�B����.����������������������������+�'���/��B��������$����*����������00�����(���������������/#���0��������������#��������������(���������� #��� ���#��� /�� @#���*���� ������� /�� � ����� *��� ������(0#�����������(����+�00���������#����������������*�������(��*�����*��������+�������4�C��C��*����C���111�����/��0��'��+��������������������+��������/�������+����+����0�(�����#�����������������(�����#���*��(�������'����(���'��/�������*�����0�(�����'�#������/����%����������� ���#��#���� ��� ���� �������+���� (������ ����� ��������#����**��������0�������'��0��//���������?�������+�����F(0������)�#������������.���?�+�������������������������*�����,�'���H�F����������**�������/�����������#�����������0�������'��0��//������������/#����� *#�������� ��(0#����/�

�����!��#��� ���������������������� ����������������������������������������� ��� ���������������������������� � ����� $""���� ���������� �������������������������� � ����� %""�

Page 8: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

����� ����������������������� ��������������������������

��

(�+�������+�����.� ����������/#�������/������0�����������*�0�(������������������������������**�������(#���*��(��������������� ������� ������ �/������ #���+� ���� (F�(#(��%�������� 0�(����� '�#�� ����(�����$���� (�� �00������������������*���������������������B#�������������������� ���� 0�(������� ��� ����� ���� *������� ��� �����'������������'���������0�(�����'���������#�����������(���'�#��� ���� �������'����� ���� '������ �*� ���� 0�(������ ���(����$����*��������������������������*��(��00�����(�/�����0�/�����������������#(�������

A��#�� 7� ��� ���� ��������� ������ ������� ��� � ��������(��+��������+��������(��������+�����������*#���0�������'�#���������� ����� (����� #���������� � ��0������� ��� �������.���-�����#���������������������F0��������������*��(��*������(/����*�*��������/��'����+�(�����0�(����������������������������/�#�������������������/��(�(��%��+���� 0�������'�� 0��//������ ����(������ #���+� �� �B#������(�������B������G

� � � �nnnntt XYgXYxyf ,ˆ,,ˆ �� ���

&�������������������*�B���������**����*��(�������0��������/��B������������.������������������������#������������������������� �*� ���� 0���������� +�'��� ���� (����� *�������� ��F0�������/��B���������������*�������������+�����������������*���������*�0�������'��0��//������

"����#+������#����*�D����(/���*�������E������0����������0�������'��#�������������/���� ��������+���0��0�����/�

(��������+������������������**��#������������0����#�������������(�(/���� �*� ���� ����(/��� ��� #���� ��� 0���#��� *����*��������� ����'���� ����������� ����(��#����'�#���*� ���0��������� ���� /������� ���� ���.� ��� ���� ��1.� 0��//�����/�#��������'���*��(���������(/����?�+#���7���(0��������/���'���*���������%��������������������J����'������A���������+#+��+� ������� �*� J����� =���� �U7. ���� %(��� ����� ���(�������� ���� #���+� ���� ��#����(��#���� ���� �'��� �������(���� ������� ��������� ���� *���������/������#���+�����������(/���(�(/������������������=���������/���'��*�������� ���������(��������#���+� ����(��#���� ���*�����(�����*�������(����(0��������#����������#����������/��������/���/����������(/���(�(/����

"��0��'��#����(����������(����������+���������(%����� (���%�� �*� ���� ����#���+� ���� ����������� 0��//������F0�������/��B����������������(0#�������*�����0�������'�#�����������$���� ���*#����� ���� ���#��� ��� (��� ;)900���������� ���� 0�������'�� 0��//������ ��� ��*����� �� ����#(#���'��0��//������ ����'��+� *��(�B��� ���� ��������**��(�B��������$������*�������0�������*����������*�����=�'�����?������������00��������0���#���������

Q"���������������������������#����$����������������� ������ �� ������� �������� ��������� ���� ��������������������������������������������������� %��� �� ���� ������ ���� �� ���� ������� ������� ����������&����������� � �� � 1

1��

B

i iML �������� � �iM ����������������������������#����$������������������

�����"��&�����'(����� �����������������)�����������*� ������������������������)�����+���� ,-% (((�.��"��/�������� ��� ����.�� �� ���"0����� ���� �������������������� � ����� ���"0��������������������� ���������� ��������� ����� ���"�

Page 9: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

���������

���

�����������������

� � � �� ���

���B

i itit zZMLzZP1 ,

ˆˆ ���������������������������������

������ itZ ,ˆ ��� ���� '�#�� �*� '��/��� &� �� ��(�� �� /��(����

� �iM �R

:����+� ����� ��� ����=�'��� ���?����� ������� 00���� ������������ tZ �� tZ � ��� �B#�'����� ��� ty �� ty � #���� ��� ���0�������00����������������**��#������#����������������;)9���� B#������� ����������� ������ ��� ���� D(����E� 0��������'��/��� tZ �������������0����/�����#��'�#�� tZ ������������������0���������'�#�� tZ ��������������*���������*�0�������'�0��//�������4�C��C��*����C���1112�-���'�����$������������ �(0������ �(���� � �tt ZzZP ˆ� ��$��� ������ *��� ������*�������� ��� ��������������(#���/�� �%������ ����/�����*���� ����� 0����/��� �00���� ���� ��� ���� ���� (����� ��0��������+G�����(����������������������������������������������#���#�������������*#�#����#���(����/�������������+����0���������#�����������������(�����*��������$����*�����������������*������00�������0�������'��0��//������#���������/�����+�'���/��B�������

����������������������������

=�'��� ��� =������ ��11��� ������#���� ���� �����0�� ����������'��(�������+�������������(���������+����(�����������**������'�#����*�����0�(�������(���'�������(�0�������'�� '�#��� ������ ��� �#/��B#������ *��(������ �D�B#�*������E��$��� �B#�*������� 0�����0��� ��*������� #0� ��� ������� 0������ ���� �����0��� �F0������� /�'�� ������ ���������������(���/��������0����������/��������#��B#������*�0�(������������������'���/����#(��+��0�������+�������� ������ ���� 0�(������ (�� '��� ��� ����'��+� ���0��������� 0�(����� �������� *��(� ���� �/���'������� A�0�����0��������������+����������������(�������������0����������+����(�������+������ *�F���0�(����� '�#���(����������+��0�������'��/������������������������'�#�����*� ���� 0�������'�� #����������� A*� #�������� 0�(������ ����#(��� ��� ���#����+� *��� ���� 0�������� �*� #������������������*�����F0������+�B�������������������*��(��������(/���*� (����� 0����������� ����� *��� ���� 0�(����� '����������������(#��� /�� '��+�������� ���� ����'��� 0��������0�(�����0��//������(��������(�+�����������������������*����� ���� %������+�� +����� *��(� ���� �/���'������ ����=������������+�0���������$����*����������/@����'���*���=������ ��*�������0������� ��� ����/����0�%����0��������0�(����� ���������� *��(� ���� �/���'������� ��� ����D���B#�*������E���(����������(��(����������%��������(��*� ���� 0�(����� '������ '�#���� ��� ������ 0����������� ��(������%����������������-���'�����$�������������

$��� ;)9� 00����� 0��0����� /�� =�'��� ��� =�������11��� #���� B��� ���� ������ ���� B��� ����� ���#����+� ���F���(���� D*��E� 0��������� 0��//������ ������/#������ ��#������������������0�������'��#�����������2�/��������������00���������*�=��������*���������������0�%����0����������������������(�����0�������'��#������������

"����#+������=��������������������#���0��*�����������������*��(��'��0�������������0�(��������(����/��#���+���������� ����� � (���� �F0������+� 0����� %������+���� �����0���������*���(0����� D�B#�*������E�(��/�����0����������#������*�����=��������*�������0����������#���F0������+���� ���� ���� ��� ���� (������� ���� 0��� 0�(����� '�����������������'�������(����*��(��'��'�#����#�����0������%��*�%������+���$����������������������0���*�����=�������*�������0����������#���/�����������������D���B#�*������E����0���#���0�%����0���������������������������(���*� ���(���������(������%�������/����������������������-���'����$�������������

����������������������������������

���������

$���� �������� ��������� A��#�� ��� A�� ���� ��������=�����00������ ���� 0�(������ �*� � (����� ��� ���� ������������0�������0���������(����+*#��B#���������������'����#���/���� #�%������ '�#���� /#�� ������ ��(0����� D�#((�E�D���'������E���� D�#�����E�B#���������*�#����������#����'��� ������ ��� #���������� ��� ���� (������ �/���'������/�#�������������������������0��@����������/��(�+��������#��/��������D0���������0��//�������������E���/������*��(�/���'������'������=��������*�������0��������5��?��������1�.��&�0����� ��� ��� �����$����*����� ��� ��� ��������� ������*�� � ���� �/@����'�� �*� ����� #���������� �����(���G� A�D0�(����� ����(����E� ���� (��� �/@����'��� ��� ��� ��D0���������EN

A*������/@����'�����D0�(���������(����E����������#(����(0�����������������0�(�������'�����#����/����#�%�����'�#�����/��*�#����:�������������������0������������������*��#((��'�#���*�������0�(�������(��+�������(���+����0�������'�����������/#����������������(����������#���0��������(����+*#�� 0�(����� '�#���� A�� ����� ����� �*� ����/���'/������������������;��/���1�������(�������*�������#�������������������(������������0#��������#�0#�����������/���*��������*#�����������������������00��0�������%�������*#���������������������������������������������/��0����/���������(��� 0��������� (����+*#�� 0�(����� '�#��� *�������'��+�����0���������0�(�����0��//��������������*#����������������������������������%��������*#��������*������%������#��*��(��������������������0�(���������������#���+�� -)� 00����� ��� �� �� �F0������ '�#���$���� ��� ��F���(������(0��F�0��/��(��������������������������/�

Page 10: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

����� ����������������������� ��������������������������

���

���'������0���#���0���������(����+*#��0�(�����'�#���$����������'�� D0���������E�0��/��(� ��� �������(0��F���(���� *���/��� /��#���� ��� ���� =������ 00������ �������(������*�����D��#�E�0�(�����'�#������������B#����2������ ������ ������ ������� D0��������� 0��//������ �������E� ����F0�������������#����������*�����(0���+������/���'������$����0�����������������(������/�����������������������D��#�E�'�#���*�����0�(����������������=��������*���������� 0�(������ /���(�� D���'������E� B#��������� #���� ��/���/������*��������������#������*�#���������2���������*������(�+���������#�������������*�����0��������A�������#������ �*� ������**������ ��0��� �*� #������������� �#��� �� ��0#���� �#�0#�� #������������� (����� ���#��#��� #������������0�(�����#���������������������/����*��������������/������#+��0�*����������#���/��/���*�����������������������������#��� ����� /�� (�+�������� �#�� ��� �/���� ���� 0�������'�#�����������/#����(����������������� ����� �������������������������(�����0���*������D0�������'��#���������E�

����������������� ������������������

������������������������

$��� 0����� ������ /�� =�'��� ��� =������ ��11���� ����'������ ����#����*� ����� *��(�� ��%��������� ��� ��0���������� ��%���������*� 0�(����������������+������ ��(0��F(�����������'���� ��0����*�������� ���0#����#�0#���(�����0�(������� ������ ������+� �������(�� ��� ��((�����������������������������������������������������+�����$������������ *��(� ���� *��� ���� ��� /�� �#�����*#��� �=�������*������� 0������� ��B#����� �����+���� ��#(0������ ��� �����0���*�����0��//���������������*��������������������**��#����� ��*���� ���������� ��� ���� ���� �*� ��(0��F� �������+���(������� 9�*���#������ ���� 0��0����� ���#������ ;)9�� ��/���������#(/����*�����*��(�� ��%��������� ��������������*��=���� ������(� ��������� ���� ��� ����������� ��0���F����=��������*��������0��0����������������#����0/�������*��F������+���*��(�����*��(������/���'���������������B#�����'�������(������*�0�������'��#����������-���'�����$�������������

J���������� �������� �(��� ��� ���� ���� ����� �� *�����+��������������*��(����%�������������������������������������*��(���������������D���'������E��0�����������*��(�=������ ��*������� ��� /�� #���� ��� ��(�������� �����/#��������*���������'���00���������������0��������������(0��F���� ��� ��**������ ��0���+���� �*� ��������)�#� ��� �������������'�����������#��������:��(��V#������$���*�(�:V$�� �6�� ����3������� �1.��� �1.7�/�� ��� ���'���������+�� �/���'������ ��� (����� 0����������� ����� (#���'����� ���(�� �0��������� ����=������ 00������#��� /�� 00����� �#�����*#����� ,��������� #���+� ���� �/��(������ �� �F���(���� ��(0��*���� �������+���� (����

������#����/��?�����+� ��1���� *��� �������� 0#�0������ /���;)9�����:V$�/����=������ ��*������������00���������������������������(0��F���((������������������������ ��(�� ���������� �������� ��� ������/�� ���� �(0��'�(����/���/��O��� ���(���*�0�������'��#���������O*��(����0�����#�����������F0�������/���(#����#��*��(�������/#�����������0�(�������?�+#�������(0�����������#����������/���/�����2�����������/��������/���(������(0����������*������(��+�00��������-���'�����-������?�+#�����������������F0������'�#����������.����������1.�B#����������'��+�*��(��������������������*�B������G

� �� � � �� � � ���

� ��� dgxyyfxyyf tttttt 0,ˆˆ ���

�������� ��� ������������ *��(�� ������ � ��0g � ��0�������� ���(#����#��*��(� 0����� �������� ��� ���� 0�(�����2� ������0�������� ���� 0����� 0�������'�� #���������� /�*���� =���������(� ��� ���� :V$� �'�� /���� 00����� ��� ����'�� ���0��������� 0�*� �*� ���� 0�(������� ?�+#��� ����� ���0���� ����F0������'�#��� � �������.����������1.�B#��������/�����*��(�B����������������������*��(�������#���+�����0�����������������*�����0�(��������������?�+����/����0���#����������.��������.�����������F0������'�#���������������������;)9���#���������0����������������������1.�B#��������/�����#���+�����;)9�00������A���������������+����������������������*��(��=��������*�������00�����00������������:V$����*��(������������������������B#������#(0������������0��//������������/#������*���������������'��+�����0��������0�*��*�����0�(���������+�������#��������0�����0�������'�#�����������F0�������/��B��������;)9����#�������(#�������������0������*�������������#�������0�%������������������������(�����0�������0���������0�������'��#���������00�������/����+�����������������#�����������$����*������� ���0����� ��� A��#�� .�� ��� 00���� ���� *��(�� =�������*����������#���/���(0���������0��*����������;)9�

8����*��������#�������0������������������������/���/�#�#����������(��+��������+������������������������/���*��������+�*��(������0��������#����*�0�������'��#���������������������*�������������������((#������#���������� ����������#�������(�����������������(%�����A���������������#����� �#����������(�+����� �(��+�����(�+����� �����'����**��#�������0�����'��+�����/���*���������+�*��(�����0��������#����*��0�������'��#�����������3��������������������������+�����(#�������(%������(������#����G�Q���0��//�������*�*������+����������F��������#���������.WR��$������(����+��������������#�����3����� ������#�����%�������� ��� ���� ������ ��� ���� /���� B#������G� Q���� ��� ����F0������/���*����������/�%���*����#��+��*����������*��������F�������#��NR��$����*������������+�����(#�����*������� ����+#�� ����� ����#������ �#/@����'�� #������� *#�����������������/��#���������(0#��������F0������/���*����������

Page 11: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

���������

���

�F0�������(+���������+�����������0�������'�����������*����B#�������*����������

"�����(�����F(0����*��#���#�������*#�������������������?�+��.���������*��(�-���������������������*�����������*��*�����������0������������������������(0�������(����F(0�����#��������������%�����������#�����$������������� ��0�������� ���� ����#���� 0����0����� �*� �(+�� ��������������� ���� ���� ����� ��������� ���#�� �*� ���� ��%��� ��

�'����00���� �(����V�T�VX�������VX� ��� ����(F�(#(������+������(���*����*�������������'����$���������������0�������� ���� 0����0����� �*� ����� 0�#�� �(+�������� ���������/�������#����"�����/�������*��(�?�+��.���*�������������#���������(#���/�����'��/������#�����*���(�/������+��'��� 0���������� +������ ������+� ���� 0�0#������� ����+���/+���������/#�������(+������������������/���(���������������0��'��#�������#������������������������*��������(��+�*������$������������������������������������#��������������������������*��(�������(0�������*�����D�F0������(+�E�*��� ���� �����0��������/������/�� ����+����+� ���0���#����*����������*#���������(�������0�������'��#���������0�*��'������0����/���'�#����*�*#�#���������+���A�����#��/����������������D�F0�������(+��E�����*#��������*������#��*#�#���������+������������00���������*�����������+�0��������� /�� ����(������=�� #���+� ���� �F0������ '�#�� �*�(+����������*�����D(�����*������E������0��//�������**������(������������*�(��������(�����#���/��(#�����#����� �� ����#���������� /�#�� ���� *#�#���������+�� ���%�����������#����A���������������0�%��������0�������'�����������������(��������/��������/���������#����+������������� ���� �(0��'�(����� ��� *��������+�� ������ ���� ���%��+*����/������D�����(�������E�*��������(#���������������(�����#���+� 0�������'�� #���������� /�� ����'��� (���� ��'��/���

$�� ����� ���� ���� ��� #��� 0�������'�� #���������� ��

�����#��#����������������������������������������� "��1�������� ����(�(%����(�2%������ ���������������������������������������������������������� 3"0� �"�(�(%��(�%(��(�2%������ �������������������45&��������0� �"���1�������� ����(�(%����(�2%������ ���������������������������������������������������������67�������������+���������������������������������� $"�

�����$��������� ����������������������������� ���� �������� �� 8�����������9�������������!((:"��;� ��� ��������������������������������������� ����������0������ ������������������������������ ���������������

(a)

(b)

(c)

Time [hours]

Q

[m

3s

-1]

Q

[m

3s

-1]

Q

[m

3s

-1]

(a)

(b)

(c)

Time [hours]

Q

[m

3s

-1]

Q

[m

3s

-1]

Q

[m

3s

-1]

Q*Q*

Alert

No Alert

Discharge

Dam

ages

Q*Q*

Alert

No Alert

Q*Q*

Alert

No Alert

Discharge

Dam

ages

Page 12: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

����� ����������������������� ��������������������������

���

�0��������A��#�����������)%��&�(��������(��(�+�(������������ �#00���� �����(� ��� �����������������������*� ���*����#�����*#���F(0�����*������0��������#����*�*������#�����������$��������111���)%��&�(��������#����%������������� A���� ������� �� ���� �F��� ���(�+��� �� �(#����0#�0�����%��*���*������������������+�����������������0����0���#������� 9���+� � ���������� ���(��� 0��+�((��+00���������������0�����+��#��������'���0�������������� /���� ��� �0��(���� ���+� ���(� ����+����� ��� ����+�0���#�������������'����������*��������*�����������������'���(�+�����#�����%�����(���*��������������0�����+��#����������������������(��+�*������$������'�������+�����#������*#�������������/��+������(+��0����0������*�����(�+�������'���0��2��'����(�����+�������(��+�*�����*���������+����������� ���� 0�������'�� #����������� ��� ���#��� ��� ��0��(�� �������� ��(0#���� /�� (���(����+� ���� �F0������(+�� #���+� ���� ��*���� 0�������'�� #����������� ��� ����0��0������:����������������0������������������������*��(���� ����� (�+��� ���� ��� ���� ����� �*� ���� �#++������0��(�������������*������F0�����������B#�������?�+�����

$���0��*��(�����*����������(�������������������/���

�*������������(#������*��������.�����0�������K�#��������1������5���(/���7������11.2��������#�������0�����������$/������3����00����+������0��(������#���������%����'����'��� *���� /����� ���� ������ ���0�/��� ��(��� �*�������(����������������������������/���'���������������A�����(��*�&�(��*������+���'��� �����.������� � ���� �%�� ��'�����

�����%������5.��#������������ ��������������������������������������������������1�������� ��������� ���������� .�� ������ �� ���"������������������ �������������������������������������������"���������������������������������� ��� ��� ������ ���"�������������������1����������������������������������1������� .�� ��� � � ��� ���"����������� ������'(����

������������������ ���� ����������������������� ������������� ��� ��������������������� �������������� ����������������� �� ������ �� ���� ���������� ������������ ����������� �� ������������������������ ����!��������"��������#�

��������� ���������������� �� ��������� ���� ��������

$�%&'��� (�& ��'$��('��� �"" )#���&'��� ��)� #(���)"��� ��"# "&

*����������� �'�()��'� �� ) �#���'� ��

Page 13: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

���������

���

������������������������/��/�'������������*�������(����*�����(�����77 �����������������0��(������#������#����������.������"�������/������#����������00��������+����%����'���G��������(�������������**���(#������0��������(���B#����*�&�(����������#���������*��(�������.�������������7��������+����*���������*�D���(��*����E������0��0��������(���(0��������*����������(+����������#���������*��(7.����7�������"�������(����(�����������+������������*�������������/����'��+���*��(��������Y�����(� ������$������#�������F��0�������+�'�������(�����+�����+�������(���(0�������+�����%����'��������/@����'�����*������+��������������������#�������*��B#������*�*������+�

A�����B#��������������+��������������(�������0����/���������#�����"�� ���� ���� �*� �11��� ���� �����(� ��� ���������0�����������������5���������*�&�����C�������E"����������������+���*��%��(�+�(����������'�����������%�����/#���������#������#��������������*���������������**����'������"*���� ��F�(������ ����5�������� �(������ ���� ��� ���/���/�����*�#����������'������(��������%�������������**�����*��(������#++������/������5�������� #00���� ����(��5 ������������+��'�������������������(����/��������0���������#�����#�����*#���2�������0���#�����������������#�������������#(/����*��B#��������(+���#����*�&�(��*������+�'������/#�������7W����������������+��0���#�����������+��'��#(���*��F��������*�������+�����

$���� �F(0��� ������ ����� �*� 00��0������� /���*��� ����'��'������������#����������B#��%���/���(�������*����/���*���� �����+� *��(� ���� #��� �*� 0�������'�� #����������0��'������������������%�����������0��������*��������+������������� ���(�� ��� ���� ���������� ��(0#������ ���0��(�������*��B#��������B#��������0��/��(������������0��

A���������#����E��0�������/����*�������������/����**������ ��B#����� ��� ��*��(� ���� ����#����� �*� ���� �(0��'�(�����/���/��������#��/#������+����(������������(0#��������(0��F�����A�������������������00���������������'�����*#���/���*�����*���00������(������(0��'��+������#������*����������������(%��+�

����� �������������������� ���?��(�����,������-�������������������/#�����������+���(������ 0��������� '��/���� � '��� �'��#����� �*�����0�#�������� ��� 0�(����������� �*� �������+���0��������� ��� �'��'��� ��� ����(����(������ �'��� ��'�����������*����������$�����**�������������/��+��������+���0����(������0����������(��*��(�����0�F��������������(�������������/����(�#0�00��������������*#�����%������+��/������0��0��������*�������'���������(����������(������������0������00�������������������B#������������'�����*� ��+��� (����� ���#��#���� *��(� ���� 0������� /�����B#������� �(������� ���� 0��0������� �*� ���� 0��������

(����+*#��(��������������%������+������(�������*����������'���00�����

A�� ��� ��**��#��� ��� ��(�������� ���� �#0��������� �*� ������00�����/#�������#+������+�����+�����(������*�����������'���(����������+����F��������/����0������0��������(�G�(�������������������%��(�����+����+��/������0������#����������+��*������#��**�+��������������#���+�0�������������������0���������������**�������0��������(����������/�����(��������#�����������$����*����������������+�������������((#�������#��������������*�����������'�����*4��(���*��(��'�����������+���4��(�����1�7�������(/������� �'��+��� �*� /���� 00������� ������ ����+���+00��0�����/����(�%����������/��������'�#���������������*�������*�00���������*�������**��������0����*�(������?#�����(����� ���� ������� ������#�������*� ���� D�B#�*������E0�����0���� ������� �*� �����+� ��� 0����/��� ���#������� ��(0��*���������������*�����������0���������/����(�����/��#��� ������ 0�(����� #���������� ��� ���(��� ��� /�����(�#���"+���� ��� ���0���� �*� 0���������/����(�������������� �������+������ ����� %������+�/��� ������������(#���+�����������0�����0�����*��D0�������'��#���������E������ ���� ��#�����0�����0��� �*� D���B#�*������E2� ����� (#��������#��� *��(���� �������� ��� ����� ��**#��� 0��������0�(�����������/#�����*#�������� �����*����� ����B#�������*���'��/��������������������*�������������'���(������$����� ��� ����� /�� #���� ��� (�+������� ���� 0�(����#���������� ��� ����'��� (���� 00��0����� (��#���� �*0�������'��#�����������8����/�������+�����*�(����%�*������(���+�0�������'��#����������*���/����������'�����0���������/����(������ ���/����(�%�� ��� �����/���� /����/���������������(����������0�������'��(���������������

?������������ ��� �(��+�����(�+����(#��� /��(������ �*� ���� 0�������� /���*���� �*� �������� ����(���� �*0�������'�� #����������� ?��� ������ 0���� �������+����� (#��#���������������#��0��/��(���*���%��������������������������+��������C���*��B#�����������(0��F�������������(���(�������0������������

����������������+�,���,��������� ��-���-������ ������./-��� ��0�1�����2���������� ���� �� 3������ ����������� �� ���� 1������4��� ���� � ������� 5� ����6���4��� ��7��� 1���8���9�41:�� �;� 4������ ���� ��� ����� � �� ������� �5��������������������� ������������������� ��������&#%#��

�������+�,���,��������� ��-���-������ ������./-��� ��0�1�����2���������� ���� �� 3������ ����������� �� ���� 1������4��� ���� � ������� 5� ����6���4��� ��7��� 1���8���9�41:��(;������������������� �5���������������������� ����������������� ��������3�%))�

������� ��� ����.� ��� <�=��� ��3���� ������� ��������� ���� � ������������*�����2��������-�������-����������&'�>�����������-� �������,��?� ����>���

Page 14: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

����� ����������������������� ��������������������������

���

,������@��������@��?����+�������)������������ ��������������� ��������������������� ������������ ������� � ������������������&"%3��

,������@���� ����,�� ������+��� ���(��=��� ������ � �������������� �;���� ��� �������������������������������������� �� ����������()�%(� �

,������@��������A����������(''���17����� ���������������� ������������������������������������������������� �������� �B����������� � �������� ������ ���� <C>1������ ���� ����� �����������%(��

,B�� <�1�0�� ���� ���?����� <�+��� ��)'������� ������ !�������" ������������# � ���4 ����!��������A���������>���

,��������2���-���A���� ��2�C������+�<������2�������)"��!�$����������� %� ������� �� ������ &�# ��������' �������� � (������# ������� 2����� ��� ���� ����� A����� � ������2����A��������-������������������>���

-�������!���@��� ���0�����������C���(''(�������� ����������������� � ���� �� ����� � ���� ��� ���� �������� �� ������������������ ������������������ ��� ������������'""%�'&3�

-�������D�4�� ����C��� ����2�@��� ��33��(������ ������� �� ����� � ��)����� ����������� ����*+��=�����2����"����!����-��� �1�����������>�����������>���

!������!�2������./!��� ��=�����3#��+���������� ���� ������������ ��������� �����������(���&�!�#,)��-.)����� �("%�")�

!������-�*�� ����*� ����2�C��� (''���4��� ���� ���� ����������������� ������ ������?��� ��� �����$� ��)����� '%�' �

��� A�������� ,��� ��)#����� �� �� ��������� � ��� /�� �*� ���-�����������>@�

!��2����0�����*���� �����-�<������E���!��������*�0�������� �0������ ����������������� �������������<F���=���CF�AC..!��� �� 0���� "��� F����-��� ��<�5-���������� F�;�$� &# ����� ��#(&0�'��������� ���2�������������� F�,D�'5�#""&))5'5(�� ����;G������������������G��� G'3G��H'3����

!��2����0�����*���� �����-�<������E���!��������*�0�����('''�0������ �5������ ������ ��������� ����������� �� <F�;� ���CF�AC..!���� ����� ��� ������������� �%���(�

!���� ��-�F��� ��)"��1����� ��� �� �� ��� � ���� �������=������� �,� ��D�� �&3 ��>����!���������� ������� �����*����������>���

1����� ���� 0��?����<�� ����./-��� �� 0�1��� ('''�� �41=2�D;!����������������������� ������������������ ����������������� � ���,��������(#'%(# �

A��������+�,��� ��3)�������� %� ����������4�������>���������0������-����������+���>���

A����������+���*��� ����� ����.� ����-��� ����=������1��� ���3�0������ � �������������� ���� ������������ ��� ����� � ���=.0+.!1C�������� ���������(�"%"" �

A���I���2��������4�� ���2�C�����3���, ������������������� �5������������ �5���� ��������� ��������������� �������� ������(")%(# �

<���J�5,����� ��2���(''(������5��������������������������D���� D����?���F�������������������������!��������������� ���������������������*���,��� �������' ������������� �%��� ����)����3'%�3#���F�,D;� 5�'') )5'5)���

<������1������<������2���(''"��.���5���������������������K������ ��������������������� ������ ������?��������� ��L��� ���,������������)����3�"%)'3�

<� �������1�������)&��!������� ������������ ����+�F�=��0�����-����������+���>���

<������ E�@�� ���� ��������� ���� �� "�� >��7������� ����������� ������������� ������ 5������� �����������;�������� �������������B������������0�� ���0���������(3�%()3�

4�������������#���.����������������� ���������(����� ����� ��0�������*����������)����@���>������������������5�3�

�������*���2������� M�� ����<�������N��� �� )�� �����������-����������C���������������-C���������������,��������)�,��K�����-�����

@� ������ <�0�� ����+� ��?��� 0F��� ��#)�� .� ���?���� �������5����������� ���I������ ���� �� �?����?�� ��� �?�� �.�� ����������������������� ��������������� ����'�� � ��������� � �����2��2���������'%� ������2��������

@ ������E�@����� "��-������� �I������������ ��������� ��������� ��������%("�

@�����D��� ('''���!�"1��(3� 14���� � ������� ���� ����� ��� ���������������!�����-��� �1�����������>����������*���� ��*���� ��.�����-�����

@�I��I����I�� 2��� ������ ,�������� ������ � ������ ������������������������������������� ������� ������0�� ��0���������()"�%()#'�

@���� �����1��� � ���=��� �� ����� �������� ���� ����� � ���� ��������������������������� ��������������!����� ���#�����,��������������%#3�

C������ N��� C������������ !�0�� ����*��� 1�A��� ���3��� .��5��������� � ���������� �!�������2������������� � ������������� �E������ �����0�������������������=�5C�����E����� �F�� ������� -��������+�� �� ��� $� ������ 0����� ���!�3��(��&'"%(��&((�

C������N���*���1�A������C������������!�0������3������������ ������������������I����������EF-5(C���� ;�1�� ���������������������$� ���� ������#�������������#%('3�

C������N���C������������!�0��*���1�A������,����������������&������� ������ ���� ��,�����+�� ��C�����������*��������1������A �B�����<�+������$� ������0��������!)����&�&�#%�&�&( �

C����M������=������1���(''(��=���������������������������� �5����������� 5������� ����� ���,����������������� #�% ��

C����M���+��������+�E�C������=������1���(''#��A �������������������� ����������������� ;���� ������������=.0@�0F��� �������>�����N�B����-������������� ���,����������������"&)%"3&�

C ��5!�������!�1�����'3���=���� ����������������������������������������*����#�����,���� ���51 �� �6�������&�%3)�

+�������� 0�� ����=������ 1��� (''3��4��� ���� � �������������������������������;�F���������������<C>1������ ��������� ��������"3 %" ��

+��������+�C�E���=������1������C���� �������(''3����,������������������������������ ������� ��������� ������������� ���,�����������������&�"%&(3�

+���� 2���� ����- ��?��� 2�=��� �� �����!����������� A�������������� ��2���� 52���+�� ���������0�� ���0���������"3)%�" (�

+� ������=������ #'��.������������� ���������������������� ���������*����#����,���� ���5(�����6������% �

D�������1�����# ��=���������������������������������������F><<�<����� ������� ���=�����E ��FFF��*!��� ���������� ��.7����&%�(��

D�������1�����3'������������������������������������� �������������,������������������� ���*����#������,���������(&�%( (�

D��� ���C������=������1�����)3��������� ������������ �� �������� �� 5� ��� =�������� � ���� ������ ����+���5-�� �B���������������0�� ���0���������33)%3)��

D��� ��C�����=�����1�����)3��������� ������������� ��������� �5� (��2�� ��� ������ ���� ��� �������������0�� ���0��������3)(53)#�

Page 15: Todini - Hydrological Catchment Modelling- Past-present and Future

���������

���

./!��� �� =��� ��33��+������ � ���������� ��� ������������ ��������������������2������������������������������������ ��� ������ '������ � �� /�)� ����� ��� =��� 4������ =��D����� ������3#%�'(�

2�����������-������������,������#��+F@1��41��-�������("��F�;�# ������ ����� ��%���������� � ��)�E��0���������1����*�����2��������0�� ���������C��� �����- �����>���

2�?����!�+��� ��3&�� ������ %� ��������� ���� ���� ������� ��� >��������� 1�������� !�������� D���� 0������0�� �����.������1�������������������0�K�����)���=������� ,� �����D��((�

������ �������O������)����� ������������� ������?�������7��������� 5������� ������������ ���������()(%(�&�

���������C�@�����"(�������� ���������� �������������������������,������������%��0�� �)�����#'�%#'#

�������E�0������* �������!�����(''(��+���������� ���� ������������������ ����������� ���,��������()'%(�(�

����������������<������E�@����� "������������� ���������������� ������ 5������� �;�=���7������������������������� �����������7������������0�� ���0���������(3'%(3 �

�����������!�,���-� ��-�������,� �������+��� ����!� ��52�����A�����(''#;�A������������� ����;����������������?�� ���� ���������� � �� ��5��� � �������� ���� � ������������������������!�������(#"%(3&�

����������+�����3)��=��� �� ������������� �� ������� �������������� ���*!��� ������� ��� ���87)��53�

����������+������#��-�������3;�=��?���� ��F�;�# ������ ���� ��%������� ��� � ����E��0�� ������ �1�����*�����2�������0�� ���������C��� �����- ���>���

=���������+���=�������+���<������4�������������������(''��,�������������������������������������������� ������� ������0�� ���0��������(#(�%(#"#�

=�����1�����) ��>����������?5�����������������5 ���� �����������������*�'����0����(���� �)�����&3&%&)��

=������ 1��� ���#��D��� ������� ������ ���� �� � ��������� ���� � ��� �� <-+� ��� ���� F�;����� 0 ��� ������ ���� ����� � ������#����� ���$� ����#�������4�2�� ��������. ������1����� D�=.���F� �������� ������� F;� < �� � 1���������� -�������"�;�"�)5"&)�

=�����1������3��=����2D.�2���� 52������ �������� ��������""�%" (�

=������ 1��� ������ >����� �����5��������� ���� �� ������������������ ������������ ��� ��5 ������ ���������� ���������������������� ��� �������� ���)#% (�

=������ 1��� (''(��� =����2D.� ��� �� �-������� �3��� F�;'����������' ����� �� 1��������������� � ����E�0��������!�@��A�������������0��+����� �1������*�����2�������0�� ���������C��� �����- �����>����3 )%)�3�

=������1���(''(���=���-C����� ���-�������('���F�;�'���������' ����� ��1��������������� � ����E��0���������!��@��A�������������0��+������1������*�����2��������0�� ���������C��� ����- �����>���� 3�% 3�

=������1������*� ������2�����))��>�����-C������� ���� ��������������� 5������� �����F�;�'����������' ������ �������������� � ����=����-��������>��+����� ���� ��2�*� ����1������*� ����-�����������>@���&�%�3 �

=������1������,����������� 3��0�,������� ����������?������������������� ������ �� ���������������������������� 5���������������������� �������������0���������&'#%&(&�

=������1������-����������C���(''(��=���=.0@�0F���� ���-�������(���F�;�'����������' ����� ��1��������������� � ���E�0���������!�@��A�������������0��+������1������*�����2�������0�� ���������C��� �����- �����>����&)�%#'3�

E�������*��������,�C�����#(��.���������������5���� ����� ����������������;�F��*������ ����'���������������&#"%&# �

E�������*��������,�C�����#"���.���������������5���� ����� ����������������;�FF��*������ ����'���������������"'"%"�'�

E�������*��������,�C�����#"���.�����=����� �� ���� ��5���� ���� �������������0���;�FFF���*������ ����'��������������"��%"�3�

E������� ���� ����@ ������ 2��� (''(��<���5�� 5������ ������������������� �� ���� A������ 1�� ��*������� ����������� �� �����)������3�)%�3"'�

E������ 1�2��� (''"����� � ����' ������� ������ ������������������% 9�4�������������� �)��� ��� ���������������������� �����0�!�=�������+F=��-����������+������>���

E������������<������4�E���,������*�������������������(''"������ ��� -�� �B� 1� �����+���� ���� ������� ������I������������������������������������� ���� ���� ���������������� 0�� ��� 0����� ���� �('��� ��;�'��'(�G(''(*2''�3&(�

*��������+�����E�� �� C�*��� ���� C������������!�0��� ���&��������������� ���� ��5������������� � �� ��� �B� ������������0�� ���0��������33#%�3)��

*+.�� ��)#�� *��� ����� �� �� � ��������� ����� ����� �� ���� ������� � ������ � ���������.�������� �4��� ��2����)��*+.�&(���*+.��<�����������I�� ����

*���1�0���C������������!�0�������M����������E�<������(���� ���5����������� �������������I������������������������� ����������� ������ �������� ������$� ������0���)���!"���()�)%()( �

*������2����� ��3#����� ������ ������ � �� ���� ���������5���������� ����F��@��������������������������� �������(#&%(3)�

*������2����� ��3#����� ������ ������ � �� ���� ���������5���������� ���� FF��D������� � � ������� ������ ������� (3 %( (�

*������2�������33���������� ������ ����������������5��������� ����FFF��-����������������������������������� �����(�%")�

* ������� !���� ���� C�������� ������ ��3)�� >��������� ��5��������� � ��������� ����%��������������������������0�� ���0��������)#"%))��

O����� 0�-��� (''��� !���5������������������ ��� ���� ����� ������� � ����� 5 �� ���������� F�;�' ���� ������� �4����������������� � �������������)�+�<��������������0�!�,�������1������*� ����-�����������>@�����)%�3��

O�����0�-���(''(����������������� 5����� ������������� ����������0 ���� ���1 �� �)�!�)������&""%�&#'�

M����2�������))��"� ��� ����������� ��� ���������� ��� �#������2������1����-�����- �����4����� ���1�����������D��K�����-�����