Incorporating uncertainty in hydrological predictions for gauged and ungauged basins in southern Africa

摘要

The increasing demand for water in southern Africa necessitates adequate quantification of current freshwater resources. Watershed models are the standard tool used to generate continuous estimates of streamflow and other hydrological variables. However, the accuracy of the results is often not quantified, and model assessment is hindered by a scarcity of historical observations. Quantifying the uncertainty in hydrological estimates would increase the value and credibility of predictions. A model-independent framework aimed at achieving consistency in incorporating and analysing uncertainty within water resources estimation tools in gauged and ungauged basins is presented. Uncertainty estimation in ungauged basins is achieved via two strategies: a local approach for a priori model parameter estimation from physical catchment characteristics, and a regional approach to regionalize signatures of catchment behaviour that can be used to constrain model outputs. We compare these two sources of information in the data-scarce region of South Africa. The results show that both approaches are capable of uncertainty reduction, but that their relative values vary.%La demande en eau croissante en Afrique australe nécessite de quantifier correctement les ressources en eau douce actuelles. La modélisation des bassins versants constitue l'outil courant pour générer des estimations continues de débit et d'autres variables hydrologiques. Toutefois, la précision des résultats est rarement quantifiée, et l'évaluation des modèles souffre de la pénurie d'observations historiques. La quantification de l'incertitude des estimations hydrologiques augmenterait la valeur et la crédibilité des prévisions. Nous présentons un cadre indépendant du modèle visant à assurer la cohérence de l'intégration et de l'analyse de l'incertitude dans les outils d'estimation des ressources en eau dans les bassins jaugés et non jaugés. L'estimation de l'incertitude dans les bassins non jaugés est réalisée selon deux stratégies: une approche locale pour une estimation a priori des paramètres du modèle à partir des caractéristiques physiques des bassins, et une approche régionale visant à régionaliser les caractéristiques du régime des bassins pouvant être utilisées pour contraindre les résultats des modèles. Nous avons comparé ces deux sources d'information en Afrique australe où les données sont rares. Les résultats montrent que les deux approches sont susceptibles de réduire l'incertitude, mais que leur valeur relative varie.