A structured analysis of uncertainty surrounding modeled impacts of groundwater-extraction rules

Abstract

Integrating economic and groundwater models for groundwater-management can help improve understanding of trade-offs involved between conflicting socioeconomic and biophysical objectives. However, there is significant uncertainty in most strategic decision-making situations, including in the models constructed to represent them. If not addressed, this uncertainty may be used to challenge the legitimacy of the models and decisions made using them. In this context, a preliminary uncertainty analysis was conducted of a dynamic coupled economic-groundwater model aimed at assessing groundwater extraction rules. The analysis demonstrates how a variety of uncertainties in such a model can be addressed. A number of methods are used including propagation of scenarios and bounds on parameters, multiple models, block bootstrap time-series sampling and robust linear regression for model calibration. These methods are described within the context of a theoretical uncertainty management framework, using a set of fundamental uncertainty management tasks and an uncertainty typology.

Résumé

L’intégration de modèle économique et de modèle de nappe pour la gestion de l’eau souterraine peut aider à améliorer la compréhension des compromis imposés par les objectifs socioéconomiques et biophysiques. Cependant, l'incertitude est grande dans la plupart des situations de prise de décision stratégiques et dans les modèles construits pour les représenter. Si elle n’est pas abordée, cette incertitude peut être utilisée pour mettre en doute la légitimité du modèle et des décisions prises en l’utilisant. Cette analyse démontre comment dans un tel modèle des incertitudes variées peuvent être gérée. Plusieurs méthodes sont utilisées, y compris la propagation d'incertitude exprimée par scénarios, par limites sur les paramètres, et par modèles multiples, l’échantillonnage d’une séries temporelle (Cyrano ou Bootstrap) et régression linéaire Robuste pour la calibration d’un modèle. Ces méthodes sont décrites dans un cadre théorique de gestion de l’incertitude, en utilisant un ensemble de «mesures de gestion d’incertitude», ainsi qu’une typologie de l’incertitude.

Resumen

La integración de modelos de aguas subterráneas y económicos para el manejo de agua subterránea pueden ayudar a mejorar la comprensión de las ventajas y desventajas involucradas entre los conflictos socioeconómicos y los objetivos biofísicos. Sin embargo, existe una incertidumbre significativa en la mayoría de las situaciones para la toma de decisiones estratégicas, incluso en los modelos construidos para representarlas. Si no es tratada, esta incertidumbre puede ser usada para desafiar la legitimidad de los modelos y las decisiones tomadas a partir de ellos. En este contexto, se realizó un análisis de incertidumbre preliminar de un modelo dinámico acoplado agua subterránea – económico destinado a evaluar las normas de extracción de agua subterránea. El análisis demuestra como una variedad de incertidumbres de un modelo puede ser tratada. Una cantidad de métodos son usados incluyendo la reproducción de escenarios y los límites en los parámetros, modelos múltiples, bloques de remuestreo de series temporales y regresión lineal robusta para la calibración del modelo. Estos métodos son descriptos dentro del contexto de un esquema de manejo de la incertidumbre teórica, usando un conjunto de tareas fundamentales del manejo y de la tipología de la incertidumbre.

摘要

用于地下水管理的整合经济地下水模将有助于改善对社会经济学和生物物理学之间相冲突的目标之间的权衡理解. 然而, 显著的不确定性在模拟情景的大多数战略性决议中存在, 包括在已构建的模型中表征他们. 若没处理好, 这些不确定性将对模型的合理性以及由此做的决定产生质疑. 本文对用于评价地下水开采条例的经济-地下水双动力模型进行初步的不确定性分析. 分析演示模型中这些不确定性如何处理的. 包括参数情景及边界传递、多重模型, 批量引导程序时间序列取样以及模型识别的稳健线性回归在内的一些方法均被使用. 利用一系列基本的不确定性管理任务和不确定性象征论对模型的理论不确定性管理框架的内容进行描述.

Resumo

A integração de modelos económicos e modelos de águas subterrâneas para a gestão das águas subterrâneas pode ajudar a melhorar a compreensão dos valores comerciáveis envolvidos nos conflitos entre objetivos sócio-económicos e objetivos biofísicos. No entanto, há uma incerteza significativa na maior parte das situações estratégicas de tomada de decisões, inclusive nos modelos construídos para os representar. Se não for abordada, esta incerteza pode ser usada para questionar a legitimidade dos modelos e das decisões tomadas ao usá-los. Neste contexto, uma análise preliminar da incerteza foi conduzida para um modelo dinâmico acoplado económico-águas subterrâneas, tendo por objetivo avaliar as regras de extração de água subterrânea. A análise demonstra como uma variedade de incertezas, neste tipo de modelo, pode ser resolvido. São utilizados vários métodos, incluindo a propagação de cenários e ligações entre parâmetros, modelos múltiplos, amostragem de séries temporais com a técnica de bootstrap em blocos e regressão linear robusta para calibração do modelo. Estes métodos são descritos no contexto de um quadro de gestão de incerteza teórico, utilizando um conjunto de tarefas de gestão da incerteza fundamentais e uma tipologia de incerteza.