A semi-distributed rainfall-runoff model for the simulation and prediction of daily flows in the Po River basin

This thesis investigates the simulation and analysis of daily river flows in the Po River basin using the MISDc v3.0 semi-distributed conceptual rainfall–runoff model. The Po River basin represents a complex hydrological system due to its large spatial extent, topographic variability, Alpine snow processes, rainfall–runoff dynamics, internal storage, and human water use. The study first evaluates the ability of the model to reproduce historical daily discharge conditions and then uses the baseline simulation as a reference for climate-related scenario analysis. The basin was represented through 99 sub-catchments, and model outputs were analysed at 18 main control stations distributed across the river network. Approximately 24 years of daily hydro-meteorological data, including precipitation, temperature, discharge, and storage-related variables, were used. Model performance was assessed using indicators such as Kling–Gupta Efficiency, Nash–Sutcliffe Efficiency, and correlation coefficient. The scenario analysis considered precipitation reduction, temperature increase, and rainfall redistribution toward more intense events. Results showed that drying scenarios produced the strongest response, with discharge reductions larger than the imposed precipitation decrease. Warming scenarios generally reduced mean discharge, while extreme precipitation scenarios mainly affected peak-flow behaviour. Overall, the thesis highlights the spatial variability of the Po River basin response and the importance of assessing different climate-related stresses for future flood and drought risk evaluation.

Questa tesi analizza la simulazione e la risposta dei deflussi giornalieri nel bacino del fiume Po mediante il modello concettuale semi-distribuito di trasformazione afflussi-deflussi MISDc v3.0. Il bacino del Po rappresenta un sistema idrologico complesso a causa della sua estensione, della variabilità topografica, dei processi nivali alpini, della generazione del deflusso, degli accumuli interni e degli usi antropici della risorsa idrica. Lo studio valuta inizialmente la capacità del modello di riprodurre le condizioni storiche di portata giornaliera e utilizza successivamente tale simulazione come riferimento per l’analisi di scenari climatici. Il bacino è stato rappresentato attraverso 99 sottobacini e i risultati del modello sono stati analizzati in 18 stazioni di controllo distribuite lungo la rete idrografica. Sono stati utilizzati circa 24 anni di dati idro-meteorologici giornalieri, inclusi precipitazione, temperatura, portata e variabili legate agli accumuli idrici. Le prestazioni del modello sono state valutate mediante indicatori quali Kling–Gupta Efficiency, Nash–Sutcliffe Efficiency e coefficiente di correlazione. L’analisi degli scenari ha considerato riduzioni di precipitazione, aumenti di temperatura e redistribuzioni della pioggia verso eventi più intensi. I risultati mostrano che gli scenari di riduzione delle precipitazioni producono la risposta più marcata, con diminuzioni della portata superiori alla perturbazione imposta. Gli scenari di riscaldamento riducono generalmente la portata media, mentre gli scenari di precipitazione estrema influenzano soprattutto i picchi di portata. La tesi evidenzia quindi la variabilità spaziale della risposta idrologica del bacino del Po e l’importanza di valutare diversi stress climatici per l’analisi futura dei rischi di piena e siccità.