Academic literature on the topic 'Calibrazione e validazione'

Le tradizionali analisi chimiche dei prodotti stagionati richiedono tempo e sono costose e spesso distruttive. La spettroscopia NIRs ha il vantaggio di essere di rapida esecuzione, semplice, poco costosa ed ha la capacità di determinare un grande numero di parametri simultaneamente su un grande numero di campioni. Lo scopo di questo lavoro è quello di stimare la capacità predittiva della tecnologia FT-NIRs della composizione chimica di prodotti stagionati di suino. Sono stati campionati duecentodue prodotti stagionati (43 "Cuore di spalla", 26 Prosciutto Toscano e 33 "Capocollo) e sono state determinate le seguenti componenti chimiche: proteina, grasso intramuscolare, ceneri e composizione degli acidi grassi. Gli spettri NIR sono stati acquisiti usando uno strumento Thermo-Fisher Antaris II. I modelli di calibrazione e validazione sono stati sviluppati usando una regressione PLS (partial least squares); i modelli sono stati validati usando il metodo “leave-one-out". I modelli di calibrazione e validazione sono stati sviluppati sia per ognuno dei prodotti singolarmente sia unendo tutti i campioni in un unico dataset. I coefficienti di correlazione in calibrazione mostrano valori soddisfacenti (minimo R2=0.73), mentre i coefficienti di correlazione in validazione, sebbene siano generalmente accettabili, mostrano valori più bassi (minimo R2=0.42). Il migliore valori di R2 sono stati trovati per il contenuto in grasso (R2= 0.95 in validazione). I risultati, anche se ottenuti su un numero ridotto di campioni, mostrano che la tecnologia FT-NIRs potrebbe essere usata in analisi di routine di prodotti stagionati di suino.

Il seguente lavoro è uno studio di iniezione (strategia, timing, spray pattern) svolto con la simulazione numerica, alle quali oggi si richiede dettaglio e accuratezza. Il lavoro si concentra sullo studio di spray multi componente, tramite la scrittura di una UDF (user define function) proprietaria, valutazione sensibilità dell'impatto a parete, film boiling a parametri modellistici influenzati dal multicomponente e scrittura di un codice per l'elaborazione delle immagini sia sperimentali che numeriche per rendere più esteso il confronto tra CFD e sperimentale, per migliorare le tarature e i modelli e comprendere meglio la fenomenologia.

Lo sviluppo tecnologico di sistemi micro-elettro-meccanici (MEMS) ha rivoluzionato l’industria della sensoristica inerziale, rendendo possibile la produzione di grandi quantità ad un costo contenuto e consentendo l’impiego di unità di misurazione inerziali (IMU) per il mercato di massa. Attualmente però questi dispositivi non raggiungono un livello di accuratezza nella misurazione comparabile con quelli di alta gamma; necessitano infatti di una minuziosa procedura di calibrazione per poter ottenere prestazioni migliori. L’obiettivo di questa tesi è stato sviluppare un software per comandare un braccio robotico che consente e rende automatico il processo di calibrazione degli accelerometri e giroscopi di unità di misurazione inerziali (IMU). Sono stati inoltre sviluppati ed ottimizzati opportuni algoritmi di calibrazione che consentono di calcolare le relative matrici di calibrazione ed i vettori degli offset. In LabView®, è stata implementata una macchina a stati che consente di disporre il sensore nelle posizioni facenti parte del ‘Test Statico delle Sei Facce’. Con tale metodo, di volta in volta, viene allineato ciascun asse sensibile dell’IMU al vettore gravità e vengono acquisiti i segnali per un paio di minuti. Una volta acquisiti i dati l’algoritmo processa le informazioni e ricava la matrice di calibrazione per il fondoscala impostato. Basandosi su queste misurazioni, i parametri ottimali per la caratterizzazione del modello d’errore del sensore sono stati calcolati utilizzando la stima ai minimi quadrati. La procedura è stata validata calibrando diverse tipologie di sensori e valutandone le prestazioni pre-calibrazioni e post-calibrazioni.

La valutazione non invasiva della cinematica scapolo-toracica in relazione all'elevazione di omero svolge un ruolo centrale nell’analisi funzionale della spalla. La tecnologia IMMS (Inertial and Magnetic Measurement System) rappresenta un’alternativa low-cost rispetto ai sistemi optoelettronici marker-based per buona portabilità, indossabilità, libertà di movimento e flessibilità di utilizzo. Molti studi evidenziano, però, l'importanza di eseguire un’accurata procedura di calibrazione della scapola, per ridurre l’artefatto da tessuto molle nella ricostruzione del movimento osseo in entrambi i protocolli, sensor-based e marker-based. Questo lavoro di tesi valuta gli effetti di diversi tipi di calibrazione, distintamente nel protocollo ISEO e con la procedura CAST, adottando come indici di qualità le grandezze cinematiche ricavate in pose statiche a diversi angoli di elevazione di omero. L’esecuzione simultanea dei due protocolli permette di determinare l’accuratezza del protocollo biomeccanico ISEO nell’analisi cinematica della spalla rispetto al sistema stereofotogrammetrico, assunto come gold standard. Nel protocollo sensor-based le procedure di calibrazione tramite locator risultano più efficaci della tecnica standard. In particolare, gli errori prodotti dalla doppia calibrazione durante l’abduzione sono i più bassi per tutte le rotazioni di scapola e per tutti gli angoli di elevazione di omero valutati. Per la flessione, invece, tale metodo mostra solo vantaggi marginali. Per quanto riguarda l'implementazione su dati stereofotogrammetrici, la doppia calibrazione non fornisce risultati altrettanto positivi e significativamente diversi rispetto alla singola calibrazione. Questo studio sottolinea numerosi aspetti a vantaggio dell’utilizzo di protocolli sensor-based, ma ne evidenzia le criticità dovute all’influenza delle accelerazioni lineari nella stima dell’orientamento e la maggiore difficoltà nel misurare le piccole rotazioni a cui è soggetto il sensore.

L'obiettivo della Tesi è l'analisi idrologica del bacino del Samoggia chiuso a Calcara, su un periodo di osservazione compreso tra il 2010 e il 2016, per valutare l'impatto della numerosità dei dati idrometrici disponibili sulle calibrazioni di due modelli idrologici: un modello estremamente semplice, il Bucket Model, costituito da soli due parametri (k e S), e uno più complesso, HyMOD, costituito da un numero maggiore di parametri. La fase iniziale riguarda il reperimento e la ricostruzione dei dati di input dei modelli (precipitazione, evapotraspirazione potenziale e portate a scala di bacino, sia a passo orario che a passo giornaliero), sfruttando l'applicazione Dext3r fornita dall'ARPAe. La fase centrale riguarda la calibrazione dei modelli, valutando l'indice di prestazione NSE su quattro periodi diversi (2011, 2011-12, 2011-13 e 2011-14), e la validazione sul solo biennio 2015-2016. Le calibrazioni sono state effettuate utilizzando, per il Bucket Model, il metodo del gradiente (funzione "optim" in ambiente di lavoro R), mentre per il modello HyMOD, l'algoritmo genetico combinato con il metodo del gradiente (funzione "GA" combinata con "optim"). La fase finale riguarda la presentazione e la discussione dei risultati ottenuti.

Si è svolta la simulazione dinamica di una villetta privata sita a Sala Bolognese (BO), tramite l’utilizzo del software TRNSYS 17, con lo scopo di ottenere una validazione sperimentale del modello energetico dell’edificio. L’impianto installato è dotato di diversi sistemi, tra i quali ventilazione meccanica controllata, deumidificazione, acqua calda sanitaria con accumulo termico, collettori solari, pannelli radianti a pavimento e pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica. Il generatore di energia termica è una pompa di calore a ciclo inverso, azionata da motore elettrico. Il primo step è stato quello della modellazione fisica tridimensionale dell’involucro tramite Google Sketch-Up. Si è poi passati alla modellazione in Simulation Studio e TRNBuild. Fondamentale è stata la calibrazione del modello. Sono stati presi come riferimento due periodi dell’anno: uno per la stagione di raffrescamento e l’altro per la stagione di riscaldamento. Grazie ad un web-server domotico presente nell’edificio, è stato possibile vedere il fabbisogno giornaliero di energia termica necessario al condizionamento in entrambi i periodi. Sulla base dei valori registrati, è stato calibrato il modello andando a modificare principalmente i gain interni dovuti alla presenza di luci ed elettrodomestici. Infine, si è passati all’analisi dei risultati ottenuti facendo andare la simulazione per un anno intero. Innanzitutto è stata realizzata la firma energetica, poi sono stati analizzati tutti i consumi elettrici dell’abitazione, comprensivi di tutti gli impianti ed è stata calcolata l’incidenza di ognuno di essi sul totale consumato. È stato possibile tracciare un profilo di autoconsumo di energia rispetto quella complessivamente prodotta dall’impianto fotovoltaico. Poi, attraverso bilanci energetici tra quanto prodotto dal collettore solare e quanto prelevato dal serbatoio di accumulo per soddisfare l'utenza, è stato possibile calcolare il fattore di copertura del solare.

2009/2010
La circolazione ferroviaria è interessata da una serie di fenomeni stocastici che determinano una notevole differenza tra gli orari pianificati e l’esercizio reale. Negli ultimi anni sono state proposte numerose metodologie di analisi della circolazione ferroviaria con lo scopo di individuarne le origini a livello di orario o di infrastruttura. In particolare le ricerche precedenti si sono concentrate sull’analisi delle partenze e dei tempi di fermata dei treni. Non si riscontrano invece in letteratura dei lavori focalizzati sull’intera marcia del treno e volti quindi all’individuazione della variabilità della marcia rispetto a quella calcolata con l’equazione generale del moto né sul comportamento dei treni all’interno dei grandi impianti che spesso rappresentano i punti critici delle reti. Per superare queste carenze vengono proposti due nuovi approcci per l’analisi della circolazione dei treni, rispettivamente sulle linee e nelle grandi stazioni di testa. Viene presentata una metodologia di ottimizzazione per ricavare, a partire dal tracciato gps rilevato a bordo treno, una serie di parametri di prestazione che compensino le differenze tra il profilo di velocità reale e quello teorico. Tali parametri, inseriti nell’equazione generale del moto per le diverse fasi, ne permettono quindi la calibrazione. Una volta ricavati tali parametri per un certo numero di corse, le loro distribuzioni possono essere utilizzate nell’ambito della microsimulazione stocastica o a supporto della pianificazione dell’orario. Quest’ultima possibilità è stata implementata nell’ambito di questo lavoro, sviluppando un approccio che supera i tempi deterministici convenzionalmente utilizzati introducendo tempi di percorrenza ed occupazione probabilistici. Si tiene in questo modo conto delle variabilità riscontrate nella circolazione dei treni in modo esplicito già in fase di pianificazione dell’orario ottenendo una stima realistica della stabilità della circolazione. Il secondo approccio è focalizzato sull’analisi delle dinamiche di funzionamento di una grande stazione di testa. Contrariamente da quanto affermato in ricerche precedenti, l’esperienza suggerisce l’esistenza di stazioni di grande rilevanza in cui i piazzamenti dei treni sui binari non seguono rigorosamente la pianificazione, ma subiscono delle alterazioni seguendo dinamiche probabilistiche. Tale analisi è stata condotta su Roma Termini, la più complessa stazione di testa al mondo, dimostrando una notevole variabilità nell’uso dei binari di stazione e consentendo di creare una relazione tra la variabilità dei piazzamenti ed una serie di fenomeni quali i ritardi e la densità dell’orario pianificato.
XXIII Ciclo
1982

Il lavoro di ricerca e applicativo svolto durante il dottorato è stato mirato alla ideazione, allo sviluppo, alla calibrazione e alla validazione di un modello che consentisse di calcolare, a scala temporale giornaliera, il bilancio idrogeologico a livello di bacino con una maggior accuratezza rispetto a quella che si riesce a raggiungere con gli attuali modelli. A tal fine si è estesa a livello di bacino la procedura correntemente utilizzata in agricoltura per il dosaggio dell’acqua di irrigazione, procedura che impiega dei coefficienti colturali (Kc) per correggere la evapotraspirazione potenziale stimata con l’equazione di Penman Monteith; in particolare si è calcolato un coefficiente colturale unico giornaliero di bacino che è la media pesata di tutti i coefficienti colturali delle varie classi di uso del suolo, coefficienti che variano durante l’anno secondo le fasi fenologiche delle colture (iniziale, sviluppo, intermedia, finale). Il quaderno FAO n°56 (Allen et al., 1998) è stato la fonte primaria dei valori dei Kc e delle durate delle fasi fenologiche ma si è resa necessaria un’attività di ricerca per trovare i rispettivi valori per le aree non agricole. Il modello ha previsto un’ulteriore correzione della evapotraspirazione potenziale che tenesse conto della superficie reale del territorio attraverso il coefficiente di acclività (pari al rapporto tra superficie reale e proiettata); anche i valori di precipitazione sono stati corretti ma mediante l’inverso del coefficiente d’acclività; il calcolo del runoff è stato ottenuto mediante il metodo del curve number (USDA, 1972) adattato per la modellazione in continuo (Williams, 2000); infine è stato realizzato un bilancio idrico del suolo che ha consentito attraverso vari parametri di stimare a scala giornaliera le 3 incognite del bilancio, ovvero la evapotraspirazione reale, la variazione della riserva idrica, la percolazione profonda. In particolare la percolazione profonda (DP, deep percolation) è stato il parametro che ha consentito di calibrare e validare il modello poiché è stato confrontato a livello di trend e di valori con il deflusso di base del corso d’acqua del bacino, misurato settimanalmente alla chiusura del bacino mediante misure di portata per tutti gli anni in cui si è calcolato il bilancio (anni 2013, 2014, 2015 e 2016). Contemporaneamente sono state effettuate misure settimanali di livello piezometrico in quattro pozzi e l’andamento mediato dei quattro è stato altresì confrontato con la DP. Il territorio oggetto di indagine è stato il bacino del Fosso Santa Maria degli Angeli, piccolo bacino di circa 14 km2 posto a sud di Urbino, centro-Italia. I dati confermano la bontà del modello poiché i valori pluriennali di DP e deflusso differiscono appena del 10%; a scala temporale annuale c’è accordo tra i trends di DP, deflusso di base e falde acquifere, sia nelle fasi di salita che di discesa; in particolare il ritardo nella risalita del deflusso di base rispetto alla DP individua il tempo necessario all’acqua per effettuare il percorso ipogeo fino alla sezione di chiusura del bacino. Il modello ha poi consentito di ben caratterizzare le dinamiche idriche all’interno del suolo tramite il parametro della variazione della riserva idrica (∆R). Sono state inoltre effettuate misure di portata alla sezione di chiusura del bacino del fiume medio-alto Metauro, di cui il Santa Maria degli Angeli è sottobacino in sinistra idrografica, allo scopo di applicare il modello a un bacino di estensione maggiore. Ai fini del bilancio il lavoro ha anche previsto la realizzazione di carte di uso del suolo per gli anni di indagine, nonché due relative agli anni 1955 e 1997 al fine di studiare le variazioni di uso del suolo nel bacino. Il bilancio idrogeologico giornaliero su base fenologica è adatto per studi qualitativi e quantitativi delle risorse idriche a livello di bacino o di altra delimitazione territoriale e può essere ulteriormente migliorato attraverso una migliore definizione dei valori dei Kc e delle durate delle fasi fenologiche, l’utilizzo del double crop coefficient in luogo del single crop coefficient e una esatta attribuzione della tipologia di conduzione alle aree agricole (che è il dato che varia di anno in anno tra le superfici delle classi di uso del suolo).

Questa tesi descrive l’attività di ricerca svolta durante i tre anni di dottorato (2013-2015) in Scienze dell’ Ingegneria, nel ramo di studio di Ingegneria Civile e Ambientale. Il lavoro di ricerca si è focalizzato sullo sviluppo di un approccio modellistico sistematico per calibrare e validare (C/V; Calibrazione/Validazione) il modello agro-idrologico SWAT per simulare realisticamente tutti i processi di quantità e qualità delle acque in grandi bacini idrografici in Europa (ovvero deflusso superficiale, flusso laterale, baseflow, erosione e sedimentazione, la crescita delle piante, ciclo dei nutrienti/destino/trasporto, denitrificazione e fenomeni carsici). Questa ricerca nasce dalla necessità di fornire robuste valutazioni ai fini di una corretta gestione e per il supporto alle decisioni politiche e normative. Molte innovazioni sono state introdotte nell’approccio modellistico sia per migliorare la struttura che la procedura di calibrazione. Prima di tutto, sono state fatte modifiche al modello SWAT per produrre nuovi e utili outputs per la calibrazione ed interpretazione di specifici processi. Nuovi algoritmi per il calcolo del parametro lunghezza di versante e del fattore LS sono stati testati e validati, cosi come modifiche alla equazione MUSLE. Inoltre, i processi carsici sono stati rappresentati usando il modello KSWAT (qui sviluppato), una combinazione del modello SWAT con un modello di flusso carsico. Per quanto riguarda la calibrazione/validazione, un approccio basato sui processi è stato sviluppato utilizzando sia “hard data” (lunghe serie temporali di dati in molteplici punti di monitoraggio) che “soft data” (informazioni da letteratura di uno specifico processo all’interno del bilancio idrologico, dei sedimenti o dei nutrienti che possono non essere direttamente misurate nell’area di studio, per esempio stima della media annuale di denitrificazione) per un triplice obiettivo: simulare bene le osservazioni, capire i processi all’interno di un bacino e fornire accurate analisi di scenario di costi-benefici per raggiungere gli obiettivi delle principali Direttive Europee. L’approccio modellistico sistematico qui proposto coinvolge diversi aspetti: una strategia di calibrazione e validazione che considera i processi sia relativi alla quantità (portata e sue componenti) che alla qualità (sedimenti e nutrienti); studio di dettaglio per rappresentare i processi idrologici in differenti zone climatiche, cosi come in aree con morfologie carsiche dominanti; validazione delle componenti del bilancio idrologico usando l’approccio di Budyko; la definizione di un setup di modello basato su un'analisi di sensibilità degli attributi topografici derivati da Modelli Digitali del Terreno (DEMs) con diverse risoluzioni; una inter-comparazione dei risultati di diversi modelli (approccio di 2 benchmarking) e la definizione di misure economicamente efficaci per le implementazioni delle migliori pratiche di gestione. Cinque casi studio, e dunque 5 modelli SWAT, che ricoprono circa il 55% d’Europa, sono stati realizzati per spiegare questi argomenti. La Penisola Iberica (556,000 km2) e la Scandinavia (1,000,000 km2) sono state scelte per testare la metodologia di C/V in differenti aree climatiche, mentre il Bacino del Danubio (800,000 km2), cosi come l’Upper Danubio (132,000 km2), sono stati considerati come strategiche, estese-socioeconomiche and eterogenee aree per studiare i principali temi della procedura attraverso la valutazione idrologica e qualitativa. L’isola di Creta invece è stata selezionata per rappresentare fenomeni carsici dal momento che ne è ricoperta piu’del 40%. L’analisi di queste applicazioni modellistiche con SWAT ha mostrato che la metodologica di C/V permette di ottenere buone performance statistiche e buone conoscenze di ogni processo idrologico attraverso l’analisi delle variazioni temporali e spaziali della portata calibrata in regioni diverse ed estese, caratterizzate da eterogenee caratteristiche quali topografia, uso del suolo, tipi di suoli e diversi regimi climatici. Inoltre, l’analisi delle principali componenti del bilancio idrologico (evapotraspirazione e deflusso di base) utilizzando l’approccio Budyko ha messo in evidenza le difficoltà del modello SWAT di predire correttamente il deflusso di base in bacini montuosi regolati, sottolineando la dipendenza della procedura di calibrazione dal numero e dalla distribuzione spaziale delle stazioni di monitoraggio e dall’impatto antropogenico di stoccaggio dell’acqua e diversioni. Si è osservato inoltre che la portata a grande scala non è influenzata né dalla risoluzione del DEM (sia di 25 m e di 100 m) né dagli attributi topografici derivati (per esempio pendenza e lunghezza di versante). Al contrario, le componenti della portata (superficiale, subsuperficiale e sotterranea) sono influenzate dal calcolato del parametro lunghezza di versante basato sul DEM, sottolineando la necessità di migliorare l’attuale algoritmo di SWAT per una migliore rappresentazione delle componenti della portata, cosi come i sedimenti tramite l’equazione “Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE)”. Questa equazione è stata modificata per ridurre la sensibilità dei sedimenti dalle dimensioni della Unità di Risposta Idrologica (HRU) e dal fattore pendenza –lunghezza (LS) ottenerlo robuste simulazioni di concentrazioni e carichi di sedimenti, come anche robusti bilanci in grandi bacini fluviali. E’stato inoltre dimostrato che se opportunamente adattato SWAT è in grado di simulare i processi carsici e le sue intrinseche caratteristiche (per esempio la veloce di infiltrazione nell’acquifero profondo, il movimento dell’acqua nei condotti carsici attraverso sottobacini non ideologicamente connessi in superfici, e il ritorno di flusso nei canali tramite sorgenti 3 carsiche, incrementando così la robustezza del bilancio idrologico in numerosi bacini fluviali in Europa influenzati dalle risorse di acqua carsiche. Per quanto riguarda la qualità delle acque (sedimenti e nutrienti), è stato dimostrato che solo pochi parametri erano sensibili alla calibrazione, aumentando così la difficoltà di rappresentare la variazione spaziale di alcuni processi a grande scala, come la denitrificazione e il trasporto di sedimenti nei fiumi. Comunque, la variazione mensile dell’azoto e fosforo totale sono stati ben simulati in molteplici stazioni di monitoraggio dando un controllo sostanziale dell’inquinamento come direttamente richiesto dalle Direttive Europee (come per esempio la Direttiva Acque Potabili, 98/83/EC). L’inter-comparazione dei carichi dei nutrienti tra diversi modelli ha inoltre confermato l’abilità di SWAT di simulare comparabili carichi di nutrienti in grandi bacini fluviali, sebbene si è evidenziata la necessità di incrementare le osservazioni. Infine, lo strumento di ottimizzazione multi-obiettivo per la gestione delle migliori pratiche di gestione (BMPs) è stato riconosciuto come un valido strumento per identificare efficienti scenari, per esempio correlati alla riduzione di fertilizzanti minerali e al miglioramento di efficienza di depurazione dei depuratori (WWTPs), fornendo una significativa riduzione delle concentrazioni con il miglior costo-beneficio. Questi risultati possono essere viste anche come utili raccomandazioni per i utenti/modellisti che usano SWAT. In conclusione, l’approccio sistematico proposto per la calibrazione/validazione del modello SWAT ha mostrato di essere pedagogico e un potente strumento per scienziati, per politici e anche stakeholders, e può essere esteso ad altri modelli quali-quantitativi che hanno una struttura simile a quella di SWAT.
This thesis describes the research I conducted during a three-year doctoral program (2013-2015) in Engineering Science, in the branch study of Civil and Environmental Engineering. During this period, I focused on the development of a systematic modeling approach for calibrating and validating the agro-hydrological SWAT model for realistically simulating all critical hydrological and water quantity processes in large River Basins in Europe (i.e. surface runoff, lateral flow, baseflow, erosion and sedimentation, plant growth, nutrients cycle/fate/transport, denitrification and karst phenomena). This research stems from the need to provide robust and suitable model assessment for making sound management, policy and regulatory decisions. Several innovations were introduced in the modeling approach aimed both to improve model structure and calibration procedure. First of all, modifications of SWAT model were applied to produce new useful outputs for calibration and interpretation of specific processes. New algorithms for the calculation of hillslope length parameter and LS factor were also proposed and tested, as well as a new MUSLE equation. Furthermore, karst processes were represented using the KSWAT model, a combination of SWAT with a karst-flow model. Concerning the calibration/validation, a process-based approach was developed involving both hard (i.e. long time series in multiple gauging stations) and soft data (i.e. literature information of a specific process within a water, sediment, or nutrient balance that may not be directly measured within the study area, e.g. average annual estimate of denitrification) for a threefold objective: to match well the observations, to understand the processes within a basin and to provide accurate cost-benefit scenarios analysis for achieving the goals of the main European Directives. The proposed systematic modeling approach consists on different aspects: the definition of a process-based calibration and validation (C/V) strategy for quantity (streamflow and its components) and quality aspects (sediment and nutrients); detailed study for representing hydrological processes at different climate regimes and in karst dominant morphologies; validation of water balance components using a Budyko framework approach; the inter-model-comparison of outputs 2 (Benchmarking approach); the definition of a suitable model setup based on a sensitivity analysis of derived topographic attributes from different Digital Elevation Model (DEM) pixel size; the definition of cost-effective measures for the Best Management Practices (BMPs) implementation. Five SWAT model case studies were used to illustrate these topics covering approximately 55% of Europe Union. The Iberian (556,000 km2) and the Scandinavia (1,000,000 km2) Peninsulas were selected to test the C/V strategy in different climate regimes, while the Danube River Basin (800,000 km2), as well as the Upper Danube (132,000 km2), were considered as strategic largesocioeconomic-heterogeneous areas for investigating the main key topics of the procedure through water quantity and quality assessment. The Crete Island (8,400 km2) was instead selected as representative for karst phenomena assessment, as it is covered more than 40% by karst features. The analysis of these SWAT model applications has shown that the processbased C/V strategy is able to obtain good performance statistics and to gain good knowledge of each hydrological process through the analysis of temporal and spatial variations of calibrated streamflow in different large regions, characterized by heterogeneous spatial topography, land uses, soils and different climate regimes. Furthermore, the analysis of the main components of the water balance (evapotranspiration and baseflow) via Budyko framework highlighted the difficulties of SWAT model to predict correctly the baseflow in regulated mountainous basins and the dependence of the procedure on the number and spatial distribution of gauging stations and on anthropogenic water storage impact, as well as the water diversions. It was also observed that the predicted streamflow at large-scale is not affected by DEM pixel size (both with 25 m and 100 m DEM pixel size) and SWAT topographic attributes (e.g. slope and hillslope length). Conversely, the streamflow components resulted markedly affected by the change of the hillslope length parameter calculation based on DEM pixel size, highlighting the need to improve the current SWAT algorithm for a better representation of the streamflow components, as well as sediment yields via Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE). This equation was modified to reduce the sensitivity of sediment yields to the Hydrologic Response Units (HRUs) and slope-length factor (LS) obtaining robust simulation of sediment concentrations, yields and suitable budgets in large River Basins. Furthermore, it was demonstrated that SWAT is 3 able to reproduce the karst processes when opportunely adapted to reproduce the karst features and their intrinsic characteristics (such as fast infiltration in deep groundwater, movement of water in the karst conduits across subbasins not hydrologically connected, and the return of water as springs discharges in the rivers), thus increasing the reliability of water balance prediction in numerous river basins in Europe affected by karst water resources. As regards the water quality (sediment and nutrients), it was observed that only few watershed parameters were sensitive to calibration, increasing the difficult to represent the spatial variation of some processes in large-areas, such as the denitrification and sediment transport in the river. However, the monthly seasonal variation of total nitrogen and phosphorous concentrations were well reproduced at multi-gauging stations, given a substantial control of pollution as directly request by the European Directives (i.e. Drinking Water Directive, 98/83/EC). Furthermore, the inter-model comparisons of nutrient loads confirmed the ability of SWAT model to predict comparable nutrient loads in large–river basins, albeit the need to collect more environmental data emerged. Finally, the proposed multi-objective optimization tool for BMPs implementation in SWAT was recognized as a very useful tool in identifying efficient scenarios, related to reduction of mineral fertilization and Waste Water Treatment Plants (WWTPs) upgrading, providing significantly nutrients concentration reduction with the best cost–effectiveness. These findings can be also summarised as several useful recommendations for SWAT modellers. In conclusion, the proposed systematic approach for C/V procedure with SWAT has shown to be pedagogic and a powerful tool both for scientists, policy makers and also stakeholders, and could be extended to other hydrological and water quality models with similar structure as SWAT.