Automatische Kalibrierung hydrologischer Modelle

Fischer, Christian

Hydrologische Modelle sind unverzichtbare Werkzeuge für das integrierte Management der Land- und Wasserressourcen. Diese Modelle besitzen meist eine Vielzahl von Parametern, die gebiets- und anwendungsspezifisch bestimmt werden müssen und für eine erfolgreiche Modellanwendung essentiell sind. Konzeptionell sind diese Parameter zwar meist mit charakteristischen Systemeigenschaften verknüpft. Allerdings können sie meist nur schwer oder gar nicht gemessen werden. Aus diesem Grund werden die Parameter üblicherweise indirekt durch eine Kalibrierung ermittelt. Das Ziel der Kalibrierung ist es, die Parameterwerte so zu bestimmen, dass das Modell mit der Beobachtung im realen System übereinstimmt. Prinzipiell kann dieser Prozess manuell durchgeführt werden. Allerdings erfordert die manuelle Durchführung ein hohes Maß an Expertenwissen und einen hohen personellen. Sollen hydrologische Modelle häufig eingesetzt werden und für unerfahrene Benutzer zugänglich sein, werden automatische Methoden benötigt. Aus diesem Bedarf ist das Ziel der Arbeit abgeleitet: Die Entwicklung eines Systems zur automatischen Kalibrierung hydrologischer Modelle. Im ersten Teil der Arbeit wurde das Kalibrierungssystem OPTAS entwickelt. OPTAS arbeitet in den drei Phasen der Sensitivitätsanalyse, der Optimierung und der Lösungs- bzw. Unsicherheitsanalyse. In der ersten Phase werden die Modellparameter nach ihrem Einfluss auf das Modellverhalten klassifiziert und ihr Wertebereich eingeschränkt. Dies erleichtert die zweite Phase der Optimierung in der optimale Parametersätze durch ein- und multikriterielle Optimierungsverfahren identifiziert werden. In der sich anschließenden dritten Phase, wird die Lösung analysiert und die Unsicherheit des Modells bewertet. Im zweiten Teil der Arbeit wird OPTAS erfolgreich zur Kalibrierung der Modelle J2000 und J2000g in den Thüringer Einzugsgebieten der Wilden Gera, der Ilm und der Hasel sowie dem Nepalesischen Einzugsgebiet des Dudh-Kosi angewendet.

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Fischer, Christian: Automatische Kalibrierung hydrologischer Modelle. 2013.

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