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Von der Abflussbildungsprozessforschung zur prozess-orientierten Modellierung – ein Review

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 49. Jahrgang, Heft 1, Februar 2005

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 1,
Februar 2005

Autorin/Autor:
Stefan Uhlenbrook

Schlagworte:
Abflussbildung, Modellierung, Tracer, hydrologische Prozesse, Modellkalibrierung

Abflussbildungsprozesse bestimmen maßgeblich die Fließ- und Stoffdynamik in einem Einzugsgebiet in allen Raum- und Zeitskalen. Somit sind die Kenntnis und die modellhafte Beschreibung dieser Prozesse von fundamentaler Bedeutung für die Hydrologie, Wasserwirtschaft und ihre Nachbardisziplinen. Dieser Aufsatz ist dreigeteilt: (1) Zuerst soll der Stand der Forschung bzgl. Abflussbildungsprozesse in verschiedenen Raumskalen und deren experimentelle Bestimmungsmöglichkeiten dargelegt werden. Hierbei wird insbesondere auf das Potential von Tracermethoden in Verbindung mit klassischen hydrometrischen Verfahren eingegangen. (2) In einem nächsten Schritt wird der
Stand der Forschung bei der prozess-orientierten Modellierung zusammenfassend dargelegt. Insbesondere wird darauf eingegangen, wie experimentell gewonnene Prozesserkenntnisse, welche häufig in kleineren Skalen erarbeitet wurden, in Einzugsgebietsmodelle für die hydrologische Mesoskala integriert werden können. Es werden auch Grenzen der zurzeit verfügbaren Modelle diskutiert, die sich in den Modellunsicherheiten dokumentieren. Als mögliche Verbesserungen werden zum einen räumliche Diskretisierungen der Modelle aufgrund der dominanten Abflussbildungsprozesse und zum anderen umfassende Modellkalibrierungen und -validierungen unter Verwendung unterschiedlicher Daten (multi-response data) vorgeschlagen. (3) Abschließend werden einige Schlussfolgerungen angestellt und Bemerkungen über den zukünftigen Forschungsbedarf gemacht.

Vergleich zweierVerfahren zur automatischen Modellkalibrierung

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
46. Jahrgang, Heft 2,
April 2002

Autorin/Autor:
Klaus Eckhardt

Schlagworte:
Modellkalibrierung, Parameterunsicherheit, Modellanpassung

Die Kalibrierung eines Modells ermöglicht eine Reduzierung der Parameterunsicherheit und damit der Unsicherheit in Simulationsergebnissen. Komplexe Modelle können mittels stochastischer globaler Optimierungsalgorithmen automatisch kalibriert werden. Zwei dieser Algorithmen werden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit miteinander verglichen: einerseits der Boender-Timmer-Rinooy Kan (BTRK) Algorithmus, ein Multistart-Algorithmus mit vorhergehender Clusterung, und andererseits der Shuffled Camplex Evolution (SCE) Algorithmus, ein Genetischer Algorithmus. Die beiden Algorithmen werden auf ein analytisches verteiltes Modell zur Nachbildung des Wasser- und Stoffhaushalts in meso- bis makroskaligen Einzugsgebieten oberirdischer Gewässer angewendet, die Version SWAT-G des Soil and Water Assessment Tool (SWAT}. Der SCE Algorithmus erweist sich dem BTRK Algorithmus als überlegen. Es wird eine hohe Güte der Modellanpassung erreicht.