Modellierung des Wasserhaushalts des Unteren und ... - Espace

IAWG Ottobrunn Seite 24
Modellierung des Wasserhaushalts des Mittleren und Unteren Maingebietes Oktober 2005
4. Entwicklungsserie in jedem Komplex: Für jeden Komplex werden NSPL Entwicklungsschritte
unabhängig von einem anderen Komplex durchgeführt. Bei jedem Entwicklungsschritt wird der
Punkt mit dem kleinsten Zielfunktionswert ersetzt. Hierbei wird zwischen drei unterschiedli-
chen Evolutionsschritten unterschieden: a) der Reflektion, b) der Kontraktion und c) der Muta-
tion. Bei der Mutation wird der Punkt mit der kleinsten Rangordnung durch einen zufällig ge-
wählten, neuen Punkt im Parameterraum ersetzt. Bei der Reflektion und Kontraktion wird der
Punkt mit der kleinsten Rangordnung durch einen aus den anderen Punkten neu konstruierten
Punkt ersetzt.
5. Komplexe mischen: aus der Vereinigung aller Punkte, die sich nun in den Komplexen befin-
den, wird eine neue Population erstellt. Jeder Punkt wird mit der Zielfunktion bewertet und wie
in Schritt 2 nach ansteigender Zielfunktionsgröße sortiert und anschließend wieder in NGS
neue Komplexe zerlegt.
6. Konvergenztest: Falls die maximal zulässige Anzahl von Versuchen überschritten wurde o-
der sich die Zielfunktion innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Iterationen zu wenig ver-
bessert, wird der Algorithmus gestoppt.
7. Komplexreduktion: Ist die Anzahl der Komplexe größer als eine vorgegebene Mindestanzahl,
dann wird die Komplexanzahl NGS um eins verringert indem der Komplex, der die Punkte mit
den niedrigsten Rangordnungen enthält entfernt. Die Populationsanzahl wird dadurch auf
NPT=NGS*NPG Punkte reduziert.
8. neuer Iterationsschritt: Fahre mit Schritt 4 fort.
SCE ist bei zahlreichen hydrologischen Modelle angewendet worden (siehe z.B. Eckhardt /
Arnold 2001), jedoch nach unserer Kenntnis bisher nicht im Zusammenhang mit WASIM.
Eine Parameteroptimierung von WASIM beschreibt Theiner (2005). Die Anwendung unter-
scheidet sich von der hier durchgeführten nicht nur durch ein anderes Optimierungsverfah-
ren, sondern auch dadurch, dass WASIM dort anhand von einzelnen Hochwasserereignis-
sen optimiert wird.
Von großer Bedeutung für das Ergebnis der Optimierung sind die Anfangswerte der Parame-
ter und die gewählte Zielfunktion. Bei der hier dargestellten Anwendung wird der arithmeti-
sche Mittelwert des linearen und des logarithmischen Nash-Sutcliff-Koeffizienten als Ziel-
funktion zugrunde gelegt, wobei davon ausgegangen werden kann, dass detaillierte Unter-
suchungen zur geeignetsten Zielfunktion zu einer anderen Festlegung führen würden. Die
Anfangswerte und Parametergrenzen werden hier aufgrund der Ergebnisse der überwach-
ten, systematischen Parametervariation festgelegt.
Gesamtstrategie
Insgesamt resultieren die folgenden Arbeitsschritte zur Kalibrierung des Bodenmodells:
1. Vorermittlung des Topmodel-Parameter m, der Rückgangskonstanten KD und KH mit
Hilfe von speziellen Rückgangsanalysen.