Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis ...

II
Inhaltsverzeichnis
2.5.3.1 Gradientenabstieg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5.3.2 Fehlerweiterleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5.3.3 Durchführung von Backpropagation . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.6 Vom Einzugsgebiet zum Backpropagation-Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.6.1 Aufbau des Netzwerkes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.6.1.1 Neuronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.6.1.2 Netzwerkstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.1.3 Aktivierungsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.1.4 Kantengewichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.1.5 Das HydroNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.2 Dynamische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.7 Ein neuronaler Lösungsansatz für das Stickstoffkonfigurationsproblem . . . . . . . . 52
2.7.1 Ein Lernverfahren für das HydroNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.7.2 Eigenschaften des Lernverfahrens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.8 Praktische Überlegungen zum HydroNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.8.1 Neuronen, Netzwerkstruktur und Kantengewichte . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.8.2 Aktivierungsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.8.2.1 Polylines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.8.2.2 Polynome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.8.2.3 Gegenüberstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3 Anwendung: Das Talsperrensystem Weida-Zeulenroda 69
3.1 Charakterisierung des Einzugsgebietes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.1.1 Geografische Einordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.1.2 Lithologische und pedologische Verhältnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.1.3 Klima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.1.4 Hydrologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.1.5 Landnutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.2 Die Simulationssoftware WASMOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.2.1 Modellbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.2.2 Modellierungsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3 Definition von Landnutzungsszenarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3.1 Betrachtungszeitraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.3.2 Landnutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.3.3 Düngung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.4 Vom Stofftransportmodell zum HydroNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.4.1 Räumliche Modelleinheiten und Neuronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4.2 Gebietstopologie und Netzwerkstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.4.3 Aktivierungsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.4.4 Kantengewichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.4.5 Schnittstellen zwischen WASMOD und HydroNet . . . . . . . . . . . . . . 90
3.5 Simulation des Ist-Szenarios mit dem HydroNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.6 Optimierung mit dem HydroNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94