Refining the working hypotheses of parameter identification in hydrological modelling:the concept of stochastic calibration

DSpace/Manakin Repository

Show simple item record

dc.contributor.author Kourakos, Vasileios en
dc.contributor.author Κουράκος, Βασίλειος el
dc.date.accessioned 2022-03-15T08:07:47Z
dc.date.available 2022-03-15T08:07:47Z
dc.identifier.uri https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54970
dc.identifier.uri http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22668
dc.description Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων” el
dc.rights Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα *
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/ *
dc.subject Hydrological models en
dc.subject R & Hydrology en
dc.subject Stochastics en
dc.subject Stochastic calibration en
dc.subject Υδρολογικά μοντέλα el
dc.subject R & Υδρολογία el
dc.subject Στοχαστικά μοντέλα el
dc.subject Στοχαστική βαθμονόμηση el
dc.title Refining the working hypotheses of parameter identification in hydrological modelling:the concept of stochastic calibration en
dc.title Ξεκαθαρίζοντας τις υποθέσεις εργασίας στον προσδιορισμό των παραμέτρων των υδρολογικών μοντέλων: η έννοια της στοχαστικής βαθμονόμησης el
heal.type masterThesis
heal.classification Hydroinformatics en
heal.classification Hydrology en
heal.classification Υδροπληροφορική el
heal.classification Υδρολογία el
heal.language en
heal.access free
heal.recordProvider ntua el
heal.publicationDate 2021-11-04
heal.abstract The aim of this study is the introduction of a promising strategy for hydrological calibration, which utilizes synthetic data as drivers to identify model parameters and evaluates the adjusted model structure against the full historical sample. These synthetic time series incorporate the marginal properties and dependence structure of the observed data across multiple time scales. One of the main advantages of this methodology against conventional split-sample approaches is the estimation of more robust and “stable” parameter sets. This is due to the model being trained over a much longer dataset and extended hydroclimatic conditions. Another important advantage of this methodology is that the defined modelling scheme is evaluated against the full set of the observed data, hence the validation data set is also extended. In order to prove that the proposed calibration framework is independent of the chosen model, five lumped hydrological models of varying complexity were used for the testing of the calibration scheme. Initially, a proof-of-concept was employed on a representative catchment and across two time scales, monthly and daily, by using for each scale analysis two hydrological models with alternative parameterization. The proposed calibration technique performed equally well as the classical split-sample scheme at the monthly time scale, whereas it demonstrated slightly lower performance at the daily scale. After proving the functionality of the stochastic calibration for this case study, this strategy was tested against a large set of catchments of the MOPEX database, at the monthly scale, to further reinforce the validity of the recommended methodology. From this large scale analysis it is deduced that the stochastic calibration outperformed the split-sample approach in more than half of the examined cases, regardless of the chosen hydrological model. In addition, stochastic calibration proved to be independent of the model structure’s complexity. en
heal.abstract Ο σκοπός της εργασίας αυτής είναι η παρουσίαση και η εφαρμογή ενός νέου στρατηγικού πλαισίου βαθμονόμησης υδρολογικών μοντέλων, το οποίο χρησιμοποιεί συνθετικά δεδομένα για να προσδιοριστούν οι παράμετροι του μοντέλου και επαληθεύει τη ρυθμισμένη δομή του με χρήση του πλήρους ιστορικού δείγματος. Οι συνθετικές αυτές χρονοσειρές παράγονται μέσω ενός στοχαστικού μοντέλου, το οποίο εξασφαλίζει την αναπαραγωγή όλης της στατιστικής πληροφορίας, που περιγράφει το πλήρες υδρολογικό καθεστώς που επικρατεί στην περιοχή μελέτης. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα της βαθμονόμησης με συνθετικά δεδομένα, σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους βαθμονόμησης, είναι ότι οδηγεί σε πιο «εύρωστα» σετ παραμέτρων και πιο σταθερή ικανότητα πρόβλεψης του μοντέλου. Αυτό αποδίδεται στα σημαντικά μεγαλύτερου μήκους συνθετικά δεδομένα που διατίθενται για τους σκοπούς της ρύθμισης. Ένα ακόμη σημαντικό πλεονέκτημα είναι η επιμήκυνση του δείγματος επαλήθευσης, αφού η ρύθμιση του υδρολογικού μοντέλου αξιολογείται με χρήση του πλήρες ιστορικού δείγματος. Προκειμένου να τεκμηριωθεί η υπόθεση ότι το προτεινόμενο μεθοδολογικό πλαίσιο είναι ανεξάρτητο του επιλεγμένου μοντέλου, πέντε αδιαμέριστα και μεταβλητής πολυπλοκότητας υδρολογικά μοντέλα υδατικού ισοζυγίου χρησιμοποιήθηκαν για τον έλεγχο του σχήματος βαθμονόμησης. Αρχικά, η στρατηγική αυτή βαθμονόμησης εφαρμόστηκε σε μια αντιπροσωπευτική υδρολογική λεκάνη και για δύο χρονικές κλίμακες, μηνιαία και ημερήσια, χρησιμοποιώντας για κάθε κλίμακα δύο υδρολογικά μοντέλα με εναλλακτική παραμετροποίηση. Η προτεινόμενη τεχνική βαθμονόμησης απέδωσε εξίσου καλά με το κλασσικό σχήμα βαθμονόμησης σε μηνιαία κλίμακα, ενώ σε ημερήσια κλίμακα παρουσίασε ελαφρώς μικρότερη επίδοση. Έπειτα, το προτεινόμενο σχήμα βαθμονόμησης ελέγχθηκε για ένα μεγάλο σετ λεκανών απορροής της βάσης δεδομένων MOPEX, σε μηνιαία κλίμακα προσομοίωσης, για να ενισχυθεί περαιτέρω η λειτουργικότητα της μεθόδου. Από αυτή την ανάλυση μεγάλης κλίμακας συνάγεται ότι η στοχαστική βαθμονόμηση αποδίδει καλύτερα από τη βαθμονόμηση με τα ιστορικά δεδομένα στις περισσότερες από τις εξεταζόμενες περιπτώσεις, ανεξάρτητα από το επιλεγμένο υδρολογικό μοντέλο. Επιπρόσθετα, αποδεικνύεται ότι η στοχαστική βαθμονόμηση είναι ανεξάρτητη της πολυπλοκότητας της δομής του υδρολογικού μοντέλου. el
heal.advisorName Efstratiadis, Andreas en
heal.advisorName Ευστρατιάδης, Ανδρέας el
heal.committeeMemberName Ευστρατιάδης, Ανδρέας el
heal.committeeMemberName Τσουκαλάς, Ιωάννης el
heal.committeeMemberName Παπακωνσταντής, Ηλίας el
heal.academicPublisher Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών el
heal.academicPublisherID ntua
heal.numberOfPages 81 σ. el
heal.fullTextAvailability false

Files in this item

The following license files are associated with this item:

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα Except where otherwise noted, this item's license is described as Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα