Καλή και κακή χρήση των ημι-κατανεμημένων μοντέλων βροχής-απορροής

I. Nalbantis, A. Efstratiadis, and D. Koutsoyiannis, On the use and misuse of semi-distributed rainfall-runoff models, XXIV General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics, Perugia, doi:10.13140/RG.2.2.14351.59044, International Union of Geodesy and Geophysics, International Association of Hydrological Sciences, 2007.

[Καλή και κακή χρήση των ημι-κατανεμημένων μοντέλων βροχής-απορροής]

[doc_id=744]

[Αγγλικά]

Οι πρόσφατες εξελίξεις στην υδρολογική μοντελοποίηση έχουν οδηγήσει σε ποικιλία σύνθετων κατανεμημένων ή ημικατανεμημένων σχημάτων, που στοχεύουν στην περιγραφή της ετερογένειας των φυσικών διεργασιών σε μια λεκάνη απορροής. Αυτά είναι χρήσιμα για επιχειρησιακούς σκοπούς, όπως ο σχεδιασμός μεγάλων υδραυλικών κατασκευών, η αειφορική διαχείριση των υδατικών πόρων και η πρόγνωση των πλημμυρών. Ωστόσο, εξαιτίας του μεγάλου αριθμού των παραμέτρων και της ανάγκης εκτενών μετρήσεων, η εύρωστη βαθμονόμηση, η οποία εξασφαλίζει ικανοποιητική προγνωστική ικανότητα, καθώς και φυσική ερμηνεία των παραμέτρων, αποτελεί πολύ δύσκολη διαδικασία. Έτσι, η εφαρμοσιμότητα τέτοιων μοντέλων σε πραγματικές μελέτες, όπως υλοποιείται από μηχανικούς της πράξης με μέτριο υδρολογικό υπόβαθρο, είναι τουλάχιστον αμφισβητούμενη. Το άρθρο επιδιώκει να αναδείξει μερικά κρίσιμα ζητήματα σχετικά με την όλη διαδικασία επιλογής, διαμόρφωσης και προσαρμογής ενός υδρολογικού μοντέλου. Τα παραπάνω συζητούνται με βάση τέσσερα κριτήρια ταξινόμησης: το επίπεδο εμπειρίας του χρήστη, την αναπαράσταση των διεργασιών, την παραμετροποίησης και τη στρατηγική βαθμονόμησης. Ένας μη έμπειρος χρήστης εστιάζει αποκλειστικά στην εύρεση μιας καλής συμφωνίας μεταξύ των εξόδων του μοντέλου και των παρατηρήσεων, συνήθως ενεργοποιώντας περισσότερες παραμέτρους από αυτές που στην πραγματικότητα υποστηρίζουν τα δεδομένα. Αντίθετα, ένας έμπειρος υδρολόγος επιθυμεί να εξηγήσει το πλήρες φάσμα των εξόδων του μοντέλου, δίνοντας έμφαση στην εύλογη αναπαράσταση των διεργασιών και τη συνέπεια του συνόλου των μεταβλητών εξόδου, ακόμα και αυτών που δεν ελέγχονται από τη βαθμονόμηση (π.χ. πραγματική εξατμοδιαπνοή, διακύμανση εδαφικής υγρασίας και αποθέματος υπόγειου νερού, κτλ.). Σχετικά με την αναπαράσταση των διεργασιών, οι προσεγγίσεις των μοντέλων που προορίζονται για ομοιόμορφες, αδιατάρακτες λεκάνες χρησιμοποιούνται καταχρηστικά όταν εφαρμόζονται σε σύνθετα συστήματα, με πολλαπλές ανθρώπινες επεμβάσεις. Σε σχέση με το επόμενο κριτήριο της παραμετροποίησης, είναι γνωστό ότι πολλές προσεγγίσεις εκχωρούν τιμές των παραμέτρων στη βάση της σχηματοποίησης, δηλαδή της χωρικής διακριτοποίησης του υπό μελέτη συστήματος (π.χ. ξεχωριστές παραμέτρους για τις υπολεκάνες), οδηγώντας έτσι σε σχήματα με υπερβολικούς βαθμούς ελευθερίας, τα οποία υποφέρουν από τη γνωστή "κατάρα της διαστατικότητας". Από την άλλη πλευρά, τα πιο ευφυή μοντέλα αντιμετωπίζουν ξεχωριστά τα επίπεδα της παραμετροποίησης και της σχηματοποίησης, υιοθετώντας την έννοια της μονάδας υδρολογικής απόκρισης. Με τον τρόπο αυτό, μειώνουν σημαντικά το πλήθος των παραμέτρων ελέγχου, εξασφαλίζοντας ακόμη συνέπεια με τα φυσικά χαρακτηριστικά του υπό μελέτη συστήματος. Τέλος, οι στρατηγικές βαθμονόμησης μπορούν να ταξινομηθούν ξεκινώντας από τις χειρωνακτικές, προσαρμογής ενός κριτηρίου, και καταλήγοντας σε σύγχρονες μεθόδους αυτόματης βαθμονόμησης, με χρήση εξελικτικών αλγορίθμων και πολλαπλών κριτηρίων προσαρμογής, τόσο στατιστικών (βασισμένων σε μετρήσεις) όσο και εμπειρικών (βασισμένων στην υδρολογική εμπειρία). Το παραπάνω φάσμα επιλογών μοντελοποίησης διερευνάται επιλέγοντας αντιπροσωπευτικές περιπτώσεις που αναδεικνύουν τα προβλήματα της καθημερινής υδρολογικής πρακτικής. Η περιοχή ελέγχου είναι η λεκάνη απορροής του Βοιωτικού Κηφισού, όπου εφαρμόζεται ένα συνδυαστικό υδρολογικό μοντέλο για να περιγράψει τις επιφανειακές και υπόγειες υδρολογικές διεργασίες καθώς και τις πρακτικές διαχείρισης του νερού.

PDF Πλήρες κείμενο:

Βλέπε επίσης: http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.14351.59044

Εργασίες μας που αναφέρονται σ' αυτή την εργασία:

1. A. Efstratiadis, and N. Mamassis, Evaluating models or evaluating modelling practices? - Interactive comment on HESS Opinions “Crash tests for a standardized evaluation of hydrological models”, Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 6, C1404–C1409, 2009.

Κατηγορίες: Υδρολογικά μοντέλα