基于特征指标与敏感性的分布式水文模型多准则变分校准及其在地中海洪水中的应用
最优化与控制
2023-09-15 v2
摘要
水文学中的经典校准方法通常依赖于在长时序径流序列上计算的单一代价函数。即使水文模型在NSE和KGE中取得可接受分数，模型整体性能与其模拟洪水事件（尤其是山洪）的能力之间仍可能出现失衡。本研究探讨了利用多尺度特征指标来增强面向空间分布洪水建模的多准则校准方法的潜力，该问题仍存在相当大的挑战。我们提出了一种新颖的基于特征指标与敏感性的校准方法，并将其实现于一个变分数据同化算法中，该算法能够处理高维空间分布水文优化问题。该方法在主要位于法国地中海地区的141个易发山洪流域上进行了测试。我们的方法利用自动化洪水分割算法计算若干特征指标，包括洪水事件特征指标。我们基于这些指标与输入参数的全局敏感性，通过基于全局特征指标的敏感性分析（GSSA）筛选出合适的指标来约束模型。随后，我们使用所选指标执行两种多准则校准策略：一种是将多准则问题转化为单目标函数的单目标优化方法，另一种是采用简单加权求和法从帕累托集中选取最优解的多目标优化方法。结果表明，校准与时段验证指标均得到显著改善，尤其是洪水特征指标，证明了我们基于特征指标的校准框架在增强山洪预报系统中的鲁棒性与精细性。
引用
@article{arxiv.2305.19307,
title = {Signatures-and-sensitivity-based multi-criteria variational calibration for distributed hydrological modeling applied to Mediterranean floods},
author = {Ngo Nghi Truyen Huynh and Pierre-André Garambois and François Colleoni and Pierre Javelle},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.19307},
year = {2023}
}