Lexikografische Kalibrierungsstrategie für eine effiziente Parameterschätzung in hochaufgelösten Niederschlag-Abfluss-Modellen

Koblenz

2015

S. 84-95

Artikel aus einer ZeitschriftUnselbständiges Werk

200192380

Im BMBF-Forschungsprojekt NAWAK (Entwicklung nachhaltiger Anpassungsstrategien für die Infrastrukturen der Wasserwirtschaft unter den Bedingungen des klimatischen und demographischen Wandels, Projektlaufzeit 1.7.2013 bis 30.6.2016) sollen belastbare Aussagen zu möglichen Entwicklungen des Wasserdargebots getroffen werden, mit denen in der deutschen Küstenzone den neuen Anforderungen an die Wasserwirtschaft langfristig begegnet werden kann. Hierfür wird unter anderem ein räumlich und zeitlich hochaufgelöstes Wasserhaushaltsmodell eingesetzt. Für die Kalibrierung benötigen gängige moderne Optimierungsalgorithmen einen sehr hohen Rechenaufwand. Als Alternative wird ein lexikografischer Ansatz vorgestellt, der einen einzigen repräsentativen Parametersatz liefert. Im Gegensatz zu der klassischen multikriteriellen Optimierung werden die Anforderungen an die Zielgrößen bereits im Vorfeld der Kalibrierung formuliert. Es wird eine Präferenzordnung der Kriterien festgelegt, wodurch die Ziele indirekt gewichtet werden. Für ein Einzugsgebiet innerhalb des NAWAK-Untersuchungsgebietes konnten hiermit sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Neben einem ausgewogenen Wasserhaushalt wurde auch die Saisonalität sowohl in der 20-jährigen Kalibrierung als auch in der 10-jährigen Validierung realitätsnah abgebildet. Für eine Überprüfung der Methode wurden für drei Einzugsgebiete künstliche Ganglinien erzeugt, an denen das Verfahren anschließend getestet wurde. Alle fünf Parametersets wurden mit weniger als 10 % der Rechenzeit, die von einem globalen multikriteriellen Optimierungsalgorithmus benötigt wurde, ermittelt. Mit Hilfe des allgemeinen Varianzfortpflanzungsgesetzes konnte gezeigt werden, dass zeitweise bis zu 75 % der empirischen Standardabweichung zwischen beobachteten und simulierten Abflüssen durch eine etwa zehnprozentige Messunsicherheit des Niederschlags erklärt werden können.