Geri Dön

Hierarchical approach to semi-distributed hydrological model calibration

Yarı dağıtık hidrolojik model kalibrasyonuna hiyerarşik yaklaşım

  1. Tez No: 442272
  2. Yazar: AYFER ÖZDEMİR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. UĞUR MURAT LELOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Bilim ve Teknoloji, Jeoloji Mühendisliği, Çevre Mühendisliği, Science and Technology, Geological Engineering, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Jeodezi ve Coğrafi Bilgi Teknolojileri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Bilişim Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 186

Özet

Son yıllarda, su kaynakları nehir havzaları üzerindeki kontrolsüz tarımsal, endüstriyel faaliyetler ve yerleşimlerden olumsuz yönde etkilenmektedir. Hidrologlar ve su kaynakları yöneticileri hidrolojik modelleri, su kaynaklarının geliştirilmesi, su kaynaklarının korunması, su kaynaklarının tahsisi ve kullanımın anlaşılması için araç olarak sık sık kullanmaktadır. Hidrolojik modellerin su kaynaklarının araştırılmasında başarılı bir şekilde uygulanması için, dikkatli kalibrasyon ve tahmin belirsizlik analizi gereklidir. Hidrolojik modeller, model sonuçları ölçümlerle karşılaştırılarak doğrulanır. Sonuçların yer gerçeklerinden sapmaları, yani hata, model girdilerindeki, model parametrelerindeki ve modelin kendisindeki belirsizliklerin sonucu olabilir. Bir hidrolojik model kalibre edilirken, hata terimlerinden oluşturulan hata metriğini minimize etmek için, model parametrelerine daha önce tanımlanmış bir aralıkta ince ayar yapılmaktadır. Bu tür bir hidrolojik taşınım modeli, içerisine topoğrafi, arazi kullanımı, toprak türü ve diğer sayısal veri girişini destekleyen Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) ile tümleşik Toprak ve Su Değerlendirme Aracı'dır (The Soil and Water Assessment Tool, SWAT). SWAT, hidrolojik süreçleri, toprak türü, arazi kullanımı ve yönetimi kombinasyonlarının alanlarını eşikleyerek Hidrolojik Cevap Birimleri (Hydrologic Response Units, HRU) türetmek suretiyle alt-havza düzeyinde simüle eden yarı dağıtık bir hidrolojik modeldir. Günümüzde, SWAT için Levenberg-Macquart gibi doğrusal olmayan optimizasyon veya Genetik Algoritmalar gibi global optimizasyon yöntemleri kullanan otomatik kalibrasyonu yöntemleri vardır. Karmaşık modelleri kalibre etmek için kullanılan bu optimizasyon yaklaşımlarının bazı dezavantajları vardır: 1) Arama uzayı geniş ve model karmaşık olduğu için yakınsama çok uzun zaman alır, 2) aynı nedenle, yerel bir optimum bulma olasılığı yüksektir, 3) nihai sonuç parametrelerin başlangıç tahminlerine fazlasıyla hassastır, 4) içerisinde parametrelerin sabit kabul edildiği HRU'ların büyüklükleri kullanıcıya bırakılmıştır ve bunların kalibrasyon / doğrulama performansı bilinmemektedir. Bu tezde, HRU seçimi ve kalibrasyon için hiyerarşik (kabadan inceye) bir yaklaşım incelenmiştir. HRU'lar bir komut dosyası tarafından otomatik olarak oluşturulmaktadır ve her hiyerarşinin her düzeyinde, HRU'ların sayısı arttırılmaktatır. Her bir düzeyin kalibrasyon sonuçları bir sonraki düzey için başlangıç değeri tahminiolarak kullanılır. Bu şekilde, sadece hızda ve kalibrasyon doğruluğunda bir artış elde etmekle kalmıyoruz, aynı zamanda ve optimum HRU boyutlarını ve HRU oluşturma parametrelerini de buluyoruz. Bu tezde geliştirilen algoritma, farklı özelliklere sahip iki havzada test edilmiştir ve sonuçlar ümit vericidir.

Özet (Çeviri)

In recent years, water resources were negatively affected from uncontrolled agricultural, industrial activities and settlements on river basins. Hydrologists and water resource managers have widely used hydrologic models as tools for water resources development, water environment preservation, water resources allocation and understanding utilization. In order to apply hydrological models successfully in practical water resources investigations, careful calibration and uncertainty analysis are needed. Hydrological models are validated by comparing the outputs of the models to measurements. The deviations of the outputs from the ground truth, the error, can be the result of uncertainties of the inputs, uncertainties of the parameters of the model and the model itself. When a hydrologic model is calibrated, the parameters of the model are fine-tuned within a predefined range to minimize an error metric created from error terms. One such hydrological transport model is the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) which is also integrated into a Geographic Information System (GIS) that supports the input of topography, land use, soil type, and other digital data. SWAT is a semi-distributed hydrological model that simulates hydrological processes at subbasin level by deriving Hydrologic Response Units (HRU) by thresholding areas of soil type, land use and management combinations. Currently, there are automated calibration methods for SWAT using nonlinear optimization such as Levenberg-Macquart or global optimization methods like Genetic Algorithms. These optimization approaches that try to calibrate very complex models have some drawbacks: 1) Since the search space is large and the model is complicated, the convergence takes very long time, 2) for the same reasons, probability of finding a local optimum is large, 3) final result is too sensitive to the initial estimates of the parameters, 4) the sizes of the HRUs, which are the areas over which the parameters are assumed to be constant, are left to the user and their relation to the performance of calibration/validation is unknown. In this thesis, a hierarchical (coarse-to-fine) approach to HRU selection and calibration is investigated. The HRUs are generated automatically by a script and the number of HRUs are increased at each level of the hierarchy. The calibration results at each level are used as initial values for the next level. This way, we obtain not only an increase in the speed and accuracy of the calibration, but we also find out the optimum HRU sizes and HRU generation parameters. The algorithm developed in this thesis is tested on two basins with different properties and the results are promising.

Benzer Tezler

  1. Yarı kurak iklim koşullarında buğday-arpa yetiştiriciliği için arazi uygunluk sınıflaması ve ekonomik değerlendirme

    Land suitability classification and economic evaluation for wheat-barley cultivation in semi-arid climate conditions

    BULUT SARĞIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    ZiraatVan Yüzüncü Yıl Üniversitesi

    Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SİYAMİ KARACA

  2. Landsat-TM görüntülerine minnaert düzeltmesinin uygulanması: Köyceğiz örneği

    Application of minnaert correction to Landsat-TM images : Köyceğiz case

    SAMURAY ELİTAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeodezi ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CANKURT ÖMERCİ

  3. Humanitarian assistance policies of the European Union towards syrian refugees in Turkey

    Avrupa Birliği'nin Türkiye'deki Suriyeli mültecilere yönelik insani yardım politikaları

    CANSU ÇELİKER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Siyasal BilimlerOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Siyaset Bilimi ve Kamu Yönetimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BAŞAK KALE LACK

  4. Creating a dialogic space in an EFL classroom environment

    Yabancı dili İngilizce olan bir sınıf ortamında diyaloğa dayalı bir alan yaratmak

    BETÜL ALTAŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Eğitim ve ÖğretimÇağ Üniversitesi

    İngiliz Dili Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞEHNAZ ŞAHİNKARAKAŞ

  5. Internationalization of higher education via distance learning: A grounded theory study in Turkey

    Yükseköğretimin uzaktan öğrenme ile uluslararasılaşması: Türkiye'de bir gömülü teori çalışması

    HAKAN ERGİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Eğitim ve ÖğretimBoğaziçi Üniversitesi

    Eğitim Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FATMA NEVRA SEGGİE