6.3. Kalibrációs teszt

Az alábbiakban egy konkrét példán keresztül lesz levezetve, hogy miként is zajlik egy modell kalibrálása a HEC-HMS lefolyás modellben.

6.3.1. Teszt környezet

A modell a Sás patak vízgyűjtőjét tartalmazza, mely a Mecsek hegység nyugati felében Orfű és Abaliget közelében található. A patakon van egy vízhozam mérő műtárgy, ahonnan a 30 perces időbeli felbontású vízhozam adatsorok erednek. A meteorológiai bemeneti adatsort pedig egy orfűi automata csapadékmérő 10 perces mérései biztosítják. A kalibráláshoz 2008. október 17-18-ai adatsorok lesznek felhasználva. Az időablak hossza 27 óra, ami egy körülbelül 9 óra időtartamú csapadék eseményt tartalmaz az időintervallum elején. A modell egy vízgyűjtőből áll, és egy becsatlakozási pontból, ahol a mérési pontunk is van. A vízgyűjtő területe 7,1 km2, és az egyszerűség kedvéért eltekintünk a növényzet és a felületi folyamatok figyelembe vételétől. Mindazonáltal szükség van a csapadék veszteség (Loss), a lefolyás (Transform) és az alapáramlás (Base Flow) paraméterek alapértékeinek beállítására.

A beállítható paraméter értékeket felhasználhatjuk egy már működő modellből, vagy a területen végzett mérések segítségével. Ily módon, ha már az iteráció elején is fizikailag korrekt paramétereket használunk nagyobb az esély arra, hogy az optimum kereső eljárás képes lesz minimalizálni az objektív függvényt.

Objektív függvénynek a négyzetes hibaösszeg lett kiválasztva és az optimalizálás a Nelder Mead módszer alapján zajlik. A tolerancia kritérium 0.1% a maximális iterációs lépésszám pedig kétszáz. Ebben a modellben beállításban összesen hét kalibrálható paraméter közül lehet választani. Ezek közül teszt során hat lett kiválasztva, amelyeknek az optimális értékére kíváncsiak vagyunk.

6.3.2. Teszt eredmények

A kezdeti paraméterekkel a futás 69 lépés után elérte a 0.1%-os objektív függvény változási küszöbértéket így sikerült találni egy optimum beállítást a vízgyűjtő paramétereinek. A teszt összegzését a 6.11. ábra mutatja. A teljes térfogat hibája 1% viszont a csúcs vízhozamé már 6%. Ennél még jelentősebb az eltérés a csúcs vízállás időpontjában, a differencia itt mintegy 2 óra 30 perc, úgy hogy a modellben jelentkezik hamarabb. A tömegközéppont idejét sikerült 11 perc eltéréssel optimalizálni.

6.11. ábra - Az objektív függvény alakulása

Az objektív függvény alakulása

A kalibrált paraméterek táblázatát a 6.12. ábra mutatja. Itt megtekinthetők a kezdeti és a módosított értékek is. Nagy eltérést a kezdeti és végső érték között az összegyülekezési időnél találhatunk, ahol a kezdeti 1 óra 3,5 órára növekedett. A másik jelentősebb változás az állandó csapadék veszteség érétnél található, ahol a kezdeti 3 mm/óra érték 2,5 mm/óra értékre csökkent. Az objektív függvény a vízhozam csökkenési állandó és a kezdeti csapadék veszteség értékének a megváltozására a legérzékenyebb.

6.12. ábra - Az optimalizált paraméter értékek

Az optimalizált paraméter értékek

A Sás patak vízgyűjtőn összegyűlt víz és a modellezett esemény közötti összehasonlítást a 6.13. ábra szemlélteti. Az ábra felső grafikonja a lehullott csapadék felszínen lefolyt és veszteségként a talajba szivárgott arányait mutatja az idő múlásával. Az alsó grafikon pedig a vízhozam időbeli alakulását szemlélteti mind mért, mind a modellezett mennyiségek ábrázolásával. A folytonos vonal a modellezett vízhozam nagyjából követi a pontvonallal jelölt mérési értékeket, azonban látszik, amit már a legelső összesítő táblázatnál is láttunk, hogy bár a maximális vízállás értéke közel azonos a mérttel, annak ideje jelentős sietést mutat. A maximális vízállás után a két görbe lefutása fokozatosan egymásra simul.

6.13. ábra - A kalibrált vízgyűjtő mért és szimulált vízhozam és csapadék grafikonja

A kalibrált vízgyűjtő mért és szimulált vízhozam és csapadék grafikonja

6.3.3. A teszt eredményeinek ellenőrzése

Ahhoz, hogy megbizonyosodhassunk az optimalizálás megbízhatóságáról, illetve értékelhessük azt, a kalibrált paraméterekkel a kalibrálótól független adatsor segítségével egy validáló futtatás végrehajtása szükséges.

A kalibrálás ellenőrzéséhez 2008. szeptember 25-26-án regisztrált csapadék és vízhozam mérési adatsor szolgált alapul. Ez egy kisebb csapadékösszeggel járó esemény volt, mint a kalibráláshoz használt adatsor.