Přístup geografické blízkosti povodí a jeho vliv na simulační účinnost srážko-odtokového modelu

Kseniia Belorusova

Bachelor's thesis

The spatial proximity approach and its influence on simulation efficiency of the rainfall-runoff model

Abstract:

Cílem této bakalářské práce bylo vyhodnocení vlivu regionalizačního přístupu založeného na geografické blízkosti povodí na simulační účinnost srážko-odtokového modelu GR4J. Studie byla provedena na souboru 200 povodí projektu MOPEX, která se nachází v USA. Prostorová blízkost povodí byla vyjádřena Euklidovskou vzdáleností těžišť povodí. Výsledky kalibrace, validace i regionalizace modelu GR4J byly hodnoceny Kling-Guptovým koeficientem. V rámci metody prostorové blízkosti byly využity dvě metody: přístup jednoho donoru a přístup více donorů. V případě použití více donorů byla dále testována metoda průměrování parametrů a průměrování výstupů. Získané výsledky ukazují na robustnost modelové struktury i přesto, že při přechodu z kalibrační do verifikační fáze byl zaznamenán mírný pokles simulační účinnosti. Výsledky dále ukazují, že nejvýraznější vliv na simulační účinnost modelu při regionalizaci má počet použitých donorů (optimální počet donorů byl 4 pro metodu průměrování parametrů a 6 pro metodu průměrování výstupů). Dalším faktorem, který výrazně ovlivňoval účinnost modelu na nepozorovaných povodích, je způsob přenosu hydrologické informace mezi povodími. V kombinaci s průměrováním výstupů vykazoval přístup více donorů lepší výsledky než v kombinaci s průměrováním parametrů. Celkově výsledky ukázaly, že přístup geografické blízkosti vede k poměrně vysoké simulační účinnosti modelu GR4J.

Abstract:

This bachelor thesis aimed to evaluate the impact of a regionalization approach based on the geographic proximity of catchments on the simulation efficiency of the GR4J rainfall-runoff model. The study was conducted on a sample of 200 catchments located in the USA, and the spatial proximity of the catchments was calculated as the Euclidean distance between the centroids. The results of calibration, validation, and regionalization of the GR4J model were evaluated using the Kling-Gupta coefficient. Two methods were applied as part of the spatial proximity approach: a single-donor approach and a multiple-donor approach. For the multiple-donor approach, two methods were further tested: parameter averaging and output averaging. The obtained results demonstrate the veracity of the chosen model, although a slight decrease in simulation efficiency was observed when transitioning from the calibration to the verification phase. The results also show that the number of donors used has the most significant impact on the simulation efficiency of the model in the context of regionalization (the optimal number of donors was determined to be 4 for parameter averaging and 6 for output averaging). Another significant factor that impacted the model's efficiency in ungauged catchments was the method of hydrological information transfer between catchments. The multiple-donor approach combined with output averaging showed better results than the single-donor approach combined with parameter averaging. Overall, the results indicate that the geographic proximity approach leads to a relatively high simulation efficiency of the GR4J model.

Keywords

MOPEX, KGE, přístup jednoho donoru, přístup více donorů

Keywords

MOPEX, KGE, single donor approach, multiple donor approach

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 24. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Martin Heřmanovský, Ph.D.
• Reader: Marta Martínková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme:
Applied Ecology