Laboratoire virtuel pour le développement d’approches de calage des modèles hydrologiques adaptées et efficaces

水文学适应和功效模型计算方法开发实验室

• 批准号: RGPIN-2014-04541
• 负责人: Poulin, Annie
• 金额: $ 1.74万
• 依托单位: École de technologie supérieure
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Discovery Grants Program - Individual
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2016-01-01 至 2017-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=611098
• 关键词: Laboratoire; virtuel; pour; le; veloppement

Le programme de recherche proposé s’intéresse au calage automatique des paramètres des modèles hydrologiques (MH). Le calage constitue, de façon générale, un problème d’optimisation visant à identifier un jeu de paramètres qui minimise une fonction objectif quantifiant le niveau d’ajustement entre la réponse hydrologique simulée et des observations (souvent des débits en rivière), sur un bassin donné. Le calage est repris chaque fois qu’un MH est appliqué à un nouveau bassin. Cet exercice est crucial puisqu’il détermine le niveau de confiance d’un utilisateur envers un modèle qui sera par la suite utilisé pour la prévision hydrologique (inondations, étiages) ou la projection hydrologique (ex. : études d’impacts du changement climatique). Le calage automatique des MH pose quatre défis de taille : (i) il s’agit d’un problème d’optimisation de boîte noire, ce qui signifie que la structure interne du problème (dérivées) ne peut être exploitée par le processus d’optimisation; (ii) la dimensionnalité du problème (nombre de paramètres à optimiser) est généralement élevée (>10), ce qui donne lieu à des espaces à explorer qui sont très vastes et qu’il est impossible de caractériser intégralement; (iii) le temps de calcul pour une seule simulation peut dépasser plusieurs minutes; (iv) l'équifinalité caractérise les espaces paramétriques (plusieurs optima équivalents). Les objectifs visés par le programme de recherche sont définis par l'entremise de deux axes de recherche, visant à : Axe 1 – Approfondir la caractérisation des espaces de recherche et, incidemment, la compréhension des problèmes d’optimisation posés par des MH de structures variées. Les travaux de cet axe visent à permettre l’exploitation de cette information, de façon à ce qu’elle puisse orienter et justifier des choix méthodologiques quant à l’identification d’approches de calage adaptées aux divers types de MH. Pour ce faire, des métriques retracées dans la littérature seront appliquées à cinq MH différents : trois modèles globaux et conceptuels, comportant chacun 4, 10 et 23 paramètres; un modèle global et spatialisé comportant 25 paramètres; et un modèle à base physique et spatialisé comportant 19 paramètres. Chaque modèle sera appliqué à 10 bassins versants québécois qui représenteront chacun un cas d'étude indépendant. Axe 2 – Poursuivre, dans des directions se montrant prometteuses, le développement d'approches de calage efficaces pour les MH coûteux en temps de calcul. Dans le contexte de ces travaux, l'efficacité réfère à l'obtention de solutions de qualité à un coût en temps de calcul réduit. Trois principaux aspects seront examinés, soient : - L’étude de fonctions substituts dynamiques : krigeage, "radial basis functions", polynômes quadratiques; - L’étude des stratégies de prise en charge des substituts dynamiques de façon à développer des stratégies efficaces; - La combinaison du recours aux substituts dynamiques et de l’arrêt prématuré, en cours d'optimisation, de simulations hydrologiques non informatives; ces travaux seront effectués dans l’optique où les forces des deux approches pourraient être combinées et mener à des approches de calage encore plus efficaces. Les travaux de l'axe 2 s’appuieront sur l’utilisation de NOMAD en tant que plate-forme de développement. Ce logiciel d'optimisation de boîte noire, qui repose sur l'algorithme "mesh adaptive direct search", inclut diverses fonctionnalités dont la prise en charge de substituts dynamiques. Le modèle spatialisé et à base physique HYDROTEL (coûteux en temps de calcul) sera utilisé et appliqué à trois bassins versants québécois. À l’issue du programme de recherche, des outils et connaissances avancés pour le calage seront développés, à l’intention des hydrologues experts en modélisation.

水文模型参数自动调整研究计划 (MH)。响应水文模拟和观测结果（souvent des debits en rivière），sur un bassin donné。 qui sera par la suite utilisé pour la prevision Hydrologique (inondations, étiages) ou laprojection Hydrologique (ex. : études d'impacts du changement climatique), ce qui. (ii) la Dimensionnalité du problème (nombre de paramètres à optimiser) est généralement élevée (>10), ce qui donne lieu à des espaces à explorer qui sont très大量的积分是不可能的；(iii) 计算在首尔模拟中的时间；(iv) l'équifinalité caractérise les espaces paramétriques (plusieurs optima équivalents)。 研究项目的目标与双轴研究中心的定义如下： Ax 1 – 阐述研究和事故空间的特征，理解 MH 结构变化和选择的优化问题。 MH différents : trois modèles globaux et Conceptuels, comporant chacun 4, 10 et 23参数； 全局和空间模型兼容 25 个参数； 基础物理和空间模型兼容 19 个参数。 Axe 2 – Poursuivre，在 montrant prometetteuses 的指导下，开发了 MH 计算时间计算方法。三个主要方面如下： - L’étude de fonctions substituts dynamiques : krigeage、“径向基函数”、多项式二次函数； - 战略效果开发替代动力奖战略研究； - 动态替代和预成熟、优化、非信息性水文模拟的组合；效率。 Les travaux de l'axe 2 s'appuieront sur l'utilization of NOMAD en tant queplate-forme de devoppement not laprize en charge de dynamiques.Le HYDROTEL 空间模型和基础体质（计算时间计算）适用于魁北克三盆的使用和贴花。 À 问题的研究计划，以及水文学专家的模型化意图。