1 / 18

České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební

České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební Katedra zdravotního a ekologického inženýrství. Možnosti vyhodnocení kalibrace srážko-odtokového simulačního modelu. Lukáš Novák David Stránský, Ph.D. Obsah prezentace. Motivace Cíle Metodické postupy Metody kalibrace

ryann
Download Presentation

České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební Katedra zdravotního a ekologického inženýrství Možnosti vyhodnocení kalibrace srážko-odtokového simulačního modelu Lukáš NovákDavid Stránský, Ph.D.

  2. Obsah prezentace • Motivace • Cíle • Metodické postupy • Metody kalibrace • Parametry a možnosti vyhodnocení • Potenciální kritéria • Diskuze • Závěr

  3. 1. Motivace Kalibrace s.-o. simulačních modelů „V managementu městského odvodnění se důležitá rozhodnutí stále více přijímají na podkladě výstupů ze simulačních prostředků srážko-odtokových poměrů v urbanizovaném povodí." zdroj: Hlavínek (2001) věrohodnost výstupů simulačních modelů??? požadavek kalibrace modelů zdroj: Krejčí et. al. (2000) cílevědomé a fyzikálně správné přizpůsobení vybraných parametrů nedostatečně zkalibrovaný model ovlivňuje efektivnost a investiční náklady navrhovaných opatření pro optimalizaci systému

  4. 1. Motivace Faktory mající vliv na kvalitu kalibrace • schematizace dat • o stokové síti a jednotlivých objektech • o povodí • o množství a „čas. rozložení" OV • o recipientu • o ČOV • o okrajových podmínkách • o počátečních podmínkách ovlivnění vztahu simulace X realita • schematizace procesů • hydrologické procesy • hydraulické procesy • kalibrace modelu • metoda kalibrace • kvalita použitých dat

  5. 1. Motivace Doporučení v dané problematice - ČR Stokové sítě a kanalizační přípojky ČSN 75 6101 Dešťové nádrže ČSN 75 6261 Odlehčovací komory a separátory TNV 75 6262 • Pražské standardy (2001) • …základním účelem matematického modelu je simulovat skutečné průtokové poměry v kanalizační síti… • matematické simulace musí respektovat…správný popis srážko-odtokového procesu • …model má reagovat na daný podnět (zatížení srážkou, manipulace na síti, funkce čerpání apod.) shodně s jeho odezvou v reálném systému… • „Environmentální modely jsou neodmyslitelně nedokonalé, neboť abstrahují a zjednodušují skutečné environmentální zákonitosti a procesy.“ (HarmonRiB, 2005) jaké požadavky mají simulační modely splňovat?

  6. 2. Cíle • přehled metod kalibrace • parametry a možnosti vyhodnocení kalibrace • potenciální kritéria parametrů pro vyhodnocení • „Neexistuje jediná unikátní statistická funkce nebo test, jež by určily, zda je či není model dostatečně věrohodný.“ (Donigian, Jr. 2000) • There is no single, accepted statistic or test that determines whether or not a model is validated

  7. 3. Metodické postupy Metody kalibrace – „filozofie“ „kalibrovat" …. „přibližovat se realitě" • hledání jediného unikátního nastavení parametrů • pokus – omyl • automatická kalibrace • „Code of Good Practice“ PEST, UCODE „state-of-the-art“ zdroj: Vojinovic, Solomatine (2006) • hledání sad parametrů, jež splňují požadovaná kritéria – equifinality concept(Beven, Binley, 1992) • …úloha kalibrace parametrů je matematicky špatně postavena • … výsledek není jednoznačný, vyhovujících řešení je mnoho • GLUE - Generalised Likelihood Uncertainty Estimation

  8. 3. Metodické postupy Metody kalibrace – „filozofie“ „equifinality“ koncept – „GLUE“ zdroj: Saltelli (2004) nastavení parametrů modelu není vhodné pro všechny možné situace … vyhovujících řešení je mnoho… • vytvoření reálných rozmezí parametrů • předpoklad rovnoměrného rozdělení parametru • Monte-Carlo simulace • vyhodnocení simulací - na základě porovnání s měřenými daty • vyhodnocení predikčních mezí – věrohodnost simulace • odvození nejistot daného parametru (& nejistoty struktury modelu)

  9. 3. Metodické postupy Metody kalibrace – srovnání stoková síť - povodí cca 20 ha, typická městská obytná zástavba - vysoká infiltrace/exfiltrace 3-měsíční monitorovací kampaň v r. 1994 simulační prostředek MOUSE - RDII modul … 22 kalibračních parametrů … 9 významných • metoda kalibrace • ovlivňuje výstupy • simulačního modelu zdroj: Vojinovic, Solomatine (2006) Vyhodnocení „chování„ s.s. za 3-měsíce v roce 1995 ΔV[%]

  10. 3. Metodické postupy Parametry vyhodnocení kalibrace V, hmax, vmax, Qmax Ti,max, Ω V… celkový objem události Qmax… maximální hodnota průtoku TQ,max… čas výskytu maximální hodnoty průtoku Ω … tvar hydrogramu hmax… maximální hodnota hladiny vmax… maximální hodnota rychlosti & Ti,max porovnání simulované a naměřené – referenční veličiny • grafické • statistické

  11. 3. Metodické postupy Grafické vyhodnocení kalibrace • časové řady • scattergraf • kumulativní frekvenční rozdělení

  12. 3. Metodické postupy Statistické vyhodnocení kalibrace • vyhodnocení odchylek • testy korelace (lineární korelační koeficient) • kumulativní distribuční test (test dle Kolmogorova-Smirnova) Qmax = 51,7 m3/s Qmax = 53,0 m3/s RE(Qmax) = 2,6% V = 115,4 m3 V = 118,9 m3 RE(V) = 3,0% ρ(P,O) = 0,933

  13. 3. Metodické postupy Statistické vyhodnocení kalibrace „tvar“ hydrogramu • „podobnost tvarů křivek“ → vhodnost statistických metod??? • střední kvadratická odchylka • koeficient determinace RMSE = 7,245 Ef = 0,854 Ef > 0,9 … velmi dobré 0,8 < Ef < 0,9 … dobré 0,6 < Ef < 0,8 … neuspokojivé (Shamseldin, 1997)

  14. 3. Metodické postupy Potenciální kritéria vyhodnocení kalibrace odlišná kritéria pro různé úrovně schematizace problematiky * platí pro výšku plnění při volné hladině v klíčových objektech systému, např. OK * v případě tlakového proudění ve stokové síti je doporučeno kritérium - 0,1 m až + 0,5 m

  15. Bod minimální nejistoty Nejistota Celková nejistota Nejistota struktury modelu Nejistota dat Komplexnost modelu 4. Diskuze Použití „sofistikovanějších“ modelů? realitu nelze postihnout, nakolik se ji však lze přiblížit? sofistikovanější model zdroj: EPA CREM (2003) větší množství parametrů ? více dílčích nejistot limity- přesnost měření - počty měření pro statistické vyhodnocení - problém „měřítka“ spolehlivější výstupy

  16. 4. Diskuze Výběr kalibračních událostí • data pro kalibraci • srážková • odezvy na s.s. • kvalita výstupů modelu při kalibraci nemůže být lepší než kvalita použitých naměřených dat • srážkové události • srážkový úhrn > 5 mm • rozsah trvání srážky – ideálně ½ Tc, 1 Tc, 1⅓ Tc • intenzita srážky > 6 mm/hodvíce než >4 minuty • plošné rozložení deště • srážkový úhrn v povodí by se neměl lišit >20% • rozdíl v čase maximální ntenzity by měl být < 15 minut • odchylka v průměrné intenzitě události by měla být < 30% • odezvy na s.s. v měrném profilu • výška plnění potrubí > 100 mm & rychlost proudění > 0.2 m.s-1 • poměr odezvy ku bezdeštnému průtoku by měl být dvojnásobný • významné objekty na s.s. by měly být ve funkci (např. OK, ČS…) • úroveň kalibrace závisí zejména na počtu měrných profilů, ve kterých je model ověřován než na preciznosti shody zdroj: WaPUG (2002)

  17. 5. Závěr • kritéria parametrů pro vyhodnocení kalibrace mohou: + zvýšit kvalitu simulačních modelů + zajistit porovnatelnost jednotlivých modelů • - nesmí „zapříčinit“ násilnou kalibraci • v rámci ČR by měl být vytvořen metodický pokyn pro aplikaci simulačních modelů • „Všechny modely jsou pochybné, ale některé přesto užitečné.“ (James, 2005)

  18. Děkuji za pozornost „Je na čase se podívat tváří tvář realitě přátelé… Opravdu nejsme raketoví inženýři.“ zdroj:www.bmpdatabase.org

More Related