Alternative Approaches to a Calibration of Rainfall- Runoff Models for a Flood Frequency Analysis

Abstract

Abstract One of the tools which are currently being used in flood frequency analysis (FFA) is rainfall-runoff (RR) modelling. Its use in FFA often confronts the problem of how to correctly calibrate RR models to extreme flows. Since FFA only deals with extreme flows, traditional calibration techniques using simple objective functions such as the Nash-Sutcliffe model’s efficiency criterion are not sufficient. In this paper we have focused on proposing alternative approaches for calibration techniques of RR models in order to enhance the description of extreme flows. We have selected the HBV type conceptual, lumped model HRON as an RR model. We have suggested two alternative calibration approaches: 1) the use of a new optimization function that compares only values higher than the 95th percentile of observed flows and 2) using two sets of parameters to separately simulate low and high flows. Each of these improvements has enhanced the simulation of extreme flows, which has been demonstrated in the empirical cumulative distribution function calculated for the simulated and observed annual maximum series of flows. The results of this paper show that improvement can be obtained by both approaches, which give good agreement between observed and simulated extreme flows, while preserving a good simulation of low and medium flows Kivonat Gyakoriság-tartóssági vizsgálatra használt csapadék lefolyási modellek kalibrációjának alternatív megközelítései. Az árhullámok gyakoriság-tartóssági vizsgálatára (FFA) a napjainkban használt eszközök egyike a csapadék-lefolyás (RR) modellezés. Ennek használata során gyakran kerülünk szembe avval a problémával, hogy hogyan tudjuk korrekt módon kalibrálni a RR modelleket az extrém vízhozamokra. Mivel az FFA csak az extrém vízhozamokra koncentrál az olyan egyszerű, objektív függvényekkel dolgozó, klasszikus kalibrációs módszerek, mint a Nash-Sutcliffe féle kritérium nem megfelelőek. Jelen tanulmány alternatív megközelítéseket javasol a RR modellek kalibrálására, abból a célból, hogy az extrém vízhozamok elemzését javítsa. A vizsgálatra a HBV típusú koncepcionális, koncentrált paraméterű HRON modellt, mint RR modellt választottuk ki. Két alternatív kalibrációs megközelítést javasoltunk: 1) új optimalizációs függvény használata, amely csak a vizsgált vízhozamok 95. percentilisénél nagyobb értékeket hasonlítja össze és 2) két paraméter készlet használata külön a kis és a nagy vízhozamok szimulációjára. Mindkét új fejlesztési megközelítés javítja az extrém vízhozamok szimulációját, a fejlesztések hatását a szimulált és mért eves maximális vízhozam idősorok empirikus tartóssági görbéinek segítségével mutatjuk be. A tanulmány szerint mindkét megközelítés javulást eredményezhet, amely a vizsgált és szimulált extrém vízhozamok közötti jó egyezéssel igazolható, az alacsony és közepes vízhozamok tartományában való jó szimuláció megtartása mellett