Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων

Κύκλος παρουσιάσεων ερευνητικών δραστηριοτήτων ΤΥΠΥΘΕ Αθήνα, 22 Μαρτίου 2006 Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων Ανδρέας Ευστρατιάδης, Υποψήφιος ρ. Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Τοµέας Υδατικών Πόρων, Υδραυλικών και Θαλάσσιων Έργων

Λίγα λόγια για την διατριβή Τίτλος: Μη γραµµικές µέθοδοι σε πολυκριτηριακά προβλήµατα υδατικών πόρων, µε έµφαση στη βαθµονόµηση υδρολογικών µοντέλων Ηµεροµηνία ανάθεσης: 15/10/2002 Τριµελής συµβουλευτική επιτροπή:. Κουτσογιάννης, Αναπλ. Καθηγητής ΕΜΠ (επιβλέπων) Μ. Μιµίκου, Καθηγήτρια ΕΜΠ Ν. Μαµάσης, Λέκτορας ΕΜΠ Το αντικείµενο της διατριβής έχει ενταχθεί σε ερευνητικό πρόγραµµα του έργου «Ηράκλειτος: Υποτροφίες Έρευνας µε προτεραιότητα στη Βασική Έρευνα του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου» Κύριοι ερευνητικοί στόχοι: ανάπτυξη αλγορίθµων µη γραµµικής βελτιστοποίησης, για βαθµωτά και διανυσµατικά (πολυκριτηριακά) προβλήµατα ανάπτυξη στρατηγικών εκτίµησης παραµέτρων υδρολογικών µοντέλων, µε χρήση πολλαπλών κριτηρίων καλής προσαρµογής. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 2

ιάρθρωση παρουσίασης Περί υδρολογικών µοντέλων Χαρακτηριστικά του προβλήµατος βαθµονόµησης Εργαλεία βελτιστοποίησης Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Συζήτηση Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 3

Τα υδρολογικά µοντέλα ως εργαλεία µηχανικού Η βιβλιογραφία αναφέρει πάνω από 70 καταξιωµένα υδρολογικά µοντέλα (*) Η επιλογή του κατάλληλου µοντέλου εξαρτάται: από τον σκοπό της µελέτης από τα διαθέσιµα δεδοµένα (= περιοριστικός παράγοντας). Κάθε µοντέλο οφείλει να εξασφαλίζει: προγνωστική ικανότητα, δηλαδή δυνατότητα αναπαραγωγής όλου του φάσµατος των ιστορικών αποκρίσεων της λεκάνης συνέπεια ως προς τα χαρακτηριστικά του φυσικού συστήµατος. «Φορτίσεις», x: βροχή, δυνητική εξατµοδιαπνοή, απολήψεις κλπ. Μαθηµατική αναπαράσταση: y = H(x, θ) Γνωστές ιδιότητες ήπαράµετροι «Αποκρίσεις», y: απορροή, πραγµατική εξατµοδιαπνοή, εκφόρτιση υπόγειων νερών κλπ. (*) Singh, V. G., and D. A. Woolhiser, Mathematical modeling of watershed hydrology, J. Hydrol. Eng., ASCE, 7(4), 2002. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 4

Κατηγορίες υδρολογικών µοντέλων: (α) Με βάση την χωρική κλίµακα Αδιαµέριστα (lumped) Ηµι-κατανεµηµένα (semi-distributed) Ηµι-αδιαµέριστα (semi-lumped) Κατανεµηµένα (distributed) Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 5

Κατηγορίες υδρολογικών µοντέλων: (β) Με βάση την µαθηµατική δοµή Μοντέλα φυσικής βάσης Εννοιολογικά µοντέλα Στατιστικάστοχαστικά µοντέλα Μοντέλα «µαύρου κουτιού» Θεωρητικό υπόβαθρο Εξισώσεις ακόρεστης και κορεσµένης ροής, άλλες εµπειρικές εξισώσεις από πειραµατικές λεκάνες Παραµετρικές σχέσεις, σε υδραυλικά ανάλογα που αναπαριστούν τις κύριες υδρολογικές διεργασίες Σχέσεις που αναπαράγουν την στατιστική δοµή των µετρηµένων αποκρίσεων ιαδοχικοί µη γραµµικοί µετασχηµατισµοί σχέσεων αιτίου-αποτελέσµατος Φυσική συνέπεια Θεωρητικά πλήρης, αλλά µόνο σε πολύ µικρή (απειροστή;) χωρική κλίµακα Σχετική, εφόσον οι παράµετροι θεωρηθούν αντιπροσωπευτικές των «µακροσκοπικών» χαρακτηριστικών της λεκάνης Στοιχειώδης φυσική συνέπεια, ελεγχόµενη (από το µοντέλο) στατιστική συνέπεια Απολύτως καµία Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 6

Υδρολογικά µοντέλα: Σύγχρονες τάσεις Λεπτοµερής χωρική και χρονική κλίµακα προσοµοίωσης Φυσική προσέγγιση (εφαρµογή σε λεκάνες χωρίς µετρήσεις;) Αξιοποίηση κατανεµηµένης γεωγραφικής πληροφορίας Συνδυασµένη αναπαράσταση επιφανειακών και υπόγειων διεργασιών Σύζευξη µε κλιµατικά, διαχειριστικά και υδροδυναµικά µοντέλα Προσοµοίωση ποιοτικών χαρακτηριστικών του νερού Παραγωγή πολλαπλών αποκρίσεων, σε πολλαπλές θέσεις Λειτουργία σε πραγµατικό χρόνο (πρόγνωση) Έντονος υπολογιστικός φόρτος Μεγάλες απαιτήσεις σε δεδοµένα Μεγάλο πλήθος βαθµών ελευθερίας Εκτίµηση παραµέτρων; Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 7

Εκτίµηση παραµέτρων υδρολογικών µοντέλων: Ένα πρόβληµα βελτιστοποίησης 1. Επιλέγονται οι παράµετροι (= µεταβλητές ελέγχου) του µοντέλου, θ. 2. Επιλέγεται ένα δείγµα παρατηρήσεων ως προς τις αποκρίσεις y, που πρέπει να είναι αντιπροσωπευτικό της υδρολογικής δίαιτας της λεκάνης. 3. ιαµορφώνεται ένα βαθµωτό µέτρο προσαρµογής g µεταξύ των προσοµοιωµένων (y ) και των παρατηρηµένων (y) χρονοσειρών απόκρισης. 4. Ορίζεται το πεδίο αναζήτησης Θ των παραµέτρων, που κατά κανόνα δίνεται µε τη µορφή άνω και κάτω ορίων. 5. ιατυπώνεται το πρόβληµα µη γραµµικής βελτιστοποίησης: min g(θ), θ Θ 6. Με εφαρµογή του κατάλληλου αλγορίθµου βελτιστοποίησης, εντοπίζονται οι βέλτιστες τιµές των παραµέτρων, θ * Θ. Χρονοσειρές απόκρισης Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 8 y t y t Χρονικό βήµα, t

Εκτίµηση παραµέτρων υδρολογικών µοντέλων: Ένα µαθηµατικό παιχνίδι; Μετρηµένες φορτίσεις, x m Παρατηρηµένες φορτίσεις, x(x m ) Αρχικές συνθήκες, s 0 Πραγµατικές φορτίσεις, x * Πραγµατικές αποκρίσεις, y * Μοντέλο προσοµοίωσης, y = H(s 0, x, θ) θ Αλγόριθµος βελτιστοποίησης Μετρηµένες αποκρίσεις, y m Προσοµοιωµένες αποκρίσεις, y Παρατηρηµένες αποκρίσεις, y(y m ) Μέτρο προσαρµογής, g(y, y ) Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 9

Ανάλυση αβεβαιοτήτων: (α) οµικά σφάλµατα µοντέλου Υπο-παραµετροποίηση: Υπερβολικά αδρή αναπαράσταση των φυσικών διεργασιών, έως και απόκρυψη σηµαντικών πτυχών του υδρολογικού κύκλου. Χρήση χαµηλότερης χρονικής κλίµακας σε σχέση µε αυτήνπου υποστηρίζει το θεωρητικό υπόβαθρο του µοντέλου. Υπερ-παραµετροποίηση: Χρήση περισσότερων παραµέτρων από όσες µπορούν να υποστηρίξουν η πολυπλοκότητα των φυσικών διεργασιών, σε συνδυασµό µε τα διαθέσιµα ιστορικά δεδοµένα Αρχή της φειδωλής παραµετροποίησης (principle of parsimony): Ένα µαθηµατικό µοντέλο που βαθµονοµείται µε στατιστικές µεθόδους προσαρµογής οφείλει να έχει την απλούστερη δυνατή παραµετροποίηση. Εµπειρικός υδρολογικός κανόνας: Κάθε µεµονωµένο µέτρο προσαρµογής είναι επαρκές για την βαθµονόµηση 4 έως 6 παραµέτρων του µοντέλου. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 10

Ανάλυση αβεβαιοτήτων: (β) Σφάλµατα δεδοµένων εισόδου Τα υδρολογικά δεδοµένα που χρησιµοποιούνται ως στοιχεία εισόδου ή ελέγχου του µοντέλου διέπονται από πλήθος αβεβαιοτήτων λόγω: συστηµατικών και τυχαίων σφάλµατα µετρήσεων σφαλµάτων χρονικής µεταβλητότητας (υδρολογικές µεταβλητές σε συνεχή χρόνο, που εκτιµώνται από µετρήσεις σε διακριτό χρόνο) σφαλµάτων χωρικής µεταβλητότητας (ετερογενείς επιφανειακές διεργασίες, που περιγράφονται από σηµειακές µετρήσεις) σφαλµάτων αναγωγής της δευτερογενούς πληροφορίας σε πρωτογενή (π.χ. στάθµη παροχή, θερµοκρασία εξάτµιση, κλπ.). Γενικά, έχει παρατηρηθεί ότι η ευαισθησία των µοντέλων επηρεάζεται σηµαντικά από την χωρική µεταβλητότητα της βροχόπτωσης. Σηµαντική συνιστώσα αβεβαιότητας αποτελεί η εκτίµηση της συνεισφοράς της χιονόπτωσης στο υδατικό δυναµικό ορεινών λεκανών. Η επάρκεια των δεδοµένων εξαρτάται σε πολύ µεγαλύτερο βαθµό από την αντιπροσωπευτικότητα παρά το µήκος της υδρολογικής πληροφορίας. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 11

Ανάλυση αβεβαιοτήτων: (γ) Ακαταλληλότητα µέτρων προσαρµογής Το µέτρο προσαρµογής που χρησιµοποιείται στη βελτιστοποίηση πρέπει να είναι συµβατό µε τηνστατιστική δοµή των υπολοίπων, e t = y t y t. Το µέσο τετραγωνικό σφάλµα, που συχνά (και αβίαστα) υιοθετείται ως τυπικό στατιστικό µέτρο βαθµονόµησης, υποθέτει ότι τα υπόλοιπα: ακολουθούν κανονική κατανοµή, µε µηδενική µέση τιµή είναι οµοσκεδαστικά, δηλαδή διατηρούν σταθερή διασπορά είναι ασυσχέτιστα στον χώρο και τον χρόνο. Κατά κανόνα, καµία από τις παραπάνω υποθέσεις δεν ικανοποιείται, ενώ η υπόθεση της οµοσκεδαστικότητας παραβιάζεται εξ ορισµού, λόγω της διαδικασίας κατασκευής των σχέσεων στάθµης-παροχής. Αν ζητείται η προσαρµογή του µοντέλου σε πολλαπλές µετρηµένες αποκρίσεις ή/και σε πολλαπλά χαρακτηριστικά κάθε απόκρισης, τότε συνηθίζεται η διατύπωση ενός «καθολικού» µέτρου επίδοσης, µε συνάθροιση των επιµέρους µέτρων σε µια αυθαίρετη αριθµητική έκφραση, που αποκρύπτει σηµαντικές πτυχέςτουπροβλήµατος. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 12

Ανάλυση αβεβαιοτήτων: (δ) Αδυναµίες αλγορίθµων βελτιστοποίησης ηµιουργείται ένα εξαιρετικά απαιτητικό πρόβληµα αναζήτησης σε µη κυρτές επιφάνειες απόκρισης, µε κύρια χαρακτηριστικά: την ύπαρξη πληθώρας τοπικών ακροτάτων, σε διάφορες κλίµακες τη µη διαφορισιµότητα και την δηµιουργία ασυνεχειών, που οφείλονται στην διατύπωση περιορισµών τύπου κατωφλίου στο µοντέλο το έντονα τραχύ ανάγλυφο, µε κυριαρχία µακρόστενων κοιλάδων και αυχένων, που οφείλονται στην αλληλεπίδραση των παραµέτρων και την χαµηλή ευαισθησία του µοντέλου ως προς κάποιες παραµέτρους. Η δυσχέρεια του προβλήµατος αυξάνει «εκθετικά» µετοναριθµό των παραµέτρων (φαινόµενο γνωστό ως «κατάρα της διαστατικότητας»). Ο υπολογιστικός φόρτος του µοντέλου επιβάλλει την πραγµατοποίηση πολύ µικρού αριθµού δοκιµών σε σχέση µε τις απαιτήσεις του προβλήµατος. Πρακτικό ζητούµενο: Ο εντοπισµός µιας «εύλογα» καλής λύσης ως προς το κριτήριο προσαρµογής (όχι της ολικά βέλτιστης), µε «εύλογο» αριθµό δοκιµών. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 13

Ηθεµελιώδης έννοια της ισοδυναµίας ιατυπώνοντας ένα πρόβληµα βαθµονόµησης µε: διαφορετική σχηµατοποίηση/παραµετροποίηση του µοντέλου διαφορετικά δεδοµένα ελέγχου διαφορετικά µέτρα προσαρµογής (ή διαφορετικούςσυνδυασµούς τους) προκύπτουν «βέλτιστες» λύσεις που ενδεχοµένως διαφέρουν σηµαντικά, χαρακτηριστικό γνωστό ως αρχή της ισοδυναµίας (equifinality). Η διεθνής εµπειρία αποδέχεται (πλέον) ότι δεν υπάρχει µια «ολικά βέλτιστη» δοµή µοντέλου ούτε ένας «ολικά βέλτιστος» συνδυασµός παραµέτρων, που να αναπαράγουν αντικειµενικά καλύτερα τις διεργασίες µιας λεκάνης, οπότε: η αβεβαιότητα στη βαθµονόµηση είναι αναπόφευκτη η βελτιστοποίηση (ως µηχανική διαδικασία) δεν λύνει το πρόβληµα. Προκύπτουν έτσι δύο ζητούµενα: η ποσοτικοποίηση της αβεβαιότητας η διατύπωση µιας «συµβιβαστικής» βαθµονόµησης, για την επιχειρησιακή λειτουργία του µοντέλου. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 14

Η ανάγκη µιας πολυκριτηριακής προσέγγισης εδοµένο Η διαµόρφωση όλο και πιο σύνθετων µοντέλων, που επιβάλλει την χρήση µεγάλου αριθµού παραµέτρων Η περιγραφή πολλαπλών διεργασιών, σε πολλαπλές θέσεις, από τα κατανεµηµένα µοντέλα Η υποκειµενικότητα της διατύπωσης πολλαπλών µέτρων προσαρµογής, σταθµισµένων σε µια ενιαία έκφραση Οι πάσης φύσεως αβεβαιότητες επηρεάζουν κατά τρόπο χαοτικό την διαδικασία βαθµονόµησης Οι δυσχέρειες της διαδικασίας βελτιστοποίησης, σε µη κυρτούς χώρους µεγάλων διαστάσεων Ζητούµενο Η διατύπωση ικανού αριθµού µέτρων προσαρµογής, συµβατού µε την παραµετροποίηση του µοντέλου Η ταυτόχρονη αναπαραγωγή όλων των µετρηµένων αποκρίσεων, που εγγυάται την ευρωστία του µοντέλου Ο διακριτός χειρισµός των επιµέρους µέτρων, που καθίσταται αναγκαίος όταν αυτά είναι αντικρουόµενα Η ανίχνευση των σφαλµάτων και η διερεύνηση των αλληλεπιδράσεών τους Οεντοπισµός υποσχόµενων περιοχών, µε περιορισµό των ορίων αναζήτησης των παραµέτρων Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 15

Εργαλεία βελτιστοποίησης Τι σηµαίνει πολυκριτηριακή βελτιστοποίηση; Προϋποθέτει την διατύπωση µιας διανυσµατικής στοχικής συνάρτησης. Αδυναµία σύγκρισης λύσεων, εφόσον τα κριτήρια βελτιστοποίησης είναι αντικρουόµενα ή δεν αποτιµώνταισεκοινήβάση(π.χ. χρηµατική αξία). Ένα σηµείο είναι βέλτιστο αν δεν υπάρχει άλλο σηµείο που να µπορεί να βελτιώσει κάποιο κριτήριο, χωρίς ταυτόχρονα να χειροτερέψει τουλάχιστον ένα άλλο. Προκύπτει ένα σύνολο ισοδύναµων λύσεων, που καλούνται Pareto βέλτιστες ή µη κατώτερες (non-inferior) ή µη κυριαρχούµενες (non-dominated). Η τελική λύση που επιλέγεται βάσει «εξωτερικών» κριτηρίων καλείται πλέον συµβιβαστική (best-compromise). f 2 Μέτωπο Pareto, F * Πεδίο τιµών, F f 1 Φιλοσοφικό υπόβαθρο: Οικονοµικές και κοινωνικές θεωρίες περί ευµάρειας Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 16

Εργαλεία βελτιστοποίησης Αναζήτηση µη κατωτέρων λύσεων Παραγωγή µεµονωµένων λύσεων: Αναγωγή σε πρόβληµα ολικής βελτιστοποίησης µεµονωµένου κριτηρίου, µε τηνδιαµόρφωση µιας ενιαίας αριθµητικής έκφρασης, στην οποία σταθµίζονται τα επιµέρους κριτήρια. Τα χαρακτηριστικά της πλέον συµβιβαστικής λύσης προδιαγράφονται µε υποκειµενικό τρόπο, π.χ. µέσω συντελεστών βάρους. Παραγωγή πολλαπλών λύσεων: Προσαρµογή εξελικτικών αλγορίθµων, για την ταυτόχρονη παραγωγή πολλαπλών σηµείων (αφού στόχος είναι η περιγραφή της γεωµετρίας του µετώπου Pareto, και όχι η σύγκλιση σε µεµονωµένο σηµείο). Εισαγωγή µέτρων αποτίµησης της καταλληλότητας των λύσεων, που βασίζονται στην θεµελιώδη αρχή της κυριαρχίας. Τροποποίηση των διαδικασιών αναζήτησης, ώστε να ευνοούν την γέννηση µη κατωτέρων λύσεων και να εξασφαλίζουν την διατήρηση ενός καλά κατανεµηµένου πληθυσµού. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 17

Εργαλεία βελτιστοποίησης Ο εξελικτικός αλγόριθµος ανόπτησης-απλόκου Ευρετική µέθοδος ολικής βελτιστοποίησης, που υλοποιεί: µια διαδικασία εξελικτικής αναζήτησης, για ταυτόχρονη διερεύνηση του εφικτού χώρου µέσω ενός πληθυσµού σηµείων ένα εύρος κανόνων αναπαραγωγής νέων σηµείων, που βασίζονται σε µια γενικευµένη τεχνική κατερχόµενου απλόκου (downhill simplex) και σε µεταλλάξεις που εγγυώνται αύξηση της διασποράς του πληθυσµού µια στρατηγική προσοµοιωµένης ανόπτησης (simulated annealing), που εµποδίζει τον εγκλωβισµό σε τοπικά ακρότατα, επιτρέποντας κινήσεις αντίθετα στην πορεία βελτίωσης της τιµής της συνάρτησης µια διαδικασία αυτόµατης ρύθµισης του βαθµού τυχαιότητας. Ηενσωµάτωση στρατηγικών τοπικής και ολικής αναζήτησης σε ένα ενιαίο αλγοριθµικό σχήµα εξασφαλίζει: ευελιξία κινήσεων, για τον χειρισµό τωνγεωµετρικών ιδιοµορφιών των µη κυρτών επιφανειών απόκρισης ταχεία διερεύνηση των κυρτών περιοχών των εν λόγω επιφανειών. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 18

Εργαλεία βελτιστοποίησης Πολυκριτηριακή διατύπωση του αλγορίθµου ιαµορφώνεται ένα σύνθετο µέτρο αποτίµησης, µε συνιστώσες: ένα µέτρο κυριαρχίας, που λαµβάνει υπόψη τη σχετική θέση κάθε σηµείου σε σχέση µε τονπληθυσµό και ως προς κάθε κριτήριο, που ευνοεί την επιβίωση των µη κατωτέρων λύσεων ένα µέτρο «εφικτότητας», για την επιλογή συνδυασµών τιµών κριτηρίων που είναι αποδεκτοί, από πρακτική σκοπιά. Η διαδικασία αναζήτησης βασίζεται στο σχήµα ανόπτησης-απλόκου, στο οποίο: εµποδίζονται κινήσεις «σύγκλισης» (π.χ. συρρίκνωση απλόκου), ώστε να µεγιστοποιείται η διασπορά του πληθυσµού εµπλουτίζονται οι διαδικασίες µετάλλαξης, που επιδιώκουν την παραγωγή τόσο «κοντινών» όσο και «µακρινών» λύσεων. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 19 f 2 ε 2 Αποδεκτό πεδίο τιµών Βέλτιστο υπο-µέτωπο Μη αποδεκτό υπο-µέτωπο ε 1 f 1

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Χάρτης της περιοχής µελέτης Λιλαίας- Κεφαλόβρυσου Μαυρονερίου Αγίας Παρασκευής Πολυγύρας Σήραγγα Καρδίτσας Υδραγωγείο Μόρνου Υδραγωγείο ιστόµου Έρκυνα Μέλανα Λίµνη Υλίκη Υδραγωγείο Υλίκης Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 20

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Ιδιαιτερότητες του συστήµατος Η γεωλογία της λεκάνης χαρακτηρίζεται από το έντονα καρστικό υπόβαθρο, που δηµιουργεί εκτεταµένα µέτωπα διαφυγών προς την Υλίκη και την θάλασσα (αδύνατη η εκτίµηση των υδρολογικών απωλειών). Ο υδροφορέας εκφορτίζεται επιφανειακά µέσω πληθώρας καρστικών πηγών, που χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερα πλούσιο υδατικό δυναµικό (ασυνήθιστα υψηλή συνεισφορά της βασικής ροής). Λόγω των διηθήσεων κατά µήκος του ποταµού, το καρστ ανατροφοδοτείται από ανάντη πηγαία νερά (αδύνατη η κατάρτιση υδατικού ισοζυγίου). Ανταγωνιστικές χρήσεις νερού (άρδευση, ύδρευση Αθήνας µέσω Υλίκης και γεωτρήσεων µέσου ρου), µε συνδυασµένες απολήψεις από επιφανειακά και υπόγεια νερά (άγνωστη κατανοµή των απολήψεων). Οι αντλήσεις επηρεάζουν δραστικά την υδραυλική λειτουργία των πηγών, ενώ η θερινή παροχή του Β. Κηφισού στην έξοδο µηδενίζεται εξαιτίας των ανάντη αρδευτικών εκτροπών (έντονα διαταραγµένο φυσικό σύστηµα). Οι εισροές της Υλίκης είναι εξαρτώµενες από τις ανάντη επιφανειακές αλλά και υπόγειες απολήψεις (σύνθετο διαχειριστικό πρόβληµα). Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 21

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Μοντέλο επιφανειακής υδρολογίας Το µοντέλο Υ ΡΟΓΕΙΟΣ Εννοιολογικές δεξαµενές εδαφικής υγρασίας, ανά µονάδα υδρολογικής απόκρισης Βροχόπτωση Μοντέλο επιφανειακής υδρολογίας Μοντέλο υπόγειας υδρολογίας Πολυκυτταρικό σχήµα επίλυσης ισοδύναµο των πεπερασµένων όγκων, πεδίο ροής τύπου Darcy Επιφανειακή απορροή Κατείσδυση Μοντέλο υπόγειας υδρολογίας Υπόγεια απορροή Συνολική απορροή Αντλήσεις Μοντέλο λειτουργίας υδροσυστήµατος Αναπαράσταση υδροσυστήµατος ως µοντέλο δικτυακού προγραµµατισµού Υδατικές ανάγκες Μοντέλο λειτουργίας υδροσυστήµατος Υδατικό ισοζύγιο (παροχές, απολήψεις) Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 22

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Σχηµατοποίηση φυσικού συστήµατος Υδρογραφικό δίκτυο - Υπολεκάνες Κύτταρα υδροφορέα Μονάδες υδρολογικής απόκρισης Παραµετροποίηση υδρολογικών διεργασιών 4 τµήµατα υδατορευµάτων, µία παράµετρος (συντελεστής διήθησης) ανά υδατόρευµα 6 µονάδες υδρολογικής απόκρισης, 6 παράµετροι ανά δεξαµενή εδαφικής υγρασίας 30 κύτταρα, δύο παράµετροι ανά κύτταρο 6 πηγές, µία παράµετρος ανά πηγή Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 23

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Σχηµατοποίηση µοντέλου διαχείρισης Γραβιά Αµφίκλεια αύλεια Ορχοµενός Σήραγγα Καρδίτσας Γεωτρήσεις ΕΥ ΑΠ Αρδευτική εκτροπή Αρδευτικά κανάλια Κωπαΐδας Υδραγωγείο Υλίκης Γεωτρήσεις άνω ρου Γεωτρήσεις µέσου ρου Γεωτρήσεις κάτω ρου Γεωτρήσεις Κωπαΐδας Γεωτρήσεις Ακοντίου εδοµένα εισόδου µοντέλου Χρήσεις νερού και προτεραιότητες χρήσεων Οµαδοποίηση γεωτρήσεων Παροχετευτικότητες και κόστη υδραγωγείων και γεωτρήσεων Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 24

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Υδρολογικά δεδοµένα Υδροµετρικά δεδοµένα Ηµερήσιες παρατηρήσεις στάθµης στη διώρυγα Καρδίτσας (1907-σήµερα) Πρόγραµµα υδροµετρήσεων του ΙΓΜΕ (1980-1994) Βροχοµετρικά δεδοµένα Μηνιαία ύψη βροχής σε 13 σταθµούς (1969-2003) Επιφανειακή ολοκλήρωση µε τηµέθοδο Thiessen Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 25

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Μέτρα καλής προσαρµογής Συντελεστές προσδιορισµού και µεροληψία υδρογραφηµάτων: στην έξοδο της λεκάνης (σχετικά ακριβής χρονοσειρά µηνιαίας παροχής, από ηµερήσιες παρατηρήσεις στάθµης στη διώρυγα Καρδίτσας) κατάντη των έξι καρστικών πηγών (προσεγγιστική χρονοσειρά µηνιαίας παροχής, µε χρονική ολοκλήρωση 1-3 υδροµετρήσεων ανά µήνα). Μέτρα αναπαραγωγής µηδενικών παροχών: µηδενισµός θερινής ροής Β. Κηφισού λόγω ανάντη εκτροπών στείρευση πηγών λόγω κλιµατικών συνθηκών και υπεράντλησης. Μέτρα τάσης στάθµης, για διατήρηση οµαλής δίαιτας υδροφορέα: κατά τη βαθµονόµηση, τα συνδυαστικά µοντέλα δηµιουργούν συνθήκες µη ρεαλιστικής αναδιανοµής του αποθηκεµένου υπόγειου νερού µέσω του δείκτη Kendall, ελέγχθηκε η υπερετήσια τάση ανύψωσης ή ταπείνωσης της στάθµης των υπόγειων δεξαµενών, ώστε να είναι συµβατή µε τις πιεζοµετρικές παρατηρήσεις στη λεκάνη. Ζητούµενο: Η εκµετάλλευση όλης της διαθέσιµης γνώσης (µετρήσεις + εµπειρία) Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 26

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Αναζήτηση πλέον συµβιβαστικής βαθµονόµησης ιαµόρφωση καθολικού µέτρου επίδοσης: σταθµισµένο άθροισµαεπιµέρους µέτρων µεγαλύτερη βαρύτητα στην αναπαραγωγή της απορροής στην έξοδο και κατάντη των πηγών Μαυρονερίου (περιοχή γεωτρήσεων ΕΥ ΑΠ). Υβριδική «πολυκριτηριακή» στρατηγική εκτίµησης παραµέτρων: ιαδοχικές ολικές βελτιστοποιήσεις µέσω του εξελικτικού αλγορίθµου ανόπτησης-απλόκου, µε σταδιακή συρρίκνωση του χώρου αναζήτησης Αρχικά ξεχωριστή βελτιστοποίηση παραµέτρων επιφανειακών και υπόγειων νερών (παράµετροι διαφορετικής κλίµακας) Κατεύθυνση της αναζήτησης προς περιοχές που εξασφαλίζουν: (α) τιµές παραµέτρων συµβατές µε ταφυσικάχαρακτηριστικάτουσυστήµατος, (β) ικανοποιητική επίδοση όλων των µέτρων προσαρµογής, (γ) ρεαλιστική υδρολογική συµπεριφορά των µη µετρούµενων αποκρίσεων (π.χ. εξάτµιση), και (δ) ικανοποιητική επίδοση στην επαλήθευση. Ζητούµενο: Η «ενσωµάτωση» της υδρολογικής εµπειρίας στην βελτιστοποίηση Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 27

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Συντελεστές προσδιορισµού βέλτιστης λύσης Θέση ελέγχου Σήραγγα Καρδίτσας (έξοδος λεκάνης) άνω ρου (Λιλαία-Κεφαλόβρυσο) Αγ. Παρασκευής Μαυρονερίου Έρκυνα Μέλανα Πολυγύρας Βαθµονόµηση (10/1984-9/1990) 0.900 0.746 0.557 0.777 0.363 0.279 0.055 Επαλήθευση (10/1990-9/1994) 0.810 0.264-0.729-0.304-0.133 - Χαρακτηριστικά του προβλήµατος ολικής βελτιστοποίησης Κυµαινόµενος αριθµός µεταβλητών ελέγχου (έως και 105, για πλήρη βαθµονόµηση) Αριθµός δοκιµών από 1000 έως 10000 (ανάλογα µε τοπλήθοςτωνµεταβλητών) Χρόνος προσοµοίωσης (για 72 χρονικά βήµατα) περίπου 0.3 sec (Pentium 4, 2.80 GHz) Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 28

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Χαρακτηριστικά υδρογραφήµατα (1) Σήραγγα Καρδίτσας r 2 = 0.900 (βαθµονόµηση) r 2 = 0.810 (επαλήθευση) άνω ρου r 2 = 0.746 (βαθµονόµηση) r 2 = 0.240 (επαλήθευση) Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 29

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Χαρακτηριστικά υδρογραφήµατα (2) Μαυρονερίου r 2 = 0.777 (βαθµονόµηση) r 2 = 0.729 (επαλήθευση) Μέλανα r 2 = 0.279 (βαθµονόµηση) r 2 = -0.133 (επαλήθευση) Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 30

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Εµβάθυνση µέσω πολυκριτηριακής ανάλυσης ιατύπωση ενός εξαιρετικά απαιτητικού προβλήµατος διανυσµατικής βελτιστοποίησης 7 συναρτήσεων και 18 µεταβλητών ελέγχου, µε συνιστώσες τους συντελεστές προσδιορισµού των επτά υδρογραφηµάτων. Επιλογή των πλέον κρίσιµων παραµέτρων ως µεταβλητών ελέγχου: χωρητικότητες δεξαµενών εδαφικής υγρασίας και συντελεστές κατείσδυσης (για τις έξι µονάδες υδρολογικής απόκρισης) υδραυλική αγωγιµότητα κυττάρων που αναπαριστούν την λειτουργία των έξι καρστικών πηγών. Οι τιµές των υπόλοιπων παραµέτρων (περίπου 80) θεωρούνται γνωστές από την αρχική βαθµονόµηση. Για την περιγραφή της γεωµετρίας του µετώπου Pareto (= υπερεπιφάνεια στον 7-διάστατο χώρο), επιδιώκεται η παραγωγή 50 µη κατωτέρων λύσεων, µε 10000 δοκιµές (ελάχιστες για τις απαιτήσεις του προβλήµατος). Ζητούµενο: Η µαθηµατική περιγραφή (κατά Pareto) της ανταγωνιστικότητας των επιµέρους µέτρων καλής προσαρµογής και η ερµηνεία των αβεβαιοτήτων Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 31

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Ανταγωνιστικότητα µέτρων προσαρµογής Σφάλµα απορροής πηγών Μέλανα 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.12 0.14 0.16 0.18 Εξαιρετικά µεγάλο εύρος διακύµανσης τιµών ως προς το ένα κριτήριο Σφάλµα απορροής εξόδου λεκάνης Σφάλµα απορροής πηγών Μαυρονερίου 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 Μέτωπο Pareto µορφής «ορθής γωνίας» 0.20 0.25 0.30 0.35 Σφάλµα απορροής πηγών Λιλαίας Προκύπτουν µη αποδεκτοί«ανταγωνισµοί» που οφείλονται: (α) σε δοµικά σφάλµατα, λόγω της πολυπλοκότητας των διεργασιών (αρνητική συσχέτιση βροχής-παροχής πηγών), (β) σε σφάλµατα δεδοµένων, λόγω της κατασκευής δειγµάτων ελέγχου µε βάση αραιές µετρήσεις Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 32

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Εύρος συνόλου και µετώπου Pareto 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 µ1 µ2 µ3 µ4 µ5 µ6 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00-0.25-0.50-0.75-1.00 Ελάχιστο Μέγιστο Βέλτιστο Χωρητικότητα K (m), Συντ. κατείσδυσης µ -3.5-4.0-4.5-5.0 Log c (m/s) ιωρυγα Καρδίτσας Λιλαίας Μαυρονερίου Αγ. Παρασκευής Έρκυνα Μέλανα Πολυγύρας Συντελεστής προσδιορισµού (περίοδος βαθµονόµησης) -5.5-6.0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 Εύρος συνόλου Pareto Εύρος µετώπου Pareto 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00-0.25-0.50-0.75-1.00 Ελάχιστο Μέγιστο Βέλτιστο ιωρυγα Καρδίτσας Λιλαίας Μαυρονερίου Έρκυνα Μέλανα Συντελεστής προσδιορισµού (περίοδος επαλήθευσης) Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 33

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού «Παγίδευση» της πλέον συµβιβαστικής λύσης Με κατάλληλη ρύθµιση του πολυκριτηριακού αλγορίθµου, απορρίπτονται ως µη εφικτοί όλοι οι συνδυασµοί παραµέτρων µε αρνητικό συντελεστή προσδιορισµού, έστω και για ένα από τα επτά κριτήρια. Με ελάχιστο αριθµό δοκιµών (σε σχέση µε όσες χρειάστηκαν στην υβριδική βαθµονόµηση) επιτυγχάνεται µια ικανοποιητική περιγραφή του επιθυµητού υπο-µετώπου Pareto, όπου βρίσκεται η πλέον συµβιβαστική λύση. Συντελεστής προσδιορισµού 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Ελάχιστο Μέγιστο Βέλτιστο Συντελεστής προσδιορισµού 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00-0.25-0.50 ιωρυγα Καρδίτσας Λιλαίας Μαυρονερίου Αγ. Παρασκευής Έρκυνα Μέλανα Πολυγύρας ιωρυγα Καρδίτσας Λιλαίας Μαυρονερίου Έρκυνα Μέλανα Ελάχιστο Μέγιστο Βέλτιστο Αποτελέσµατα βαθµονόµησης Αποτελέσµατα επαλήθευσης Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 34

Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Μια απόπειρα µακράς επαλήθευσης: 1907-2003 Κατασκευή επιφανειακών βροχοπτώσεων: 1969-2003: Μέθοδος Thiessen, για τις 5 υπολεκάνες 1907-1968: Οργανική συσχέτιση µε τηµηνιαία βροχή στην Αλίαρτο Κατασκευή δυνητικής εξατµοδιαπνοής: 1984-1994: Μέθοδος Penman Λοιπά έτη: Προσαρµογή ηµιεµπειρικού µοντέλου στο δείγµα Penman και επέκταση µε είσοδο την µέση µηνιαία θερµοκρασία στην Αλίαρτο Εκτίµηση αρδευτικών αναγκών: 1980-2003: Σταθερές, µε βάση τις καλλιεργούµενες εκτάσεις στη λεκάνη 1907-1979: Θεώρηση ρυθµού ετήσιας µείωσης 1% Χρονοσειρές ελέγχου: 1907-2003: Πλήρες δείγµα µηνιαίας απορροής στην έξοδο της λεκάνης Πρόσφατες υδροµετρήσεις ΙΓΜΕ (1980-2000) Παλαιές υδροµετρήσεις ΥΠ Ε, Οργανισµού Κωπαΐδας και άλλων φορέων Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 35

90 Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Αναπαραγωγή υδρογραφήµατος εξόδου 80 Προσοµοιωµένη Παρατηρηµένη 70 60 50 40 30 20 10 0 80 70 60 50 40 30 20 10 Προσοµοιωµένη Παρατηρηµένη 0 Οκτ-57 Οκτ-58 Οκτ-59 Οκτ-60 Οκτ-61 Οκτ-62 Οκτ-63 Οκτ-64 Οκτ-65 Οκτ-66 Οκτ-67 Οκτ-68 Οκτ-69 Οκτ-70 Οκτ-71 Οκτ-72 Οκτ-73 Οκτ-74 Οκτ-75 Οκτ-76 Οκτ-77 Οκτ-78 Οκτ-79 Οκτ-80 Οκτ-81 Οκτ-82 Οκτ-83 Οκτ-84 Οκτ-85 Οκτ-86 Οκτ-87 Οκτ-88 Οκτ-89 Οκτ-90 Οκτ-91 Οκτ-92 Οκτ-93 Οκτ-94 Οκτ-95 Οκτ-96 Οκτ-97 Οκτ-98 Οκτ-99 Οκτ-00 Οκτ-01 Οκτ-02 Mέση µηνιαία παροχή (m 3 /s) Οκτ-07 Οκτ-08 Οκτ-09 Οκτ-10 Οκτ-11 Οκτ-12 Οκτ-13 Οκτ-14 Οκτ-15 Οκτ-16 Οκτ-17 Οκτ-18 Οκτ-19 Οκτ-20 Οκτ-21 Οκτ-22 Οκτ-23 Οκτ-24 Οκτ-25 Οκτ-26 Οκτ-27 Οκτ-28 Οκτ-29 Οκτ-30 Οκτ-31 Οκτ-32 Οκτ-33 Οκτ-34 Οκτ-35 Οκτ-36 Οκτ-37 Οκτ-38 Οκτ-39 Οκτ-40 Οκτ-41 Οκτ-42 Οκτ-43 Οκτ-44 Οκτ-45 Οκτ-46 Οκτ-47 Οκτ-48 Οκτ-49 Οκτ-50 Οκτ-51 Οκτ-52 Οκτ-53 Οκτ-54 Οκτ-55 Οκτ-56 Mέση µηνιαία παροχή (m 3 /s) Βαθµονόµηση Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 36

5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Εφαρµογή στη λεκάνη του Β. Κηφισού Αναπαραγωγή υδρογραφηµάτων πηγών ΠΗΓΕΣ ΜΑΥΡΟΝΕΡΙΟΥ Προσοµοιωµένη Παρατηρηµένη 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Προσοµοιωµένη Παρατηρηµένη ΠΗΓΕΣ ΜΕΛΑΝΑ ΠΗΓΕΣ ΛΙΛΑΙΑΣ-ΚΕΦΑΛΟΒΡΥΣΟΥ 8.0 7.0 Προσοµοιωµένη Παρατηρηµένη 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 Ιουλ-32 Ιουλ-35 Ιουλ-38 Ιουλ-41 Ιουλ-44 Ιουλ-47 Ιουλ-50 Ιουλ-53 Ιουλ-56 Ιουλ-59 Ιουλ-62 Ιουλ-65 Ιουλ-68 Ιουλ-71 Ιουλ-74 Ιουλ-77 Ιουλ-80 Ιουλ-83 Ιουλ-86 Ιουλ-89 Ιουλ-92 Ιουλ-95 Ιουλ-98 Ιουλ-01 Mέση µηνιαία παροχή (m 3 /s) Μαϊ-81 Μαϊ-83 Μαϊ-85 Μαϊ-87 Μαϊ-89 Μαϊ-91 Μαϊ-93 Μαϊ-95 Μαϊ-97 Μαϊ-99 Μαϊ-01 Μαϊ-03 Μαϊ-81 Μαϊ-82 Μαϊ-83 Μαϊ-84 Μαϊ-85 Μαϊ-86 Μαϊ-87 Μαϊ-88 Μαϊ-89 Μαϊ-90 Μαϊ-91 Μαϊ-92 Μαϊ-93 Μαϊ-94 Μαϊ-95 Mέση µηνιαία παροχή (m 3 /s) Mέση µηνιαία παροχή (m 3 /s) Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 37

Συµπεράσµατα Τα σύγχρονα υδρολογικά µοντέλα επιδιώκουν µια ολιστική προσέγγιση, που καθιστά ωστόσο την διαδικασία βαθµονόµησης όλο και πιο δυσχερή. Παρά την συνεχή βελτίωση της ακρίβειας και ταχύτητας των αλγορίθµων βελτιστοποίησης, το πρόβληµα βαθµονόµησης δεν µπορεί να αντιµετωπιστεί στα πλαίσια µιας πλήρως αυτοµατοποιηµένης υπολογιστικής διαδικασίας. Ηεπιτυχήςβαθµονόµηση προϋποθέτει την εξονυχιστική ανάλυση κάθε τύπου πληροφορίας και την αξιοποίηση της υδρολογικής εµπειρίας. Σηµείο-κλειδί στη διαµόρφωση ευσταθών µοντέλων αποτελεί η διατύπωση της απλούστερης δυνατής παραµετροποίησης, που αντικατοπτρίζει την διαθέσιµη γνώση για το υπό µελέτη υδροσύστηµα. Ο αριθµός των παραµέτρων ενός µοντέλου πρέπει να είναι συµβατός µε τον αριθµό των κριτηρίων προσαρµογής στη βαθµονόµηση. Η πολυκριτηριακή ανάλυση µπορεί να αποτελέσει ένα επιπλέον εργαλείο στην κατεύθυνση µιας επιτυχούς και ρεαλιστικής βαθµονόµησης, καθώς «φωτίζει» σηµαντικέςπτυχέςτηςσυµπεριφοράς ενός µοντέλου. Α. Ευστρατιάδης, Στρατηγικές και αλγόριθµοι πολυκριτηριακής βαθµονόµησης σύνθετων υδρολογικών µοντέλων 38