Desarrollo de un sistema de predicción hidrológica probabilística para la Región de La Mojana, Colombia Darwin Brochero
1
y Nelson Obregón2
1 Apox Technologies (Canadá)
[email protected] 2 Instituto
Geofísico - Pontificia Universidad Javeriana (Colombia)
[email protected]
Noviembre 9 del 2016
Modelo de predicción probabilista
Source: R. Verret, N. Gagnon, Canadian Meteorological Centre, 2011. (adaptation)
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
2 / 13
Modelo de predicción probabilista
Source: R. Verret, N. Gagnon, Canadian Meteorological Centre, 2011. (adaptation)
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
2 / 13
Modelo de predicción probabilista
Source: R. Verret, N. Gagnon, Canadian Meteorological Centre, 2011. (adaptation)
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
2 / 13
Modelo de predicción probabilista
Source: R. Verret, N. Gagnon, Canadian Meteorological Centre, 2011. (adaptation)
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
2 / 13
Evaluación de la distribución del sistema probabilista
Source: Cloke and Pappenberger, Ensemble flood forecasting: A review, 2009. (adaptation) Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
3 / 13
Evaluación de la distribución del sistema probabilista
Source: Cloke and Pappenberger, Ensemble flood forecasting: A review, 2009. (adaptation) Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
3 / 13
Evaluación de la distribución del sistema probabilista
Source: Cloke and Pappenberger, Ensemble flood forecasting: A review, 2009. (adaptation) Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
3 / 13
Evaluación de la distribución del sistema probabilista
Source: Cloke and Pappenberger, Ensemble flood forecasting: A review, 2009. (adaptation) Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
3 / 13
Ejemplo de un plan de contingencia
Suponga un escenario donde Q > 285 (alto nivel de advertencia) I I I
Activar el plan de contingencia: 100$ Inundación sin activación del plan de contingencia: 1000$ Probabilidad de inundación de la predicción es del 15 % F
¿Cuál decisión deberíamos tomar?
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
4 / 13
Ejemplo de un plan de contingencia
Suponga un escenario donde Q > 285 (alto nivel de advertencia) I I I
Activar el plan de contingencia: 100$ Inundación sin activación del plan de contingencia: 1000$ Probabilidad de inundación de la predicción es del 15 % F
¿Cuál decisión deberíamos tomar?
Si tenemos 20 registros históricos dónde el sistema de predicción probabilista mostró tal escenario y el sistema se considera fiable: I I
Costos por no activar el plan serán: (0.15 × 20) × 1000$ = 3 000$ Costos por activar siempre el plan serán: 20 × 100$ = 2 000$
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
4 / 13
Ejemplo de un plan de contingencia
Suponga un escenario donde Q > 285 (alto nivel de advertencia) I I I
Activar el plan de contingencia: 100$ Inundación sin activación del plan de contingencia: 1000$ Probabilidad de inundación de la predicción es del 15 % F
¿Cuál decisión deberíamos tomar?
Si tenemos 20 registros históricos dónde el sistema de predicción probabilista mostró tal escenario y el sistema se considera fiable: I I
Costos por no activar el plan serán: (0.15 × 20) × 1000$ = 3 000$ Costos por activar siempre el plan serán: 20 × 100$ = 2 000$
Solamente un sistema fiable nos permite tomar una decisión acertada.
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
4 / 13
Nash-Sufcliffe (a maximizar)
Resultados en La Mojana (FTH=3 días) 1.0
Alt-2
Alt-4
Alt-1
0.9 0.8 0.7 0.6 Alt-3 0.515
25
35
Error de la fiabilidad (a minimizar)
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
45 5 / 13
Área de estudio
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
6 / 13
Elementos clave
Calibración entre enero 2005 y agosto 2011
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
7 / 13
Elementos clave
Calibración entre enero 2005 y agosto 2011 Validación entre agosto 2011 y diciembre 2011
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
7 / 13
Elementos clave
Calibración entre enero 2005 y agosto 2011 Validación entre agosto 2011 y diciembre 2011 Pronóstico en Puerto Valdivia con una red neuronal tipo NARX
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
7 / 13
Elementos clave
Calibración entre enero 2005 y agosto 2011 Validación entre agosto 2011 y diciembre 2011 Pronóstico en Puerto Valdivia con una red neuronal tipo NARX 110 Escenarios meteorológicos de Canadá, Estados Unidos, Brasil y Europa
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
7 / 13
Elementos clave
Calibración entre enero 2005 y agosto 2011 Validación entre agosto 2011 y diciembre 2011 Pronóstico en Puerto Valdivia con una red neuronal tipo NARX 110 Escenarios meteorológicos de Canadá, Estados Unidos, Brasil y Europa Modelos hidrológicos: GR4J – 4 par. (Francia), HBV – 9 par. (Suecia) y SIMHYD – 8 par. (Australia)
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
7 / 13
Elementos clave
Calibración entre enero 2005 y agosto 2011 Validación entre agosto 2011 y diciembre 2011 Pronóstico en Puerto Valdivia con una red neuronal tipo NARX 110 Escenarios meteorológicos de Canadá, Estados Unidos, Brasil y Europa Modelos hidrológicos: GR4J – 4 par. (Francia), HBV – 9 par. (Suecia) y SIMHYD – 8 par. (Australia) Postprocesamiento meteorológico con el método Backward Greedy Selection
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
7 / 13
Elementos clave
Calibración entre enero 2005 y agosto 2011 Validación entre agosto 2011 y diciembre 2011 Pronóstico en Puerto Valdivia con una red neuronal tipo NARX 110 Escenarios meteorológicos de Canadá, Estados Unidos, Brasil y Europa Modelos hidrológicos: GR4J – 4 par. (Francia), HBV – 9 par. (Suecia) y SIMHYD – 8 par. (Australia) Postprocesamiento meteorológico con el método Backward Greedy Selection Optimización de paramétros con el algoritmo DDS
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
7 / 13
Nash-Sutc. y CRPS NS = 1 −
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
MSE(fct-obs) σ 2 (obs)
HEPS La Mojana
(−∞, 1]
:
9/11/2016
8 / 13
Nash-Sutc. y CRPS NS = 1 −
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
MSE(fct-obs) σ 2 (obs)
HEPS La Mojana
(−∞, 1]
:
9/11/2016
8 / 13
Scores - Error sobre el diagrama de fiabilidad
...
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
9 / 13
Scores - Error sobre el diagrama de fiabilidad
...
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
9 / 13
Alternativas evaluadas Alt-1: GR4J calibrado con DDS (MSE) y valores observados de precipitación entre enero de 2005 y agosto de 2011.
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
10 / 13
Alternativas evaluadas Alt-1: GR4J calibrado con DDS (MSE) y valores observados de precipitación entre enero de 2005 y agosto de 2011. Alt-2: GR4J, HBV y SIMHYD. Calibración con DDS (MSE) y una combinación de datos observados y el postprocesamiento de la base de datos TIGGE.
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
10 / 13
Alternativas evaluadas
Alt-3: GR4J, HBV y SIMHYD. Calibración con DDS (MAE-RD, CRPS) y base de datos TIGGE sin postprocesamiento.
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
11 / 13
Alternativas evaluadas
Alt-3: GR4J, HBV y SIMHYD. Calibración con DDS (MAE-RD, CRPS) y base de datos TIGGE sin postprocesamiento. Alt-4: GR4J, HBV y SIMHYD. Calibración con DDS (MAE-RD, CRPS), base de datos TIGGE sin postprocesamiento y asimilación de datos (corrección automática de sesgo).
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
11 / 13
Nash-Sufcliffe (a maximizar)
Resultados
1.0
Score
Alt-1
Alt-2
Alt-3
Alt-4
Fiabilidad CRPS MAE NS
42.89 4.29 4.71 0.93
27.17 3.06 4.14 0.96
17.39 9.99 14.27 0.52
15.67 3.94 5.31 0.93
Alt-2
Alt-4
Alt-1
0.9 0.8 0.7 0.6 Alt-3 0.515
25
35
Error de la fiabilidad (a minimizar)
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
45 9/11/2016
12 / 13
Conclusiones
Necesidad de múltiples modelos hidrológicos
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
13 / 13
Conclusiones
Necesidad de múltiples modelos hidrológicos Postprocesamiento mejora la fiabilidad sin sacrificar el sesgo
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
13 / 13
Conclusiones
Necesidad de múltiples modelos hidrológicos Postprocesamiento mejora la fiabilidad sin sacrificar el sesgo Calibración orientada en los scores se centra especialmente en la fiabilidad
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
13 / 13
Conclusiones
Necesidad de múltiples modelos hidrológicos Postprocesamiento mejora la fiabilidad sin sacrificar el sesgo Calibración orientada en los scores se centra especialmente en la fiabilidad Calibración orientada en los scores combinada con asimilación de datos equilibra la pérdida de sesgo en el sistema
Brochero y Obregón (Colc/FIGUJ/Apox)
HEPS La Mojana
:
9/11/2016
13 / 13
Presentación hecha en en LATEX