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Hydrological Sciences Journal

Volume 52, Issue 3, 2007

Special Issue: Hydroinformatics

Watershed calibration using multistart local optimization and evolutionary optimization with radial basis function approximation Calage au niveau du bassin versant à l'aide d'une optimisation locale à démarrage multiple et d'une optimisation évolutive avec approximation à fonctions de base radiale

Watershed calibration using multistart local optimization and evolutionary optimization with radial basis function approximation

Calage au niveau du bassin versant à l'aide d'une optimisation locale à démarrage multiple et d'une optimisation évolutive avec approximation à fonctions de base radiale

DOI:
10.1623/hysj.52.3.450
CHRISTINE A. SHOEMAKERab, ROMMEL G. REGISc & RYAN C. FLEMINGa

pages 450-465

Available online: 18 Jan 2010

Abstract

Calibration of computationally expensive watershed models is more feasible with algorithms that require fewer simulations. This paper compares the performance of seven global optimization algorithms on a 14-parameter and an 8-parameter watershed calibration problem. The optimization algorithms include Shuffled Complex Evolution (SCE), Differential Evolution (DE), an evolutionary algorithm that uses Radial Basis Function (RBF) approximation (ESGRBF), and four types of local optimization methods coupled with the Multi-Level Single Linkage (MLSL) multistart procedure. The four local optimization algorithms are: Sequential Quadratic Programming, which is a derivative-based method; Unconstrained Optimization by Quadratic Approximation (UOBYQA), which is a derivativefree trust-region method; Pattern Search; and Implicit Filtering. The results indicate that ESGRBF is the most effective algorithm on the two calibration problems, followed by Implicit Filtering coupled with the MLSL multistart approach. Hence, this study provides some promising alternatives to the currently most widely used methods in watershed calibration, which did not perform as well.

Résumé

L'utilisation d'algorithmes demandant moins de simulations rend plus facile le calage de modèles de bassins versants coûteux en calcul. Cet article compare les performances de sept algorithmes d'optimisation globale pour le calage de 14 et de 8 paramètres au niveau du bassin versant. Les algorithmes d'optimisation incluent: la méthode de “shuffled complex evolution” (SCE), une méthode par évolution différentielle (DE), un algorithme évolutif basé sur une approximation à fonctions de base radiale (ESGRBF), et quatre méthodes d'optimisation locale couplées avec la procédure de démarrage multiple “multi-level single linkage” (MLSL). Les quatre algorithmes d'optimisation locale sont: la programmation quadratique séquentielle, qui est une méthode fondée sur les dérivées; l'optimisation sans contraintes par approximation quadratique, qui est une méthode de région de confiance sans dérivée; le “pattern search”; et le filtrage implicite. Les résultats indiquent que l'algorithme le plus efficace pour les deux exercices de calage est ESGRBF, suivi par le filtrage implicite couplé avec l'approche de démarrage multiple MLSL. Cette étude présente donc d'encourageantes alternatives à la méthode actuellement la plus utilisée pour le calage au niveau du bassin versant, dont les performances sont moindres.

Key words

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Details

  • Citation information:
  • Available online: 18 Jan 2010

Author affiliations

  • a School of Civil and Environmental Engineering, Cornell University, Ithaca, New York, 14853, USA E-mail:
  • b School of Operations Research and Industrial Engineering, Cornell University, Ithaca, New York, 14853, USA
  • c Cornell Theory Center, Cornell University, Ithaca, New York, 14853, USA

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