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Keywords:

  • automatic calibration;
  • hydrologic model;
  • groundwater table management;
  • Everglades Agricultural Area
  • calibrage automatique;
  • modèle hydrologique;
  • gestion de la nappe phréatique;
  • zone agricole des Everglades

ABSTRACT

The Shuffled Complex Evolution—Universal Algorithm (SCE-UA) is an automatic calibration algorithm that has shown success in finding a globally optimum objective function with more efficiency than other methods. We incorporated the SCE-UA into our novel modeling environment, utilizing an ontology-based simulation (OntoSim-Sugarcane) framework adapted to analyze groundwater table (WT) fluctuations and drainage practices on four farm basins in the Everglades Agricultural Area of south Florida.

Utilizing two water years (WY96–97) of farm WT fluctuations observed at a portion (<16 ha) of each farm basin, two parameters—lateral hydraulic conductivities of soil profile and vertical hydraulic conductivity of underlying limestone—were automatically calibrated. Regardless of farms, the best parameter sets that minimize the objective function of daily root mean square error could be found after 1500 simulation runs. The quality of matching simulated to observed values of farm WT were further assessed by the Nash–Sutcliffe efficiency coefficient (NSE). The NSE ranged from 0.38 to 0.75 (calibration period, WY96–97) and 0.10 to 0.76 (validation period, WY98–99) on all four farms. These results indicate that this coupling strengthens the capability of OntoSim-Sugarcane to model hydrology by objectively finding the best parameter sets. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.

RÉSUMÉ

L'optimisation par évolution mélangée de complexes de paramètres (SCE-UA) est un algorithme de calage automatique qui est connu pour trouver plus efficacement que d'autres méthodes dans la recherche d'une fonction objective globalement optimale. Nous avons intégré la SCE-UA dans notre environnement de modélisation en utilisant une simulation basée sur l'ontologie (OntoSim-canne à sucre) pour analyser les fluctuations de la nappe phréatique (WT) et des pratiques de drainage sur les blocs hydrauliques de quatre fermes situées dans les marais de la région agricole du sud de la Floride.

En utilisant deux années (WY96–97) de données piézométriques observées sur chaque bloc (<16 ha), deux paramètres—la conductivité hydraulique latérale du sol et la conductivité hydraulique verticale du calcaire sous-jacent—ont été automatiquement calés. Indépendamment du bloc, les meilleurs jeux de paramètres qui minimisent la racine de l'erreur quadratique moyenne la fonction objective a pu être trouvée après 1500 cycles de simulations. La qualité de l'appariement simulé à des valeurs observées a encore été évaluée par le coefficient d'efficacité Nash–Sutcliffe (NSE). Le NSE a varié de 0.38 à 0.75 (période d'étalonnage, années 96–97) et de 0.10 à 0.76 (période de validation, années 98–99) sur les quatre blocs hydrauliques. Ces résultats indiquent que ce couplage renforce la capacité de OntoSim-canne en tant que modèle hydrologique à trouver objectivement les meilleurs jeux de paramètres. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.