uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Accuracy in Swedish unsegmented and segmented rating curves: Accounting for measurement uncertainty and heteroscedasticity
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Noggrannhet i svenska segmenterade och osegmenterade i avbördningskurvor : Med hänsyn till mätosäkerhet och heteroskedacitet (Swedish)
Abstract [en]

River discharge estimation is the basic hydrological information for most hydrological applications in various socioeconomic planning. Increasing the accuracy of the traditional rating curve in relation to river discharge estimation would be very valuable to hydrological applications. Suggestions have been made that the traditional power function rating curve should be divided into several segments because this is often motivated by the physical characteristics of the river. Each curve is commonly constructed by regression and each requires 3 estimated parameters. However stage-discharge data is often scarce, and this scarcity could lead to overparametrization and deterioration of accuracy.

By constructing many unsegmented and segmented rating curves accounting for measurement uncertainty, the models can be validated, it can be determined if segmented rating curves suffers from overparametrization. The results showed that two-segmented rating curves did not yield better fits to data, and nor did it generate larger errors than unsegmented rating curves in extrapolation. Segmentation only reduced errors in low flow interpolation, when there is a clear segmentation.  It could also be concluded that unsegmented rating curves were slightly more robust when extrapolating. The biggest impact on rating curve errors was shown not to be determined by segmentation, but rather much more dependent on the amount of discharge measurement uncertainty or choice of regression method. With a mean discharge uncertainty of ±5 %, the errors from in high flow was 60 % in interpolation and 35 % in extrapolation. For low flows, the interpolation errors were around 95 % end extrapolation error estimation was 250 %. Conclusions could also be made that the relative errors from rating curves increased with lower discharges.

Other important regression factors, such as heteroscedasticity, sometimes showed to have substantial impact on rating curve regressions, generally reduced from 59 % occurrence in unsegmented rating curves to 14-15 % in segmented rating curves. 

Abstract [sv]

Uppskattning av vattenflöden i vattendrag är den grundläggande informationen för de flesta hydrologiska applikationer vid olika typer av socioekonomisk planering. Att förbättra noggrannheten i avbördningskurvor då vattenflödet uppskattas vid en mätstation skulle vara värdefullt för de flesta tillämpningar där vattenflöden används. Tidigare studier har föreslagit att avbördningskurvor borde delas upp i flera segment, eftersom vattendrag inte sällan har olika segment med olika fysikaliska karaktärer. Varje segment kräver dock att 2-3 regressionsparametrar bestäms, men flödesmätningar vid olika vattennivåer är ofta få, och knappheten kan göra att en utökad modell blir överparametriserad och än mer osäker.

 

Genom att konstruera många avbördningskurvor, segmenterade och osegmenterade, kan dessa valideras mot valideringsdata och var det möjligt se om segmenterade avbördningskurvor blev överparametriserade. Studien visade att segmenterade avbördningskurvor vid kalibrering, interpolation och extrapolation generellt inte gav bättre prediktion än osegmenterade avbördningskurvor. Vid låga flöden och tydligt motiverade segmenteringar gav segmenterade avbördningskurvor en bättre interpolation, men dock inte vid extrapolation, vilket är en indikation att segmenterade avbördningskurvor var något överparametriserade. Den största inverkan på att minska felen i avbördningskurvor var var att minska mätosäkerheten i flödesmätningarna. Med en genomsnittlig mätosäkerhet i flödesmätningarna på ±5 % kunde osäkerheten kvantifieras till kring 60 % för interpolerade osegmenterade avbördningskurvor vid höga flöden och kring 95 % vid låga flöden. Variansen var dock stor. Osäkerheten från modellvalideringen av extrapolation för osegmenterade avbördningskurvor vid höga flöden kvantifierades till kring 35 % vid höga flöden och kring 250 % vid låga flöden. Resultaten visade att de relativa felen från avbördningskurvor blev större för ju lägre flödet blir.

 

Heteroskedastitet, som kan generera osäkerheter i avbördningskurvor, visade sig vara vanligare (59 %) i osegmenterade avbördningskurvor jämfört med segmenterade (14-15 %). Även antalet flödesmätningar hade en betydelse för felen i avbördningskurvor.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 32 p.
Series
UPTEC W, ISSN 1401-5765 ; 16014
Keyword [en]
Rating curve, Non-linear-regression, Projection variable method, river discharge, gauging station, stage, uncertainty, validation, Overparametrization, overfit, hydrology
National Category
Oceanography, Hydrology, Water Resources Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-293383OAI: oai:DiVA.org:uu-293383DiVA: diva2:927611
External cooperation
SMHI
Educational program
Master Programme in Environmental and Water Engineering
Presentation
2016-01-25, Småland, Geocentrum, Villav. 16, Uppsala, 14:40 (English)
Supervisors
Examiners
Projects
Avbördningskurva, icke-linjär regression, flöde, flödesmätning, osäkerhet, validering, hydrologi, överparametrisering, vattenstånd
Available from: 2016-05-12 Created: 2016-05-12 Last updated: 2016-05-12Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1499 kB)64 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1499 kBChecksum SHA-512
ec8eae364a0a616ff38677f8ae5819ffe937849b27a65b7ef85475e6a90133f103376632e7ed4595de15cb1f79347fb10564f1417f7394221ffde54c56399aba
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Earth Sciences
Oceanography, Hydrology, Water ResourcesEngineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 64 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 337 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf