Enhancing Accuracy of Groundwater Level Forecasting with Minimal Computational Complexity Using Temporal Convolutional Network

计算机科学 卷积神经网络 地下水资源 人工神经网络 水文地质学 地下水 环境科学 机器学习 工程类 含水层 岩土工程
作者
Adnan Haider,Gwanghee Lee,Turab H. Jafri,Pilsun Yoon,Jize Piao,Kyoung-Son Jhang
出处
期刊:Water [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (23): 4041-4041 被引量:1
标识
DOI:10.3390/w15234041
摘要

Multiscale forecasting of groundwater levels (GWLs) is essential for ensuring the sustainable management of groundwater resources, particularly considering the potential impacts of climate change. Such forecasting requires a model that is not only accurate in predicting GWLs but also computationally efficient, ensuring its suitability for practical applications. In this study, a temporal convolutional network (TCN) is implemented to forecast GWLs for 17 monitoring wells possessing diverse hydrogeological characteristics, located across South Korea. Using deep learning, the influence of meteorological variables (i.e., temperature, precipitation) on the forecasted GWLs was investigated by dividing the input features into three categories. Additionally, the models were developed for three forecast intervals (at 1-, 3-, and 6-month lead times) using each category input. When compared with state-of-the-art models, that is, long short-term memory (LSTM) and artificial neural network (ANN), the TCN model showed superior performance and required much less computational complexity. On average, the TCN model outperformed the LSTM model by 24%, 21%, and 25%, and the ANN model by 24%, 37%, and 47%, respectively, for 1-, 3-, and 6-month lead times. Based on these results, the proposed TCN model can be used for real-time GWL forecasting in hydrological applications.

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