Coupling hydrological simulation and deep learning for real-time flood defense in mountainous cities: A case study of the June 18, 2023 extreme flood in Guiyang Penshuichi

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作者
Jiayang Wang,Liangyu Pan,Xiaoling Tang,Rui Wang (52434),Ning Liu
出处
期刊:Journal of Hydrology: Regional Studies [Elsevier BV]
卷期号:68: 104167-104167
标识
DOI:10.1016/j.ejrh.2026.104167
摘要

Study region This study focuses on Penshuichi Metro Station in Guiyang, southwestern China, where steep slopes and a low-lying urban center promote rapid runoff concentration and water accumulation. Study focus A framework coupling hydrological simulation and deep learning was developed for real-time inundation forecasting and graded flood defense. The Xinanjiang model generated 5000 rainfall–inundation scenarios incorporating rainfall, terrain, runoff concentration, and drainage variability. A Bidirectional Long Short-Term Memory network with Multi-Head Attention was trained to forecast entrance water depth 10–90 min ahead. The forecasts were combined with inundation duration and pedestrian stability to quantify personnel risk and guide barrier selection. At the 10-min lead time, the model achieved a Nash–Sutcliffe efficiency of 0.991 and a Mean Absolute Error of 0.012 m; its efficiency remained 0.905 at 90 min, outperforming five benchmarks. New hydrological insights for the region Reconstruction of the June 18 flood revealed an approximately one-hour lag between peak rainfall and peak inundation risk due to rainfall accumulation, slope-driven runoff concentration, and limited drainage capacity. During this delayed response, the personnel risk coefficient continued to rise and ultimately reached 0.943. Scenario analysis further showed that increasing barrier height progressively reduced risk, with a 1.00-m barrier lowering the peak coefficient to 0.150. These findings highlight the value of water-depth forecasting, timely warnings, and early graded-barrier deployment in mountainous cities.
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