Physics‐Informed Deep Neural Networks for Learning Parameters and Constitutive Relationships in Subsurface Flow Problems

导水率 理查兹方程 压头 多孔介质 毛细管压力 人工神经网络 流量(数学) 电导率 应用数学 包气带 统计物理学 物理 机械 数学 计算机科学 人工智能 土壤科学 岩土工程 多孔性 热力学 地质学 量子力学 土壤水分
作者
Alexandre M. Tartakovsky,Carlos Ortiz Marrero,Paris Perdikaris,G. Tartakovsky,David A. Barajas‐Solano
出处
期刊:Water Resources Research [Wiley]
卷期号:56 (5) 被引量:346
标识
DOI:10.1029/2019wr026731
摘要

Abstract We present a physics‐informed deep neural network (DNN) method for estimating hydraulic conductivity in saturated and unsaturated flows governed by Darcy's law. For saturated flow, we approximate hydraulic conductivity and head with two DNNs and use Darcy's law in addition to measurements of hydraulic conductivity and head to train these DNNs. For unsaturated flow, we approximate unsaturated conductivity function and capillary pressure with DNNs and train these DNNs using measurements of capillary pressure and the Richards equation. Because it is difficult to measure unsaturated conductivity in the field, we assume that no measurements of unsaturated conductivity are available. The proposed approach enforces the partial differential equation (PDE) (Darcy or Richards equation) constraints by minimizing the PDE residual at select points in the simulation domain. We demonstrate that physics constraints increase the accuracy of DNN approximations of sparsely observed functions and allow for training DNNs when no direct measurements of the functions of interest are available. For the saturated conductivity estimation problem, we show that the physics‐informed DNN method is more accurate than the state‐of‐the‐art maximum a posteriori probability method. For the unsaturated flow in homogeneous porous media, we find that the proposed method can accurately estimate the pressure‐conductivity relationship based on the capillary pressure measurements only, even in the presence of measurement noise.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
刚刚
1秒前
1秒前
研友_VZG7GZ应助王易泽采纳,获得10
1秒前
elmacho完成签到 ,获得积分10
2秒前
脑洞疼应助郑一鸣采纳,获得10
2秒前
2秒前
小石头完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
十八发布了新的文献求助10
3秒前
HJJHJH发布了新的文献求助10
3秒前
qian发布了新的文献求助10
3秒前
moli0424完成签到,获得积分10
4秒前
深情安青应助派妮妮采纳,获得10
4秒前
科研通AI6.1应助啊啊啊啊采纳,获得10
4秒前
弋禾火完成签到,获得积分10
5秒前
魏君铭完成签到 ,获得积分10
5秒前
mxq发布了新的文献求助10
6秒前
Feixay完成签到,获得积分20
6秒前
Jiang10086发布了新的文献求助30
6秒前
HL发布了新的文献求助10
6秒前
李爱国应助咚咚采纳,获得10
7秒前
小马甲应助Andy1201采纳,获得10
7秒前
坚定平卉完成签到,获得积分10
7秒前
橘座发布了新的文献求助10
7秒前
英俊的铭应助TTTTT采纳,获得10
7秒前
7秒前
yuyuan完成签到 ,获得积分10
8秒前
研友_nVq1PL发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
9秒前
9秒前
Owen应助123456789采纳,获得10
9秒前
xiaoxia完成签到,获得积分10
11秒前
利奈唑胺完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
lusawn完成签到,获得积分10
12秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
12秒前
科研通AI6.1应助姬老师采纳,获得10
12秒前
高分求助中
Entre Praga y Madrid: los contactos checoslovaco-españoles (1948-1977) 1000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Discrete-Time Signals and Systems 610
Hope Teacher Rating Scale 600
Death Without End: Korea and the Thanatographics of War 500
Der Gleislage auf der Spur 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6090783
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7920619
关于积分的说明 16393255
捐赠科研通 5222991
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2792023
邀请新用户注册赠送积分活动 1774823
关于科研通互助平台的介绍 1649915