Physics‐Informed Neural Networks for the Augmented System of Shallow Water Equations With Topography

人工神经网络 浅水方程 波浪和浅水 统计物理学 物理 计算机科学 应用数学 地质学 人工智能 数学 机械 海洋学
作者
Susanna Dazzi
出处
期刊:Water Resources Research [Wiley]
卷期号:60 (10) 被引量:1
标识
DOI:10.1029/2023wr036589
摘要

Abstract Physics‐informed neural networks (PINNs) are gaining attention as an alternative approach to solve scientific problems governed by differential equations. This work aims at assessing the effectiveness of PINNs to solve a set of partial differential equations for which this method has never been considered, namely the augmented shallow water equations (SWEs) with topography. Differently from traditional SWEs, the bed elevation is considered as an additional conserved variable, and therefore one more equation expressing the fixed‐bed condition is included in the system. This approach allows the PINN model to leverage automatic differentiation to compute the bed slopes by learning the topographical information during training. PINNs are here tested for different one‐dimensional cases with non‐flat topography, and results are compared with analytical solutions. Though some limitations can be highlighted, PINNs show a good accuracy for the depth and velocity predictions even in the presence of non‐horizontal bottom. The solution of the augmented system of SWEs can therefore be regarded as a suitable alternative strategy to deal with flows over complex topography using PINNs, also in view of future extensions to realistic problems.
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