Coupling machine learning and physical modelling for predicting runoff at catchment scale

地表径流 风暴 风速 环境科学 人工神经网络 气象学 体积热力学 比例(比率) 回归分析 机器学习 计算机科学 地理 生物 量子力学 物理 地图学 生态学
作者
Sergio Zubelzu,Abdulmomen Ghalkha,Chaouki Ben Issaid,Andréa Zanella,Mehdi Bennis
出处
期刊:Journal of Environmental Management [Elsevier BV]
卷期号:354: 120404-120404
标识
DOI:10.1016/j.jenvman.2024.120404
摘要

In this paper, we present an approach that combines data-driven and physical modelling for predicting the runoff occurrence and volume at catchment scale. With that aim, we first estimated the runoff volume from recorded storms aided by the Green-Ampt infiltration model. Then, we used machine learning algorithms, namely LightGBM (LGBM) and Deep Neural Network (DNN), to predict the outputs of the physical model fed on a set of atmospheric variables (relative humidity, temperature, atmospheric pressure, and wind velocity) collected before or immediately after the beginning of the storm. Results for a small urban catchment in Madrid show DNN performed better in predicting the runoff occurrence and volume. Moreover, enriching the input primary atmospheric variables with auxiliary variables (e.g., storm intensity data recorded during the first hour, or rain volume and intensity estimates obtained from auxiliary regression methods) largely increased the model performance. We show in this manuscript data-driven algorithms shaped by physical criteria can be successfully generated by allowing the data-driven algorithm learn from the output of physical models. It represents a novel approach for physics-informed data-driven algorithms shifting from common practices in hydrological modelling through machine learning.

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
yzq完成签到 ,获得积分10
刚刚
不想读文献应助不喜采纳,获得10
1秒前
dingchiou完成签到,获得积分10
2秒前
皮皮完成签到 ,获得积分10
2秒前
科研通AI6.1应助为治采纳,获得10
3秒前
zzz完成签到,获得积分10
4秒前
大模型应助张二十八采纳,获得10
4秒前
feng发布了新的文献求助10
4秒前
科研通AI6.3应助莫1031采纳,获得10
4秒前
weiericwang发布了新的文献求助20
6秒前
6秒前
xiankanyun完成签到,获得积分10
7秒前
似水流年完成签到 ,获得积分10
11秒前
果子完成签到 ,获得积分10
11秒前
乐乐应助淡然的冰薇采纳,获得10
12秒前
13秒前
英吉利25发布了新的文献求助20
13秒前
莫1031完成签到,获得积分10
13秒前
赘婿应助Annie采纳,获得50
14秒前
淡定的牛排完成签到,获得积分10
15秒前
wjq发布了新的文献求助10
17秒前
17秒前
17秒前
17秒前
龙仔发布了新的文献求助10
18秒前
18秒前
21秒前
甜甜长颈鹿完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
万人张完成签到,获得积分10
21秒前
JJ发布了新的文献求助10
22秒前
zx完成签到 ,获得积分10
23秒前
约翰森ner发布了新的文献求助10
24秒前
小满未满完成签到,获得积分10
24秒前
执着妙梦发布了新的文献求助10
24秒前
阳光襄发布了新的文献求助10
24秒前
25秒前
缓慢玉米发布了新的文献求助10
25秒前
悠11完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Lewis’s Child and Adolescent Psychiatry: A Comprehensive Textbook Sixth Edition 2000
Wolffs Headache and Other Head Pain 9th Edition 1000
Continuing Syntax 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 510
Austrian Economics: An Introduction 400
中国公共管理案例库案例《一梯之遥的高度》 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6226714
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8051629
关于积分的说明 16789149
捐赠科研通 5310137
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2828584
邀请新用户注册赠送积分活动 1806310
关于科研通互助平台的介绍 1665170