降雨流量模型:在小流域使用机器学习技术进行模型校准

IF 0.2 Q4 GEOSCIENCES, MULTIDISCIPLINARY
Thiago Boeno Patricio Luiz, Thomas Schröder
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摘要

基于降雨数据的流域流量估计对于与水资源管理有关的活动是极其重要的。准确地阐述水资源可用性情景有助于环境资源规划过程,避免可能的用水冲突。摘要本研究采用基于机器学习的结构,对南大巴州东部阿罗约格兰德流域的两种日尺度降雨径流模型进行了标定。采用人工神经网络(ann)和梯度增强机(GBM)方法,采用bootstrap重采样技术。本研究的目的是评估这些技术模拟历史径流序列的能力,考虑到位于河流测量站附近的两个降雨的影响。通过神经网络算法的决定系数(R²)和增强算法的决定系数(R²),以及较低的绝对偏差值,验证了这些技术的性能。通过残差图可以观察到这些技术应用的良好校准性能,其中GBM技术略优于RNA技术。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
MODELOS CHUVA-VAZÃO: USO DE TÉCNICAS DE APRENDIZAGEM DE MÁQUINAS PARA CALIBRAÇÃO DE MODELOS EM UMA PEQUENA BACIA HIDROGRÁFICA
Estimativas de vazoes em bacias hidrograficas baseadas em dados de precipitacao pluviometrica sao extremamente importantes para atividades relacionadas a gestao dos recursos hidricos. A elaboracao de cenarios de disponibilidade hidrica com boa precisao pode contribuir com os processos de planejamento dos recursos ambientais e evitar possiveis conflitos pelo uso da agua. Este trabalho utilizou estruturas baseadas em aprendizagem de maquinas (Machine Learning) para calibrar dois modelos de chuva-vazao em escala diaria na Bacia Hidrografica do Arroio Grande no leste do Rio Grande do Sul. Foram empregados metodos de Redes Neurais Artificiais (RNA) e Gradient Boosting Machine (GBM) com a tecnica bootstrap de reamostragem. O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade dessas tecnicas para modelar a serie historica de vazao, considerando-se a influencia de dois pluviometros localizados proximos a estacao fluviometrica.  A performance das tecnicas utilizadas foi verificada por meio do coeficiente de determinacao (R²), que atingiu 0,93 para o algoritmo de redes neurais e de 0,99 para o algoritmo de boosting, bem como pelos baixos valores do desvio absoluto. Atraves dos graficos de residuos foi possivel observar o bom desempenho de calibracao alcancado na aplicacao dessas tecnicas, onde a tecnica GBM apresentou-se levemente superior a de RNA.
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