Fully distributed rainfall-runoff modeling using spatial-temporal graph neural network

分水岭 地表径流 计算机科学 网格 Vflo 径流曲线数 图形 径流模型 数据挖掘 空间分析 水流 水文模型 一般化 水文学(农业) 机器学习 遥感 地图学 理论计算机科学 数学 地理 地质学 流域 生态学 数学分析 几何学 岩土工程 气候学 生物
作者
Zhongrun Xiang,İbrahim Demir
出处
期刊:California Digital Library - EarthArXiv 被引量:9
标识
DOI:10.31223/x57p74
摘要

Recent studies using latest deep learning algorithms such as LSTM (Long Short-Term Memory) have shown great promise in time-series modeling. There are many studies focusing on the watershed-scale rainfall-runoff modeling or streamflow forecasting, often considering a single watershed with limited generalization capabilities. To improve the model performance, several studies explored an integrated approach by decomposing a large watershed into multiple sub-watersheds with semi-distributed structure. In this study, we propose an innovative physics-informed fully-distributed rainfall-runoff model, NRM-Graph (Neural Runoff Model-Graph), using Graph Neural Networks (GNN) to make full use of spatial information including the flow direction and geographic data. Specifically, we applied a time-series model on each grid cell for its runoff production. The output of each grid cell is then aggregated by a GNN as the final runoff at the watershed outlet. The case study shows that our GNN based model successfully represents the spatial information in predictions. NRM-Graph network has shown less over-fitting and a significant improvement on the model performance compared to the baselines with spatial information. Our research further confirms the importance of spatially distributed hydrological information in rainfall-runoff modeling using deep learning, and we encourage researchers to incorporate more domain knowledge in modeling.

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
Hello应助zzxx采纳,获得10
1秒前
1秒前
Gaowenjie发布了新的文献求助10
1秒前
caoyy发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
wyn完成签到,获得积分10
2秒前
tjt发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
小蓝发布了新的文献求助10
2秒前
碧蓝新柔发布了新的文献求助10
2秒前
烟花应助卤蛋采纳,获得10
3秒前
3秒前
多吃青菜发布了新的文献求助10
3秒前
铎幸福发布了新的文献求助15
3秒前
4秒前
4秒前
5秒前
5秒前
侯人雄应助BZ176采纳,获得10
5秒前
candy发布了新的文献求助50
6秒前
6秒前
1tap完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
星星泡饭完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
7秒前
zxhinnqy发布了新的文献求助10
7秒前
小蘑菇应助caoyy采纳,获得10
8秒前
8秒前
ding应助Gaowenjie采纳,获得10
8秒前
友好赛凤发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
phantom13发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
9秒前
李健的小迷弟应助sun采纳,获得10
9秒前
疯狂的汉堡完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
冷傲的丹寒完成签到,获得积分10
10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
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 640
Signals, Systems, and Signal Processing 610
全相对论原子结构与含时波包动力学的理论研究--清华大学 500
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 6442470
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8256290
关于积分的说明 17581157
捐赠科研通 5500951
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2900496
邀请新用户注册赠送积分活动 1877515
关于科研通互助平台的介绍 1717257