Machine learning for accelerating <scp>2D</scp> flood models: Potential and challenges
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Two‐dimensional hydrodynamic models numerically solve full Shallow Water Equations (SWEs). Despite their high accuracy, these models have long simulation run times and therefore are of limited use for exploratory or real‐time flood predictions. We investigated the possibility of improving flood modelling speed using Machine Learning (ML). We propose a new method that replaces the computationally expensive parts of the hydrodynamic models with simple and efficient data‐driven approximations. Our hypothesis is that by integrating ML with physics‐based numerical methods, we can achieve improved generalization performance: that is, the trained model for one case study can be used in other studies without the need for new training. We tested two ML approaches: for the first, we integrated curve fitting, and, for the second, artificial neural networks (ANN) with a finite volume scheme to solve the local inertial approximation of the SWEs. The data‐driven models approximated the Momentum Equation, which explicitly solved the time derivative of flow rates. Water depths were then updated by applying a water balance equation. We also tested two different training datasets: the simulated dataset, generated from the results of hydrodynamic model, and the random dataset, generated by directly solving the momentum equation on randomly sampled input data. Various combinations of input features, for example, water slope and depth, were explored. The proposed models were trained in a small hypothetical case and tested in a different hypothetical and in two real case studies. Results showed that the curve‐fitting method can be implemented successfully, given sufficient training and input data. The ANN model trained with a random dataset was substantially more accurate than that of the model trained with the simulated dataset. However, it was not successful in the real case studies. The curve‐fitting method resulted in better generalization performance and increased the simulation speed of the local inertial model by 23%. Future research should test the performance of ML in terms of an increase in stable time step size and approximation of the full SWEs.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».