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Enregistrement W4408428954 · doi:10.5194/egusphere-egu25-14649

Evaluating the Spatial Generalizability of ML- and DL-Based Surrogate Models for Flood Depth Prediction

2025· preprint· en· W4408428954 sur OpenAlexaffabout
Oveys Ziya, Laxmi Sushama, Husham Almansour

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrology and Watershed Management Studies
Établissements canadiensNational Research Council CanadaMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésGeneralizability theoryFlood mythSurrogate modelSurrogate endpointComputer scienceEnvironmental scienceStatisticsGeographyMathematicsMachine learningArchaeologyMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Two-dimensional hydrodynamic models are widely used for flood modeling; however, their computational complexity limits their application for real-time flood forecasting and iterative frameworks requiring a large number of model runs. To address this, previous research has focused on developing surrogate models using machine learning (ML) and deep learning (DL) techniques to predict flood depth. Despite advancements, many of these models lack spatial generalizability and are constrained to the specific locations where they were trained. This study compares the performance of four surrogate models developed using three traditional ML methods (Random Forest, XG-Boost, and Least-Squares Support Vector Machine), which do not inherently account for spatial relationships and a DL method (U-Net) to evaluate their generalizability to unseen locations for identical rainfall hyetograph. The dataset used for this study was generated using a calibrated HEC-RAS flood model for Montreal Island. To enhance model performance and capture relationship between spatial characteristics and flood depth, the modeling framework incorporates multiple explanatory variables: depth to water sinks, curvature, flow accumulation, slope, elevation difference between pixel and focal mean, roughness index, topographic position index, topographic wetness index, and surface elevation. Results demonstrate superior performance of the DL-based method compared to the traditional ML approaches considered, attributed to its capacity to capture the spatial correlation of flood depths between neighboring cells. The performance of the models over unseen locations show root mean squared error (RMSE, in m) and mean absolute error (MAE, in m) of 0.336 and 0.184 for RF, 0.341 and 0.181 for XG-Boost, 0.336 and 0.183 for LS-SVM, and 0.197 and 0.105 for U-Net models, respectively. These findings are consistent with previous studies that highlight the challenges of achieving spatial generalizability in surrogate models and show the competitive accuracy of the U-Net model. While the DL-based surrogate model exhibits limitations in accurately predicting high flood depths, which are critical for flood-induced damage assessment, these results underscore both the potential of DL-based surrogate models for efficient and spatially transferable flood modeling and the need for further research to improve predictions of extreme flood depths and extend the model’s generalizability to unseen hyetographs.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,012
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,022
Score d'incertitude au seuil0,043

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,012
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,066
Tête enseignante GPT0,319
Écart entre enseignants0,254 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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