Improving estuarine discharge forecasting with a KAN-augmented LSTM model: A case study of the Yangtze River Estuary
Notice bibliographique
Résumé
Xuliujing section, Yangtze River Estuary, China. Predicting discharge in tidal rivers is challenging due to complex flow dynamics influenced by topography, tides, runoff, and weather. Traditional forecasting methods struggle with fixed parameters, limiting their adaptability and accuracy over time. To address this, we propose an enhanced deep learning model, A KAN-augmented LSTM framework, which integrates a Kolmogorov-Arnold network (KAN) with a long short-term memory (LSTM) network. This model retains LSTM's ability to handle long-term dependencies while replacing the fully connected layer with a KAN layer. A learnable B-spline activation function in the KAN layer improves the model's capacity to capture nonlinear dynamics and long-term dependencies in time series data, enhancing forecasting accuracy. This paper applies the LSTM-KAN model to the Xuliujing section of the Yangtze River Estuary and compares its performance with traditional harmonic analysis (HA) and four neural network models: LSTM, XGBoost, DLinear, and Informer. The results demonstrate that the LSTM-KAN model significantly enhances discharge forecasting accuracy, outperforming all comparative methods across short-term (6 h), medium-term (12–24 h), and long-term (36–48 h) forecasts. Specifically, it achieved relative accuracy improvements of 12.1 %–35.2 % over HA and 7 %–52.8 % over the traditional LSTM model. These findings suggest that the complex interplay of tidal forcing, runoff, and weather in the Yangtze Estuary is better represented by the adaptive, function-learning paradigm of KAN than by models with fixed nonlinearities. The model's superior performance offers new insights for studying complex flow dynamics, indicating that deep learning techniques with learnable activation functions provide a more powerful and accurate tool for operational forecasting in highly dynamic tidal river environments. • This study developed an LSTM-KAN model for more accurate discharge forecasting in tidal rivers. • KAN leverages adaptive edge-weight activation to capture tidal-hydrodynamic nonlinearities with fewer parameters. • This study first embeds the architecture in hydrologic forecasting, using the Yangtze Xuliujing reach as the pilot. • The proposed model significantly outperforms traditional approaches in streamflow-forecasting accuracy.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».