Notice bibliographique
Résumé
This repository contains the code and data for the paper "An Uncertainty Quantification Framework for Simulation-based Flood Frequency Analysis" by Romero-Cuellar et al. (2025, submitted to Water Resources Research).The UQ-flood framework integrates process-based hydrological modeling, stochastic weather generation, and residual error modeling to provide robust flood frequency estimates with quantified uncertainty. Key Features Process-based hydrologic modeling using HBV-EC within the Raven framework Residual Error Model (REM) for uncertainty quantification at annual maxima scale Stochastic weather generation using CoSMoS for long-term climate simulation Comparative analysis against traditional statistical FFA methods (GEV distribution) Modular framework applicable to diverse watershed conditions Case Study: Black River Watershed The primary case study focuses on the Black River near Washago, Ontario (Water Survey of Canada gauge 02EC002), featuring: Watershed area: 1,506 km² Streamflow record: 100+ years (1916–present) Mixed hydrologic regime (nival fraction ≈ 0.7) Minimal anthropogenic regulation Quick Start Prerequisites R (version 4.0 or higher) Required R packages (see Installation section) Installation Clone the repository: git clone https://github.com/rarabzad/REM_UQ_EXTREME.git cd UQ-flood Install required R packages by running the package installation section in MasterScriptRepro.R. Basic Usage Run the master script to reproduce the analysis: source("src/MasterScriptRepro.R") This will: Load and preprocess the data Calibrate the hydrological model Set up the residual error model Generate stochastic weather sequences Perform flood frequency analysis Generate comparative plots and results Methodology The UQ-flood framework consists of three main components: 1. Hydrological Model (HBV-EC) Lumped conceptual model implemented in Raven Calibrated using Kling-Gupta Efficiency (KGE) objective function Simulates snow accumulation/melt, soil moisture, and runoff generation 2. Residual Error Model (REM) Box-Cox transformation (λ=0.2) with AR(1) structure Flow-dependent error mean Developed specifically for annual maximum flows Generates probabilistic streamflow ensembles 3. Stochastic Weather Generator (CoSMoS) Multivariate non-Gaussian time series simulation Preserves marginal distributions and autocorrelation structures Generates 10,000+ years of synthetic climate data Key Results The framework demonstrates: Reduced uncertainty: Narrower confidence intervals compared to traditional FFA Data efficiency: Reliable estimates with only 30 years of data Bias correction: Effective mitigation of systematic model errors Process consistency: Physically-based uncertainty quantification Outputs The analysis generates several key outputs: Flood frequency curves with uncertainty bounds Comparative plots between UQ-flood and traditional methods Performance metrics (KGE, NSE, PBIAS, CRPS) Uncertainty quantification (95% prediction intervals) File Descriptions Data Files blackriver_results.RData: Results object with model outputs, REM parameters, and analysis results ForcingFunctions.csv: Historical meteorological data (precipitation, temperature) Hydrographs_baseline.csv: Observed and simulated streamflow for calibration Hydrographs_longterm.csv: Long-term simulation results (10,000 years) Code Files MasterScriptRepro.R: Main reproduction script with complete workflow Citation If you use this code or data in your research, please cite: @article{romerocuellar2025uqflood, title={An Uncertainty Quantification Framework for Simulation-based Flood Frequency Analysis}, author={Romero-Cuellar, Jonathan and Craig, James R. and Tolson, Bryan A. and Arabzadeh, Rezgar}, journal={Water Resources Research}, year={2025}, note={submitted} } License This project is licensed under the MIT License - see the LICENSE file for details. Acknowledgments [tentative] This research was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) and the University of Waterloo Contact Jonathan Romero-Cuellar: jromeroc@uwaterloo.ca (corresponding author)
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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 | 0,004 | 0,018 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,003 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,003 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,006 | 0,004 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,003 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,315 | 0,316 |
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 ».