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Erschienen in: Water Resources Management 15/2021

01.11.2021

Monthly Streamflow Forecasting Using Convolutional Neural Network

verfasst von: Xingsheng Shu, Wei Ding, Yong Peng, Ziru Wang, Jian Wu, Min Li

Erschienen in: Water Resources Management | Ausgabe 15/2021

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Abstract

Monthly streamflow forecasting is vital for managing water resources. Recently, numerous studies have explored and evidenced the potential of artificial intelligence (AI) models in hydrological forecasting. In this study, the feasibility of the convolutional neural network (CNN), a deep learning method, is explored for monthly streamflow forecasting. CNN can automatically extract critical features from numerous inputs with its convolution–pooling mechanism, which is a distinct advantage compared with other AI models. Hydrological and large-scale atmospheric circulation variables, including rainfall, streamflow, and atmospheric circulation factors are used to establish models and forecast streamflow for Huanren Reservoir and Xiangjiaba Hydropower Station, China. The artificial neural network (ANN) and extreme learning machine (ELM) with inputs identified based on cross-correlation and mutual information analyses are established for comparative analyses. The performances of these models are assessed with several statistical metrics and graphical evaluation methods. The results show that CNN outperforms ANN and ELM in all statistical measures. Moreover, CNN shows better stability in forecasting accuracy.

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Literatur
Zurück zum Zitat Cichocki A, Unbehauen R (1993) Neural networks for optimization and signal processing. Wiley, Chichester Cichocki A, Unbehauen R (1993) Neural networks for optimization and signal processing. Wiley, Chichester
Zurück zum Zitat Kişi Ö (2004) River flow modeling using artificial neural networks. J Hydrol Eng 9(60):60–63CrossRef Kişi Ö (2004) River flow modeling using artificial neural networks. J Hydrol Eng 9(60):60–63CrossRef
Zurück zum Zitat Wu CL, Chau KW (2006) Evaluation of several algorithms in forecasting flood. Adv Appl Artif Intell 4031:111–116 Wu CL, Chau KW (2006) Evaluation of several algorithms in forecasting flood. Adv Appl Artif Intell 4031:111–116
Metadaten
Titel
Monthly Streamflow Forecasting Using Convolutional Neural Network
verfasst von
Xingsheng Shu
Wei Ding
Yong Peng
Ziru Wang
Jian Wu
Min Li
Publikationsdatum
01.11.2021
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Water Resources Management / Ausgabe 15/2021
Print ISSN: 0920-4741
Elektronische ISSN: 1573-1650
DOI
https://doi.org/10.1007/s11269-021-02961-w

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