Comparative Analysis of Hybrid Deep Learning Models for Dam Inflow Prediction: LSTM-GRU, CNN-LSTM, Attention-LSTM, and Transformer Approaches
سال انتشار: 1404
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 22
فایل این مقاله در 20 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد
- صدور گواهی نمایه سازی
- من نویسنده این مقاله هستم
استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:
شناسه ملی سند علمی:
JR_WHR-8-2_002
تاریخ نمایه سازی: 9 مهر 1404
چکیده مقاله:
This study offers the first comprehensive comparison among four hybrid deep learning architectures—LSTM-GRU, CNN-LSTM, Attention-LSTM, and Transformer—for multipurpose dam inflow forecasting under severe hydrological variability. The study employed a ۱۴-year dataset (۱۶۸ observations, ۲۰۱۰-۲۰۲۳) obtained from Jiroft Dam in Iran and framed with hydrological and operational parameters including precipitation, reservoir capacity, agricultural discharge, and turbine functions. The LSTM-GRU architecture yielded the best performance by attaining ۰.۸۷۳ R² and ۲۹.۷۳ m³/s root mean square error (RMSE) during the validation procedure and demonstrating the best balance among accuracy and generalizability. The model robustness was confirmed by advanced validation methods including Taylor diagrams, violin diagrams, and statistical testing (Kolmogorov-Smirnov, Ljung-Box, and Breusch-Pagan tests). Seasonal analysis revealed a seven times change in flow rates ranging across winter maxima of ۳۹۱.۵ m³/s and autumn minima of ۵۶.۲ m³/s. The models showed a widespread tendency to predict lower peak flows (percentage bias, PBIAS: -۱۴.۳۴% to -۲۰.۸۶%), suggesting the presence of operational safety buffers. Precipitation–agricultural interactions were identified as the key forecasting variable (importance = ۰.۹۹۹). The model provides real-time support for decision-making on reservoir management, flood protection, and potable water supply under changing environmental circumstances and provides a validated model for AI-accelerated water resource management.
کلیدواژه ها:
نویسندگان
Maryam Safavi
Ph.D Student, Department of Water Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
Abbas Khashei-Siuki
Professor, Department of Water Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
Reza Hashemi
Associate Professor, Department of Water Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
Jamshid Piri
Associate Professor, Department of Water Engineering, University of Zabol, Zabol, Iran
Mohammad Ehteram
Postdoctoral, Department of Water Engineering, University of Semnan, Semnan, Iran
مراجع و منابع این مقاله:
لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :