In this technical report we compare different deep learning models for prediction of water depth rasters at high spatial resolution. Efficient, accurate, and fast methods for water depth prediction are nowadays important as urban floods are increasing due to higher rainfall intensity caused by climate change, expansion of cities and changes in land use. While hydrodynamic models models can provide reliable forecasts by simulating water depth at every location of a catchment, they also have a high computational burden which jeopardizes their application to real-time prediction in large urban areas at high spatial resolution. Here, we propose to address this issue by using data-driven techniques. Specifically, we evaluate deep learning models which are trained to reproduce the data simulated by the CADDIES cellular-automata flood model, providing flood forecasts that can occur at different future time horizons. The advantage of using such models is that they can learn the underlying physical phenomena a priori, preventing manual parameter setting and computational burden. We perform experiments on a dataset consisting of two catchments areas within Switzerland with 18 simpler, short rainfall patterns and 4 long, more complex ones. Our results show that the deep learning models present in general lower errors compared to the other methods, especially for water depths $>0.5m$. However, when testing on more complex rainfall events or unseen catchment areas, the deep models do not show benefits over the simpler ones.


翻译:在本技术报告中,我们比较了以高空间分辨率预测水深纬度的不同深层次学习模型。高效、准确和快速的水深预测方法如今非常重要,因为气候变化、城市扩张和土地使用变化导致的降雨强度增加,城市洪水正在增加。虽然流体动力模型可以在集水区每个地点模拟水深,从而提供可靠的预测,但它们也具有很高的计算负担,从而危及其在高空间分辨率大城市地区实时预测中的应用。在这里,我们提议使用数据驱动技术解决这一问题。具体地说,我们评价了经过培训的深层次学习模型,这些模型能够复制CADDIISE蜂窝-烟雾洪水模型所模拟的数据,提供未来不同时间范围内可能发生的洪水预报。使用这种模型的好处是,它们可以先验潜在的物理现象,防止手动参数的设定和计算负担。我们用18个更简单、更短的降雨模式和4个更长期、更复杂的方法对瑞士两个集水区进行了试验。我们的结果显示,与更简单的降雨量模型相比,一般的错误更低的深层次模型,而不是在更简单的深度模型上展示了较简单的地震深的模型。

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