Development of specialized LSTM runoff forecasting models based on GIS and the SCS–CN method in a complex mountain basin

El pronóstico hidrológico en cuencas montañosas complejas es una tarea difícil. El rendimiento de los modelos de pronóstico basados en técnicas de aprendizaje automático puede mejorarse explotando los conjuntos de datos espaciales de precipitación disponibles e incorporando conocimientos hidrológ...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Merizalde Mora, María José
Other Authors: Célleri Alvear, Rolando Enrique
Format:
Language:eng
Published: Universidad de Cuenca 2025
Subjects:
Online Access:http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/42021
Description
Summary:El pronóstico hidrológico en cuencas montañosas complejas es una tarea difícil. El rendimiento de los modelos de pronóstico basados en técnicas de aprendizaje automático puede mejorarse explotando los conjuntos de datos espaciales de precipitación disponibles e incorporando conocimientos hidrológicos basados en procesos, ambos mediante estrategias de ingeniería de características (FE). En este estudio, evaluamos la mejora en el desarrollo de modelos de previsión de escorrentía a corto plazo utilizando las redes Long Short-Term Memory (LSTM). Las estrategias de FE seleccionadas se basaron en Sistemas de Información Geográfica (SIG) y en el método del Número de Curva del Servicio de Conservación del Suelo (SCS-CN). Para demostrar la utilidad de las estrategias FE seleccionadas, desarrollamos modelos referenciales y especializados (con estrategias FE) para una cuenca de 3390 km2 utilizando el producto de precipitación por satélite GSMaP-NRT (SPP). Desarrollamos modelos de pronóstico para plazos de 1, 6 y 11 h para tener en cuenta pronósticos en tiempo casi real, las crecidas repentinas y el tiempo de concentración de la cuenca, respectivamente. Nuestros resultados muestran que las estrategias de EF propuestas mejoraron las eficiencias de los modelos referenciales LSTM para todas las ventanas de pronóstico, con valores de eficiencia de Nash-Sutcliffe de 0,93 (1 h), 0,77 (6 h) y 0,67 (11 h). Se demuestra la utilidad de los modelos desarrollados explotando productos de precipitación satelital no validadas, ya que los resultados son comparables a los de otros estudios que utilizan información de precipitaciones medida in situ. La metodología propuesta y las conclusiones de este estudio proporcionan a los hidrólogos nuevas herramientas para desarrollar modelos avanzados de pronóstico de caudal basados en datos en otros sistemas hidrológicos que carezcan de información medida en tierra y dispongan de información geográfica.