Comparison of Spring Flood Forecasting Methods Using the Example of the Pur River in the Samburg

Authors

  • Nadezhda A. Volkova Russian State Hydrometeorological University , Arctic and Antarctic Research Institute

DOI:

https://doi.org/10.34753/HS.2025.7.2.181
+ Keywords

hydrological forecasting, neural network models, machine learning, flood, forecast accuracy, the Pur River

+ Abstract

Traditional hydrological forecasting methods based on linear relationships between snow cover, precipitation and runoff often demonstrate insufficient accuracy, especially under conditions of variable climate and extreme hydrometeorological events. This article analyzes the effectiveness of classical approaches using the example of the Pur River (Samburg), which revealed significant errors in forecasting the runoff depth (up to 27 %), flood volume (up to 29 %) and maximum water discharges (up to 105 %). These results highlight the limitations of existing methods and the need to implement modern technologies.

As an alternative, the use of neural network models capable of accounting for nonlinear relationships is considered. Neural networks demonstrated high forecasting accuracy with an error of 5 cm for maximum water levels. Their key advantages include adaptability to new data and resilience to anomalous conditions.

The results of the study confirm that neural network methods can be successfully used in operational practice to improve hydrological forecasts. The article also offers recommendations for the implementation of hybrid approaches that combine physical-statistical models with machine learning, and for the development of automated monitoring systems. The transition to artificial intelligence technologies is an important step in increasing the reliability of forecasts and minimizing the risks associated with floods and other hydrological phenomena.

+ Author Biographies

Nadezhda A. Volkova

Ph. D. (Physical and Mathematical), docent, Russian State Hydrometeorological University, senior researcher, Arctic and Antarctic Research Institute, Saint Petersburg, Russia,
SPIN-код: 3807-0526, https://orcid.org/0000-0002-9272-4713

+ References

1. Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность, т. 15, вып. 3. Л., Гидрометеоиздат, 1964.

2. Соловьева З.С. Уровенный режим р. Пур // Труды ААНИИ. Том 297. Проблемы гидрологии устьевых областей сибирских рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. С. 92–103.

3. Кочеткова Е. Д. Пространственно-временная изменчивость метеорологических элементов на юго-востоке Обской губы / Е. Д. Кочеткова // Азимут геонаук: Материалы Всероссийской междисциплинарной молодежной научной конференции, Томск, 06–09 декабря 2022 года. Том Вып. 3. – Томск: Издательство Томского ЦНТИ, 2023. С. 244-249. EDN CYDVDW.

4. Волкова Н.А. Методики долгосрочного прогноза максимальных уровней воды весеннего половодья низовьев крупных рек Обско-Тазовской устьевой области / Волкова Н.А., Ромашова К.В. // Тезисы докладов научно-практической конференции «Состояние и задачи мониторинга природных условий Обь-Енисейского устьевого региона на фоне изменяющегося климата и интенсивной хозяйственной деятельности» (22–23 октября 2024 г., Санкт-Петербург, ААНИИ). СПб., 2024. С. 9–11.

5. Долгосрочный прогноз стока рек АЗРФ с использованием регрессионных зависимостей / Е. В. Гайдукова, А. О. Яновская, М. С. Дрегваль, А. А. Батмазова // Современные тенденции и перспективы развития гидрометеорологии в России: Материалы V Всероссийской научно-практической конференции, Иркутск, 23–25 ноября 2022 года / Отв. редактор Е.Н. Сутырина. Иркутск: Иркутский государственный университет, 2023. С. 59–67.

6. Саноцкая Н. А. Методика прогнозирования максимальных уровней воды рек районов многолетней мерзлоты с учетом русловых процессов / Н. А. Саноцкая // Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы. Мониторинг, предотвращение и ликвидация чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: Материалы международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 28 октября 2021 года. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, 2021. С. 79–83.

7. Андронов Ю. В. Исследование применения ансамблей нейронных сетей для повышения качества решения задач регрессии / Ю. В. Андронов, А. В. Стрекалов // Нефтегазовое дело. 2015. Т. 13, № 1. С. 50–55.

8. Панков В. В. Машинное обучение на примере регрессий / В. В. Панков, Н. Н. Люблинская // Роль бизнеса в трансформации общества – 2023: Сборник материалов XVIII Международного конгресса (международной научно-практической конференции), Москва, 10–14 апреля 2023 года. Москва: Московский финансово-промышленный университет «Синергия», 2023. С. 335–340.

9. Пылов П. А. Исследование проблемы «Overfitting» в алгоритмах искусственного интеллекта на прототипе модели регрессии дерева решений / П. А. Пылов, А. В. Протодьяконов // Инновации. Наука. Образование. 2020. № 22. С. 346–348.

10. Метод градиентного бустинга при прогнозировании управленческих решений в многослойной криогенной системе / И. А. Астраханцева, Т. Е. Котенев, С. В. Горев [и др.] // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2024. № 2(78). С. 50–58. DOI 10.6060/snt.20247802.0007.

11. Мади А. Й. Методы опорных векторов и нелинейной регрессии для расчета коэффициента фильтрации / А. Й. Мади, Е. В. Шеин // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2018. № 3. С. 42–47.

12. Нгуен Т. В. Анализ и прогноз тенденций использования терминов в компьютерных науках на основе нейросетевых моделей / Т. В. Нгуен, К. Х. Т. Зыонг, А. Г. Кравец // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2021. Т. 18, № 2(200). С. 24-38. DOI 10.14489/vkit.2021.02. pp.024-038.

13. Костромитинов А. В. Метод прогнозирования тумана с использованием сверточных нейронных сетей / А. В. Костромитинов, И. А. Яременко // Труды Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского. 2022. № S685. С. 186–193.

14. Журавлева Н. А. Выбор оптимизатора для обучения сверточной нейронной сети: задача классификации лесных пожаров / Н. А. Журавлева // StudNet. 2022. Т. 5, № 5. С. 160.

15. Волкова Н. А. Подход к прогнозированию гидрологических явлений в Арктической зоне Российской Федерации и пути повышения достоверности прогнозов в условиях изменения климата / Н. А. Волкова // Гидротехника. 2024. № 4. С. 21–27.

16. Результаты работы нейронной сети при прогнозировании метеопараметров приземной области атмосферы по данным измерений СВЧ-радиометрической системы / Е. В. Федосеева, И. Н. Ростокин, Г. Г. Щукин [и др.] // Распространение радиоволн: Cборник докладов XXVIII Всероссийской открытой научной конференции, Йошкар-Ола, 16–19 мая 2023 года / Редколлегия: Д.С. Лукин, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова [и др.]. Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2023. С. 463–466.

17. Долгосрочный прогноз стока рек АЗРФ с использованием регрессионных зависимостей / Е. В. Гайдукова, А. О. Яновская, М. С. Дрегваль, А. А. Батмазова // Современные тенденции и перспективы развития гидрометеорологии в России: Материалы V Всероссийской научно-практической конференции, Иркутск, 23–25 ноября 2022 года / Отв. редактор Е.Н. Сутырина. Иркутск: Иркутский государственный университет, 2023. С. 59–67. EDN IGUJVG.

18. Батмазова А. А. Прогноз стока рек Арктики в период весеннего половодья с учетом возможных изменений климата / А. А. Батмазова, Е. В. Гайдукова, В. А. Хаустов // Наука, общество, технологии: проблемы и перспективы взаимодействия в современном мире: монография. Петрозаводск: Международный центр научного партнерства «Новая Наука» (ИП Ивановская И.И.), 2022. С. 96–120. EDN WQJVFX.

19. Симонов Ю. А. Оперативная гидрология в деятельности Всемирной метеорологической организации / Ю. А. Симонов // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2025. № 2(396). С. 121–140. DOI 10.37162/2618-9631-2025-2-121-140. EDN RDCSRC.

20. Dong N. et al. Deep-learning-based sub-seasonal precipitation and streamflow ensemble forecasting over the source region of the Yangtze River. Hydrology and Earth System Sciences, 2025, vol. 29, no. 8, pp. 2023–2042.

+ Read article online

Downloads

Published

2025-11-26

Issue

Section

Methods, models and technologies

How to Cite

Volkova, N. A. (2025). Comparison of Spring Flood Forecasting Methods Using the Example of the Pur River in the Samburg. Hydrosphere. Hazard Processes and Phenomena, 7(2), 181-205. https://doi.org/10.34753/HS.2025.7.2.181

Similar Articles

1-10 of 139

You may also start an advanced similarity search for this article.

Most read articles by the same author(s)

Loading...