פֿאַרבעסערונג פון וואַסער קוואַליטעט אינדעקס פּראָגנאָז ניצן שטיצע וועקטאָר מאַשין מיט סענסיטיוויטי אַנאַליסיס

פאר 25 יאר, האט מאלייזיע'ס דעפארטמענט פון סביבה (DOE) אימפלעמענטירט א וואסער קוואליטעט אינדעקס (WQI) וואס ניצט זעקס שליסל וואסער קוואליטעט פאראמעטערס: אויפגעלייזטע זויערשטאף (DO), ביאכעמישע זויערשטאף פארלאנג (BOD), כעמישע זויערשטאף פארלאנג (COD), pH, אמאניאק שטיקשטאף (AN) און סוספּענדירטע פעסטע שטאפן (SS). וואסער קוואליטעט אנאליז איז א וויכטיגע קאמפאנענט פון וואסער רעסורסן פארוואלטונג און מוז ריכטיג געראטן ווערן צו פארמיידן עקאלאגישע שאדן פון פארפעסטיקונג און זיכער מאכן אז די סביבה רעגולאציעס ווערן איינגעהאלטן. דאס פארגרעסערט די נויטווענדיקייט צו דעפינירן עפעקטיווע מעטאדן פאר אנאליז. איינע פון די הויפט שוועריקייטן פון היינטיגע קאמפיוטינג איז אז עס פארלאנגט א סעריע פון צייט-פארברויכנדיקע, קאמפליצירטע, און טעות-פראנע סובאינדעקס קאלקולאציעס. דערצו, קען WQI נישט אויסגערעכנט ווערן אויב איינער אדער מער וואסער קוואליטעט פאראמעטערס פעלן. אין דעם שטודיע, ווערט אנטוויקלט אן אפטימיזאציע מעטאד פון WQI פאר די קאמפלעקסיטעט פון דעם היינטיגן פראצעס. דער פאטענציאל פון דאטן-געטריבענע מאדעלירונג, נעמליך נו-ראדיאל באזיס פונקציע שטיצע וועקטאָר מאשין (SVM) באזירט אויף 10x קראס-וואלידאציע, איז אנטוויקלט און אויסגעפארשט געווארן צו פארבעסערן די פאראויסזאגונג פון WQI אין דעם לאנגאט בעקן. אן אויספירלעכע סענסיטיוויטי אנאליז איז דורכגעפירט געווארן אונטער זעקס סצענארן צו באשטימען די עפעקטיווקייט פון דעם מאדעל אין WQI פאראויסזאגונג. אין דעם ערשטן פאל, האט דער מאדעל SVM-WQI געוויזן אן אויסגעצייכנטע פעאיקייט צו רעפליקירן DOE-WQI און באקומען זייער הויכע לעוועלס פון סטאטיסטישע רעזולטאטן (קארעלאציע קאעפיציענט r > 0.95, נעש סאטקליף עפעקטיווקייט, NSE >0.88, ווילמאט'ס קאנסיסטענסי אינדעקס, WI > 0.96). אין דעם צווייטן סצענאר, ווייזט דער מאדעלירונג פראצעס אז WQI קען געשאצט ווערן אן זעקס פאראמעטערס. אזוי, איז דער DO פאראמעטער דער וויכטיגסטער פאקטאר אין באשטימען WQI. pH האט די קלענסטע ווירקונג אויף WQI. דערצו, ווייזן סצענארן 3 ביז 6 די עפעקטיווקייט פון דעם מאדעל אין טערמינען פון צייט און קאסטן דורך מינימיזירן די צאל וועריאַבלען אין דער מאדעל אינפוט קאמבינאציע (r > 0.6, NSE >0.5 (גוט), WI > 0.7 (זייער גוט)). צוזאמען גענומען, וועט דער מאדעל שטארק פארבעסערן און פארשנעלערן דאטן-געטריבענע באשלוס-מאכן אין וואסער קוואליטעט מענעדזשמענט, מאכנדיג דאטן מער צוטריטלעך און אינטערעסאנט אן מענטשליכע אריינמישונג.

1 הקדמה

דער טערמין "וואַסער פאַרפּעסטיקונג" באַציט זיך צו דער פאַרפּעסטיקונג פון עטלעכע טיפּן וואַסער, אַרייַנגערעכנט ייבערפלאַך וואַסער (אָקעאַנען, אָזערעס און טייכן) און גרונטוואַסער. א באַדייטנדיקער פאַקטאָר אין דעם וווּקס פון דעם פּראָבלעם איז אַז פאַרפּעסטיקונגען ווערן נישט גענוג באַהאַנדלט איידער זיי ווערן באַפרייט גלייך אָדער אומדירעקט אין וואַסער קערפּערס. ענדערונגען אין וואַסער קוואַליטעט האָבן אַ באַדייטנדיקן השפּעה ניט בלויז אויף דער מאַרינע סביבה, אָבער אויך אויף די פאַרפֿיגבאַרקייט פון פריש וואַסער פֿאַר עפנטלעכע וואַסער סאַפּלייז און לאַנדווירטשאַפט. אין אַנטוויקלענדיקע לענדער, איז שנעל עקאָנאָמיש וווּקס געוויינטלעך, און יעדער פּראָיעקט וואָס פּראָמאָטירט דעם וווּקס קען זיין שעדלעך פֿאַר דער סביבה. פֿאַר דער לאַנג-טערמין פאַרוואַלטונג פון וואַסער רעסורסן און דעם שוץ פון מענטשן און דער סביבה, איז מאָניטאָרינג און אַססעססינג וואַסער קוואַליטעט עסענטשאַל. דער וואַסער קוואַליטעט אינדעקס, אויך באַקאַנט ווי WQI, איז דערייווד פון וואַסער קוואַליטעט דאַטן און ווערט געניצט צו באַשטימען דעם קראַנט סטאַטוס פון טייך וואַסער קוואַליטעט. אין אַססעססינג דעם גראַד פון ענדערונג אין וואַסער קוואַליטעט, מוזן פילע וועריאַבאַלז זיין באַטראַכט. WQI איז אַן אינדעקס אָן קיין דימענסיע. עס באשטייט פון ספּעציפֿישע וואַסער קוואַליטעט פּאַראַמעטערס. דער WQI גיט אַ מעטאָד פֿאַר קלאַסיפיצירן די קוואַליטעט פון היסטאָרישע און קראַנט וואַסער קערפּערס. דער באַדייטנדיק ווערט פון די WQI קען השפּעה האָבן אויף די דיסיזשאַנז און אַקשאַנז פון דיסיזשאַן נעמער. אויף אַ סקאַלע פֿון 1 ביז 100, ווי העכער דער אינדעקס, אַלץ בעסער די וואַסער קוואַליטעט. בכלל, די וואַסער קוואַליטעט פֿון טייך סטאַנציעס מיט סקאָרז פֿון 80 און העכער טרעפֿט די סטאַנדאַרדן פֿאַר ריינע טייכן. אַ WQI ווערט אונטער 40 ווערט באַטראַכט ווי קאָנטאַמינירט, בשעת אַ WQI ווערט צווישן 40 און 80 ווײַזט אָן אַז די וואַסער קוואַליטעט איז טאַקע לייכט קאָנטאַמינירט.

בכלל, אויסרעכענען WQI פארלאנגט א סכום סובאינדעקס טראנספארמאציעס וואס זענען לאנג, קאמפלעקס, און פראנע צו טעותים. עס זענען דא קאמפליצירטע נישט-לינעארע אינטעראקציעס צווישן WQI און אנדערע וואסער קוואליטעט פאראמעטערס. אויסרעכענען WQIs קען זיין שווער און נעמען א לאנגע צייט ווייל פארשידענע WQIs ניצן פארשידענע פארמלען, וואס קען פירן צו טעותים. איין הויפט אויפגאבע איז אז עס איז אוממעגלעך אויסצורעכענען די פארמל פאר WQI אויב איינער אדער מער וואסער קוואליטעט פאראמעטערס פעלן. דערצו, פארלאנגען עטלעכע סטאנדארטן צייט-פארברויכנדיקע, אויסשעפנדיקע מוסטער זאמלונג פראצעדורן וואס מוזן דורכגעפירט ווערן דורך טרענירטע פראפעסיאנאלן צו גאראנטירן א גענויע אויספארשונג פון מוסטערן און אויסשטעלונג פון רעזולטאטן. טראץ פארבעסערונגען אין טעכנאלאגיע און עקוויפמענט, איז ברייטע צייט-פארברענגענדיקע און ספעציאלע טייך וואסער קוואליטעט מאניטארינג געשטערט געווארן דורך הויכע אפעראציאנעלע און פארוואלטונג קאסטן.

די דיסקוסיע ווייזט אז עס איז נישטא קיין גלאבאלער צוגאנג צו וואסער קוואַליטעט אינדעקס (WQI). דאס ברענגט ארויף די נויטווענדיקייט צו אנטוויקלען אלטערנאטיווע מעטאדן פארן אויסרעכענען WQI אויף א קאמפיוטיישאַנאַל עפעקטיוון און גענויע אופן. אזעלכע פארבעסערונגען קענען זיין נוצלעך פאר ענווייראָנמענטאַלע רעסורסן מאַנאַדזשערס צו מאָניטאָרירן און אָפּשאַצן טייך וואַסער קוואַליטעט. אין דעם קאָנטעקסט, האָבן עטלעכע פאָרשער מצליח געווען צו נוצן AI צו פאָרויסזאָגן WQI; AI-באזירט מאַשין לערנען מאָדעלינג פאַרמייַדט סוב-אינדעקס קאַלקולאַציע און געשווינד דזשענערירט WQI רעזולטאַטן. AI-באזירט מאַשין לערנען אַלגערידאַמז געווינען פּאָפּולאַריטעט רעכט צו זייער ניט-לינעאַר אַרכיטעקטור, פיייקייט צו פאָרויסזאָגן קאָמפּלעקסע געשעענישן, פיייקייט צו פירן גרויסע דאַטן סעץ אַרייַנגערעכנט דאַטן פון פאַרשידענע סיזעס, און ינסענסיטיוויטי צו אומפארענדיקטע דאַטן. זייער פאָרויסזאָגן מאַכט דעפּענדס גאָר אויף די מעטאָד און פּינטלעכקייט פון דאַטן זאַמלונג און פּראַסעסינג.