Prediction of groundwater quality using efficient machine learning technique

地下水 随机森林 梯度升压 水质 人工神经网络 集合预报 预测建模 污染 计算机科学 环境科学 Boosting(机器学习) 机器学习 统计 数据挖掘 水文学(农业) 数学 工程类 生物 生态学 岩土工程
作者
Sudhakar Singha,Srinivas Pasupuleti,Soumya S. Singha,Rambabu Singh,Suresh Kumar
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier]
卷期号:276: 130265-130265 被引量:248
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2021.130265
摘要

To ensure safe drinking water sources in the future, it is imperative to understand the quality and pollution level of existing groundwater. The prediction of water quality with high accuracy is the key to control water pollution and the improvement of water management. In this study, a deep learning (DL) based model is proposed for predicting groundwater quality and compared with three other machine learning (ML) models, namely, random forest (RF), eXtreme gradient boosting (XGBoost), and artificial neural network (ANN). A total of 226 groundwater samples are collected from an agriculturally intensive area Arang of Raipur district, Chhattisgarh, India, and various physicochemical parameters are measured to compute entropy weight-based groundwater quality index (EWQI). Prediction performances of models are determined by introducing five error metrics. Results showed that DL model is the best prediction model with the highest accuracy in terms of R2, i.e., R2 = 0996 against the RF (R2 = 0.886), XGBoost (R2 = 0.0.927), and ANN (R2 = 0.917). The uncertainty of the DL model output is cross-verified by running the proposed algorithm with newly randomized dataset for ten times, where minor deviations in the mean value of performance metrics are observed. Moreover, input variable importance computed by prediction models highlights that DL model is the most realistic and accurate approach in the prediction of groundwater quality.

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