A novel framework to predict water turbidity using Bayesian modeling

浊度 环境科学 水生生态系统 贝叶斯概率 水文学(农业) 水资源 计算机科学 生态学 人工智能 工程类 生物 岩土工程
作者
Jiacong Huang,Rui Qian,Junfeng Gao,Haijian Bing,Qi Huang,Lingyan Qi,Song Song,Jiafang Huang
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:202: 117406-117406 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.watres.2021.117406
摘要

High water turbidity in aquatic ecosystems is a global challenge due to its harmful impacts. A cost-effective manner to rapidly and accurately measure water turbidity is thus of particular useful in water management with limited resources. This study developed a novel framework aiming to predict water turbidity in various aquatic ecosystems. The framework predicted water turbidity and quantified the uncertainty of the prediction through Bayesian modeling. To improve model performance, a model-update method was implemented in the framework to update the model structure and parameters once more measured data were available. 120 paired records (an image from smartphone and a measured water turbidity value by standard turbidimeters for each record) were collected from rivers, lakes and ponds across China to evaluate the performance of the developed framework. Our cross-validation results revealed a well prediction of water turbidity with Nash-Sutcliffe efficiency (NS) >0.87 (p<0.001) during the training period and NS>0.73 (p<0.001) during the validation period. The model-update method (in case of more measured data) for the developed Bayesian models in the framework resulted in a decreasing trend of model uncertainty and a stable mode fit. This study demonstrated a high value of the Bayesian-based framework in predicting water turbidity in a robust and easy manner.

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