MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W4392644507 · doi:10.5194/egusphere-egu24-20788

Advancing Groundwater Vulnerability Assessment in Coastal Regions: Integrating Machine Learning and Traditional Frameworks

2024· preprint· en· W4392644507 sur OpenAlexaff
Rahim Barzegar, Fatemeh Jafarzadeh, Asghar Asghari Moghaddam, Siamak Razzagh, Vincent Cloutier, Éric Rosa

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueReservoir Engineering and Simulation Methods
Établissements canadiensUniversité du Québec en Abitibi-Témiscamingue
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésVulnerability (computing)Vulnerability assessmentGroundwaterEnvironmental resource managementEnvironmental planningComputer scienceEnvironmental scienceGeologyPsychologyComputer security

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

We introduce an innovative machine learning (ML)-enhanced method to assess groundwater vulnerability in coastal regions, with a specific focus on the Azarshahr plain near Urmia Lake in Northwestern Iran. Our methodology integrates the traditional DRASTIC and GALDIT frameworks to surpass their limitations (e.g. subjectivity) in varied contexts such as coastal and agricultural-industrial environments. The traditional frameworks including the DRASTIC framework form the core of our approach, featuring seven key layers: Depth to water [D], Net Recharge [R], Aquifer Media [A], Soil Media [S], Topography [T], Impact of Vadose Zone [I], and Hydraulic Conductivity [C], each meticulously developed with specific ratings and weights according to DRASTIC standards. Similarly, the GALDIT framework contributes a six-layer map, including Groundwater Occurrence [G], Aquifer Hydraulic Conductivity [A], Height of Groundwater Level [L], Distance from the Shore [D], Impact of Existing Seawater Intrusion Status [I], and Aquifer Thickness [T], each layer uniquely rated and weighted. To address the limitations of these traditional frameworks, our study integrates an advanced ML recalibration of the GALDIT and DRASTIC indices, using the maximum concentrations of Total Dissolved Solids (TDS) and Nitrate (NO3) in the study area as proxies. We employed a range of decision tree-based ML models, including Adaptive Boosting (AdaBoost), Extreme Gradient Boosting (XGBoost), Light Gradient Boosting Machine (LGBM), and Random Forest (RF), to predict the adjusted vulnerability indices, applying six predictors for GALDIT and seven for DRASTIC. These models were trained and validated on a dataset split into 70% for training and 30% for validation. Our results indicate that the traditional DRASTIC indices correlate weakly with NO3 concentrations. However, the ML-augmented models, particularly AdaBoost, significantly improved predictive accuracy. Likewise, GALDIT results were greatly enhanced by incorporating the AdaBoost model. A key innovation in our research is the development of a sophisticated meta-ensemble ML model. This model, based on the most effective AdaBoost applications in the DRASTIC and GALDIT assessments, marks a significant methodological advancement. It integrates vulnerabilities from both frameworks using a Fuzzy operation and then redeveloping a meta-ensemble ML model. This comprehensive model demonstrated exceptional performance, highlighting the effectiveness of our integrated ML approach in providing a more detailed, accurate, and robust assessment of coastal aquifer vulnerability. Moreover, our study includes an extensive spatial analysis of groundwater vulnerability in the Azarshahr plain. The DRASTIC model indicated varying vulnerability levels, with heightened susceptibility in central and southern regions, albeit showing a weaker correlation with NO3 concentrations. Conversely, AdaBoost exhibited a strong correlation with actual NO3 levels, showcasing its predictive capability. The GALDIT index identified several high-risk areas, particularly those vulnerable to seawater intrusion, with the AdaBoost-enhanced model outperforming other ML approaches. Our comprehensive AdaBoost meta-ensemble model merges insights from both NO3 and TDS evaluations, offering a holistic groundwater vulnerability. This model is crucial for informed decision-making, identifying areas where NO3 and TDS risks converge. Its spatial analysis strongly correlates 'Very High' vulnerability zones with high NO3 and TDS concentrations, confirming its integrative efficiency in environmental risk assessment.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict), Intégrité de la recherche
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,568
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0010,007
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,023
Tête enseignante GPT0,314
Écart entre enseignants0,291 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même sujetReservoir Engineering and Simulation MethodsTravaux en français237 207