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Enregistrement W4408423613 · doi:10.5194/egusphere-egu25-3709

Rapid and responsive water quality risk assessment using a hybrid machine learning integrated quantitative microbial risk assessment model

2025· preprint· en· W4408423613 sur OpenAlexaff
Michael De Santi, Syed Imran Ali, Usman T. Khan, James E. Brown, Camille Heylen, Gabrielle String, Doreen Naliyongo, Vincent Ogira, Daniele Lantagne, Jean-François Fesselet, James Orbinski

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueWater Quality Monitoring Technologies
Établissements canadiensCentre for Global Health ResearchYork University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésRisk assessmentQuality assessmentQuality (philosophy)Computer scienceWater qualityRisk analysis (engineering)Artificial intelligenceMachine learningEngineeringReliability engineeringBusinessEvaluation methodsBiologyEcology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Unprecedented global population displacement in recent years has increased the burden of waterborne illnesses in refugee and internally displaced person (IDP) settlements. Unlike contexts where water is piped directly to the home, in urban-scale refugee and IDP settlements, water users manually collect water from public tapstands and transport it to their dwellings where they store and use it over several hours. This creates the potential for recontamination, increasing waterborne illness risk. Humanitarian responders need to optimize water treatment to minimize waterborne illness risk at the household. Quantitative microbial risk assessment (QMRA) has been used to assess health risk from drinking water in a variety of contexts. However, conventional QMRA approaches rely on pathogen enumeration data, which is too slow, expensive, and logistically challenging to respond to rapid fluctuations in water quality (WQ) in humanitarian contexts.We propose a novel hybrid machine learning (ML)-QMRA approach that links operational WQ data to QMRA using probabilistic ML models for responsive risk assessments. The ML-QMRA model uses a two-stage probabilistic ML approach: first we forecast WQ from tapstand to household via a deep composite quantile regression neural network (DCQRNN) and then we link household WQ to E.coli data using a support vector quantile regression (SVQR) model. This predicted E. coli becomes an input to an QMRA model designed based on WHO QMRA guidelines.We tested this ML-QMRA modelling approach using operational WQ data from the Kyaka II refugee settlement in Uganda to assess daily probabilities of infection for pathogenic E. coli and rotavirus. The ML-QMRA model forecasted a mean infection risk for pathogenic E. coli ranged of 4.5x10-2 and 0.19x10-4 for rotavirus. The ML-QMRA model also determined that to keep the risk of infection from pathogenic E. coli within 5% of the minimum daily risk of infection, 0.8 mg/L of FRC was needed at the tapstand at a turbidity of 1 NTU. The FRC requirement increased with turbidity, up to 1.25 mg/L at a turbidity of 20 NTU. This water quality was also sufficient to manage rotavirus infection risk.Our study shows how hybridizing process-based QMRA health risk assessment with probabilistic ML models can enable integration of operational data for more rapid risk assessment than conventional approaches using pathogen data. The ML-QMRA model also enables us to set multi-parameter water quality targets for routine monitoring data that are based on health-risk, not arbitrary guidelines. The ML-QMRA approach has applications in a range of contexts outside of humanitarian contexts in urban water management to make QMRA more responsive to rapid WQ fluctuations.

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)0,005
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
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: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,375
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0050,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,008
Intégrité de la recherche0,0000,004
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 Opus0,068
Tête enseignante GPT0,364
Écart entre enseignants0,295 · 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
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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