Model evaluation of total phosphorus prediction based on model accuracy and interpretability for the surface water in the river network of the Jiangnan Plain, China

可解释性 环境科学 水文学(农业) 富营养化 长江 北京 流域 水位 中国 营养物 生态学 地质学 地理 计算机科学 机器学习 岩土工程 地图学 考古 生物
作者
Hao Zhang,Juan Huan,Xiangen Xu,Bing Shi,Yongchun Zheng,Jiawei Mao,Jiapeng Lv
出处
期刊:Water Science and Technology [Pergamon Press]
卷期号:88 (8): 2108-2120 被引量:1
标识
DOI:10.2166/wst.2023.310
摘要

Abstract Due to climatic and hydrological changes and human activities, eutrophication and frequent outbreaks of cyanobacteria are prominent in the Jiangnan Plain basin of China. Therefore, building a suitable model to accurately predict the phosphorus concentration in surface water is of practical significance to prevent the above problems. This study built 10 models to predict the phosphorus element in the surface water of the river network in the Jiangnan Plain. The main water types in the basin include the Yangtze River, the Beijing-Hangzhou Canal, and the Gehu Lake. The 10 models in different datasets have been comprehensively evaluated by the prediction accuracy and interpretability of the model, and the calculation of the partial dependence diagram (PDP) and SHAP has proved that there is a transparent response relationship between phosphorus and different factors. The results show that the Yangtze River, Beijing-Hangzhou Canal, and Gehu Lake are suitable for random forest, linear regression, and random forest models, respectively, under the comprehensive evaluation of the prediction accuracy and interpretability of the model. Models with low prediction accuracy often show strong interpretability. In different water body types, turbidity, water temperature, and chlorophyll-a are the three factors that affect the model in predicting phosphorus.

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