Создан алгоритм для прогнозирования загрязнения мышьяком частных колодцев

Прочитано: 75 раз(а)


Несмотря на риски для здоровья человека, тестирование на мышьяк не требуется для большинства частных питьевых колодцев в Нью-Джерси. Чтобы помочь устранить этот пробел в законодательстве, исследователь из Рутгерса разработал модель машинного обучения, которая может оценивать загрязнение мышьяком в частных колодцах без необходимости отбора проб самой воды.

«В Нью-Джерси есть много естественных источников мышьяка , которые могут повышать концентрацию мышьяка в грунтовых водах», — сказал Субхасис Гири, доцент кафедры экологии, эволюции и природных ресурсов и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Science of Общая среда . «Наша работа способствует пониманию этого риска для здоровья человека , выявляя источники концентрации мышьяка в частных колодцах с питьевой водой, что, в свою очередь, поможет смягчить последствия».

Мышьяк встречается как в органической, так и в неорганической формах. Природными источниками являются горные породы, почвы и вода, а антропогенными источниками являются пестициды, консерванты для древесины, добыча полезных ископаемых и плавка мышьякосодержащих минералов. Длительное воздействие повышенных уровней мышьяка в питьевой воде может вызвать серьезные последствия для здоровья, такие как болезни сердца, диабет и рак.

Для выявления горячих точек мышьяка в трех странах западно-центральной части Нью-Джерси (Хантердон, Сомерсет и Моррис) Гири и его коллеги из Колумбийского университета и Технологического института Нью-Джерси разработали компьютерную модель, которая использует машинное обучение для прогнозирования вероятности того, что частная скважина загрязнено опасными уровнями мышьяка.

Первым шагом был анализ данных из 2626 частных колодцев, собранных в период с 2011 по 2019 год Raritan Headwaters, природоохранной группой, работающей в водоразделе реки Раритан. Из этих колодцев в 496 концентрация мышьяка составляла или превышала 5 микрограммов на литр, что является максимальным уровнем, разрешенным государством в общественных системах питьевой воды. Эти данные были нанесены на карту с использованием местоположения скважин.

Затем исследователи разработали алгоритмы машинного обучения, чтобы определить, что способствует более высоким концентрациям мышьяка. Факторы включали геологический тип коренной породы, тип почвы , класс дренажа, растительный покров, наличие фруктовых садов, известное загрязнение и заброшенные шахты в пределах 500 футов от каждой скважины.

Используя этот многоуровневый набор данных, Гири сравнил прогнозируемые уровни мышьяка с фактическими уровнями в образцах из истоков Раритан.

«Мы обнаружили, что основным источником мышьяка является геология, а не деятельность человека», — сказал Гири.

Например, базальт, распространенный тип горных пород на территории исследования, состоит из минералов с высоким содержанием мышьяка, который может выщелачиваться в грунтовые воды. По его словам, вторым по значимости фактором является тип почвы, за которым следует землепользование.

Были созданы две модели с точностью 55 и 66 процентов соответственно.

Большинство общественных источников воды в США регулируются федеральным Законом о безопасной питьевой воде, но частные колодцы часто не регулируются. В 2001 году был принят Закон штата Нью-Джерси о тестировании частных колодцев, однако он требует обязательного тестирования только при покупке или продаже недвижимости или при использовании колодца арендаторами.

Исследователи обнаружили, что из примерно 400 000 частных колодцев в Нью-Джерси до 80 процентов не контролируются на предмет качества воды . Гири сказал, что компьютерные модели, такие как те, которые он разработал, могут помочь определить области повышенного риска мышьяка, предоставляя владельцам скважин дополнительную информацию при планировании стратегии тестирования.

«Возможность наносить на карту потенциальные «горячие точки» с повышенной концентрацией мышьяка облегчает усилия по целенаправленным программам испытаний скважин и внедрению решений», — сказал Гири. «Проверка качества скважин ложится финансовым бременем на владельцев, и такие инструменты, как наше программное обеспечение для моделирования, могут быть экономически эффективными способами помочь сбалансировать риски».

 

Создан алгоритм для прогнозирования загрязнения мышьяком частных колодцев



Новости партнеров