2026年第3期
• 水资源智慧监测与治理 •
基于可解释机器学习的洱海北部流域溶解氧驱动因素分析与改善策略
作者:袁站站,魏卿,陈沛沛,徐祖信
作者单位:同济大学环境科学与工程学院;同济大学水污染控制与资源绿色循环全国重点实验室
引用本文:袁站站, 魏卿, 陈沛沛, 等. 基于可解释机器学习的洱海北部流域溶解氧驱动因素分析与改善策略[J]. 净水技术, 2026, 45(3); 14-24.
摘要:【目的】溶解氧(DO)是评价水环境质量的关键性指标之一,DO浓度过低会破坏生态平衡,威胁水生环境的健康。本文通过建模预测DO浓度并解释驱动其变化的关键因素,提出调控水质保护水生态的重要措施。【方法】基于洱海北部流域2011年—2020年水质水量监测数据,本文构建了集成机器学习框架,建立并比选出预测DO变化的最佳模型——轻量梯度提升模型(LightGBM)。此外,本文还采用夏普利加性解释(SHAP)量化了不同特征对DO浓度变化的贡献。【结果】LightGBM的决定系数(R2)较基准模型提高11.2%,在预测中展现出优异性能[均方根误差(RMSE)= 0.284 mg/L,平均绝对误差(MAE)= 0.226 mg/L,R2=0.912]。SHAP分析显示流量是影响溶解氧浓度的最主要因素,贡献率为35.5%,其次是化学需氧量(COD)为17.2%。DO随流量增加先上升后下降,适当流量有利于增氧,大流量时携带大量耗氧物质从而降低DO。适度流量和低COD是维持较高DO的重要条件,流量为0.2 m3/s左右最为适度,COD则是越低越好。【结论】研究区域夏季流量大、冬季流量小乃至断流,均造成DO浓度低。利用流域沿线库塘净化调蓄,可维持流量适度减少径流污染,有利于维持流域DO含量保护水生态。本文旨在增进对DO受流量动态影响的理解,为高原河流生态保护提供参考。
关键词:轻量梯度提升;夏普利加性解释(SHAP)溶解氧预测;流量作用;库塘调蓄
基金资助:云南省科技厅顶尖团队项目(202505AT350002-4)
收稿日期:2025-12-09 修回日期:2026-01-07 接受日期:2026-01-13
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