Dr. Mohamed Hamdy Eid, Dr. Attila Kovacs és Prof. Dr. Szűcs Péter

Kutatóink, Dr. Mohamed Hamdy Eid, Dr. Kovács Attila és Szűcs Péter professzor új kutatási cikke jelent meg a magasan rangsorolt Q1 folyóiratban (Water). A „Karsztforrások vízhozamának szimulációjának fejlesztése hibrid XGBoost–BiLSTM gépi tanulási keretrendszeren keresztül” című cikk a fenntartható vízgazdálkodás egyik kritikus kihívását vizsgálja: a karsztforrások vízhozamának pontos szimulációját.
A karsztos víztartó rétegek létfontosságú globális vízkészletek, amelyek a világ népességének közel negyedét látják el ivóvízzel. Komplex, heterogén és nemlineáris hidrodinamikájuk azonban rendkívül megnehezíti viselkedésük előrejelzését. Ez a tanulmány a magyarországi Jósva-forrásra összpontosít, amely az Aggteleki-karszt területén található. A kutatócsoport öt korszerű gépi tanulási modell átfogó összehasonlító értékelését végezte el, hogy előre jelezze ennek az összetett rendszernek a napi vízhozamát.
A tanulmány hagyományos együttes módszereket (Random Forest és Extra Trees), egy hatékony gradiensnövelő algoritmust (XGBoost) és fejlett mélytanulási architektúrákat (BiLSTM és egy új hibrid XGBoost-BiLSTM modell) értékelt. A modelleket egy ötéves adathalmazzal képezték ki, amely csapadék-, hőmérséklet- és upstream vízhozam-adatokat tartalmazott.
A kutatás legfontosabb megállapítása az új hibrid XGBoost-BiLSTM modell kiváló teljesítménye. Ez az innovatív architektúra szinergikusan ötvözi az XGBoost hatékony jellemzőkinyerési képességeit a BiLSTM hálózat időbeli függőségi modellezésével. A hibrid modell a legnagyobb predikciós pontosságot érte el láthatatlan tesztadatokon, jelentősen felülmúlva az önálló modelleket. Hatékonyan rögzítette mind a vezetékáramlás gyors, nemlineáris, hirtelen utántöltődési jellemzőjét, mind a kőzetmátrix lassú, szekvenciális visszahúzódási dinamikáját.
Továbbá a tanulmányban szereplő jellemzők fontossági elemzése megerősítette a felvízgyűjtőtől számított 3 napos hidraulikai elérési időt, ami értékes empirikus validációt nyújt a régió fogalmi modellezéséhez. Ez a kutatás egyértelmű, bizonyítékokon alapuló útmutatást kínál robusztus operatív előrejelző eszközök kidolgozásához, ami végső soron hozzájárul a vízelosztási stratégiák javításához, az árvízi felkészültség fokozásához és a sérülékeny karsztvízkészletek fenntartható kezeléséhez a változó éghajlatban.

Tovább a cikkhez: mdpi.com/journal/water