Coastal water quality management is a public health concern, as poor coastal water quality can harbor pathogens that are dangerous to human health. Tourism-oriented countries need to actively monitor the condition of coastal water at tourist popular sites during the summer season. In this study, routine monitoring data of $Escherichia\ Coli$ and enterococci across 15 public beaches in the city of Rijeka, Croatia, were used to build machine learning models for predicting their levels based on environmental parameters as well as to investigate their relationships with environmental stressors. Gradient Boosting (Catboost, Xgboost), Random Forests, Support Vector Regression and Artificial Neural Networks were trained with measurements from all sampling sites and used to predict $E.\ Coli$ and enterococci values based on environmental features. The evaluation of stability and generalizability with 10-fold cross validation analysis of the machine learning models, showed that the Catboost algorithm performed best with R$^2$ values of 0.71 and 0.68 for predicting $E.\ Coli$ and enterococci, respectively, compared to other evaluated ML algorithms including Xgboost, Random Forests, Support Vector Regression and Artificial Neural Networks. We also use the SHapley Additive exPlanations technique to identify and interpret which features have the most predictive power. The results show that site salinity measured is the most important feature for forecasting both $E.\ Coli$ and enterococci levels. Finally, the spatial and temporal accuracy of both ML models were examined at sites with the lowest coastal water quality. The spatial $E. Coli$ and enterococci models achieved strong R$^2$ values of 0.85 and 0.83, while the temporal models achieved R$^2$ values of 0.74 and 0.67. The temporal model also achieved moderate R$^2$ values of 0.44 and 0.46 at a site with high coastal water quality.


翻译:沿海水质管理是一个公共健康问题,因为沿海水质差,可能窝藏有害人类健康的病原体。以旅游为导向的国家在夏季需要积极监测旅游热点点的沿海水状况。在本研究中,在克罗地亚里耶卡市15个公共海滩上,利用Escherichitaa\ coli$和肠道菌的常规监测数据,在环境参数的基础上,建立机器学习模型,以预测其水位,并调查其与环境压力的关系。 大力促进(Catboost, Xgboost)、随机森林、支持矢量递增和人工神经网络,需要在所有取样点进行测量,并用环境特征预测$.coli$\ col$和肠道。对稳定性和可概括性进行评估,对机器学习模型进行10倍的交叉校验分析,表明Ctowest算模型以R2$2$2美元和0.68美元为中值,对美元和0.74美元质量进行预测。Colliforum$和进occicci,分别由来自所有采样点的测量的温度质量质量值进行测试,包括SHAL Exlical Exliel 解释。

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