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Erschienen in: Earth Science Informatics 1/2024

27.11.2023 | RESEARCH

Enhancing groundwater salinity estimation through integrated GMDH and geostatistical techniques to minimize Kriging interpolation error

verfasst von: Hamed Amini, Afshin Ashrafzadeh, Mohammadreza Khaledian

Erschienen in: Earth Science Informatics | Ausgabe 1/2024

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Abstract

This study investigates the effectiveness of combining the Group Method of Data Handling (GMDH) models and Kriging to reduce errors in groundwater salinity estimation. The study uses two datasets of electrical conductivity (EC) values collected from 109 observation wells in an agricultural region of Iran. The methodology comprises a two-step process. Initially, GMDH models were trained and validated to estimate groundwater EC values at any desired location based on the observed EC values from surrounding wells. Subsequently, these models were employed to expand the EC datasets, followed by using the Kriging interpolation approach to investigate the spatial variability of groundwater EC across the study area. During the cross-validation phase, the GMDH models achieved robust results. For the first dataset, the model maintained an average R-squared value of 0.81, with a corresponding root mean square error (RMSE) of 0.61 dS/m. Similarly, for the second dataset, the model performed well with an R-squared value of 0.84 and RMSE of 0.72 dS/m. The findings also indicated that employing GMDH to extend the original datasets improves the results provided by Kriging, particularly when the original datasets are increased by 40%. On average, for the first dataset, employing the integrated approach decreased the RMSE of Kriging by 18.34%, while for the second dataset, the decrease in RMSE was 19.21%. Overall, the findings suggest that expanding datasets can enhance the accuracy of estimating water quality variables, which has important implications for environmental monitoring and management.

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Literatur
Zurück zum Zitat Krige DG (1951) A statistical approach to some basic mine valuation problems on the Witwatersrand. J Chem Metal Min Soc South Africa 52:119–139 Krige DG (1951) A statistical approach to some basic mine valuation problems on the Witwatersrand. J Chem Metal Min Soc South Africa 52:119–139
Zurück zum Zitat Krige DG (1962) Effective pay limits for selective mining. J South Africa Inst Min Metal 62:345–363 Krige DG (1962) Effective pay limits for selective mining. J South Africa Inst Min Metal 62:345–363
Zurück zum Zitat Webster R, Oliver MA (2007) Geostatistics for Environmental Scientists, 2nd Edition - Richard Webster, Margaret A. Oliver 330 Webster R, Oliver MA (2007) Geostatistics for Environmental Scientists, 2nd Edition - Richard Webster, Margaret A. Oliver 330
Metadaten
Titel
Enhancing groundwater salinity estimation through integrated GMDH and geostatistical techniques to minimize Kriging interpolation error
verfasst von
Hamed Amini
Afshin Ashrafzadeh
Mohammadreza Khaledian
Publikationsdatum
27.11.2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Earth Science Informatics / Ausgabe 1/2024
Print ISSN: 1865-0473
Elektronische ISSN: 1865-0481
DOI
https://doi.org/10.1007/s12145-023-01157-7

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