Calibration of a lumped karst system model and application to the Qachqouch karst spring (Lebanon) under climate change conditions
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Flow in complex karst aquifers is challenging to conceptualize and model, especially in poorly investigated areas, in semiarid climates, and under changing climatic conditions; however, it is necessary in order to implement long-term sustainable water management practices. Thus, the objectives of this work were to propose a calibration approach based on time series analyses for a karst aquifer and to assess the impact of climate change on spring discharge. Based on more than 3 years of high-resolution continuous monitoring, a semi-distributed lumped model was calibrated and validated for the Qachqouch karst spring, north of Beirut (Lebanon). Time series analyses and decomposition of spring hydrographs revealed that the system has a high regulatory function, with considerable storage capacity providing stable flow (minimum flow of 0.2 m3 s−1) during the dry season and with flow rates exceeding 10 m3 s−1 during the wet season, which is similar to other karst aquifers in the region. Based on this detailed understanding of the hydrodynamics of the system, the model geometry and parameters were validated. Three linear reservoirs were implemented to reproduce the combined contribution of the different flow components of the system. A satisfactory simulation (Nash–Sutcliffe efficiency coefficient, NSE, of 0.72) of the measured spring flow rates was obtained after calibration. Climate change conditions (+1 to +3 ∘C warming, −10 % to −30 % less precipitation annually, and the intensification of rain events) were added to a baseline climatic year to produce scenarios of expected spring flow responses. Results show that the Qachqouch karst aquifer is sensitive to decreasing rainfall, which is associated with more pronounced recessions, with flow rates decreasing by 34 % and 1-month longer dry periods. Because of the limited influence of snow on the spring flow rate, a warming climate has less impact on spring flow conditions than a reduction in precipitation. Although the model shows that increasing rainfall intensity induces larger floods, recessions, and shorter low-flow periods, the real impact of high-intensity precipitation events remains uncertain, as the model does not account for complex unsaturated and epikarstic processes. This work shows that calibrating a semi-distributed lumped model using time series analyses can be an efficient approach to improve simulations of complex karst aquifers, thereby providing useful models for long-term sustainable water management.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».