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Enregistrement W4396900897 · doi:10.5194/hess-2024-111

Data-driven modeling of hydraulic head time series: results and lessons learned from the 2022 groundwater modeling challenge

2024· preprint· en· W4396900897 sur OpenAlexafffund
Raoul Collenteur, Ezra Haaf, Mark Bakker, Tanja Liesch, Andreas Wünsch, Jenny Soonthornrangsan, Jeremy T. White, Nick Martin, Rui Hugman, Michael N. Fienen, Ed de Sousa, Didier Vanden Berghe, Xinyang Fan, Tim Peterson, Jānis Bikše, Antoine Di Ciacca, Xinyue Wang, Yang Zheng, Maximilian Nölscher, Julian Koch, Raphael Schneider, Nikolas Benavides Höglund, Sivarama Krishna Reddy Chidepudi, Abel Henriot, Nicolas Masséi, Abderrahim Jardani, Max Gustav Rudolph, Amir Rouhani, J. Jaime Gómez‐Hernández, Seifeddine Jomaa, Anna Pölz, Tim Franken, Morteza Behbooei, Jimmy Lin, Bryan A. Tolson, Rojin Meysami

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrological Forecasting Using AI
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesHorizon 2020Canada First Research Excellence Fund
Mots-clésGroundwaterSeries (stratigraphy)Head (geology)Hydraulic headGroundwater modelComputer scienceHydrology (agriculture)Environmental scienceEngineeringGeologyGroundwater flowGeotechnical engineeringAquiferGeomorphology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. This paper presents the results of the 2022 groundwater time series modeling challenge, where 15 teams from different institutes applied various data-driven models to simulate hydraulic head time series at four monitoring wells. Three of the wells were located in Europe and one in the USA, in different hydrogeological settings but all in temperate or continental climates. Participants were provided with approximately 15 years of measured heads at (almost) regular time intervals and daily measurements of weather data starting some 10 years prior to the first head measurements and extending around 5 years after the last head measurement. The participants were asked to simulate the measured heads (the calibration period), provide a forecast for around 5 years after the last measurement (the validation period for which weather data was provided but not head measurements), and to include an uncertainty estimate. Three different groups of models were identified among the submissions: lumped-parameter models (3 teams), machine learning models (4 teams), and deep learning models (8 teams). Lumped-parameter models apply relatively simple response functions with few parameters, while the artificial intelligence models used models of varying complexity, generally with more parameters and more input, including input engineered from the provided data (e.g., multi-day averages). The models were evaluated on their performance to simulate the heads in the calibration period and the validation period. Different metrics were used to assess performance including metrics for average relative fit, average absolute fit, fit of extreme (high or low) heads, and the coverage of the uncertainty interval. For all wells, reasonable performance was obtained by at least one team from each of the three groups. However, the performance was not consistent across submissions within each groups, which implies that application of each method to individual sites requires significant effort and experience. Especially estimates of the uncertainty interval varied widely between teams, although some teams submitted confidence intervals rather than prediction intervals. There was not one team, let alone one method, that performed best for all wells and all performance metrics. Lumped-parameter models generally performed as well as artificial intelligence models, except for the well in the USA, where the lumped-parameter models did not use (or use to the full benefit) the provided river stage data, which was crucial for obtaining a good model. In conclusion, the challenge was a successful initiative to compare different models and learn from each other. Future challenges are needed to investigate, e.g., the performance of models in more variable climatic settings, to simulate head series with significant gaps, or to estimate the effect of drought periods.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,010
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,020
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,043
Score d'incertitude au seuil0,086

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0100,020
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0020,002
Intégrité de la recherche0,0030,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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.

Tête enseignante Opus0,170
Tête enseignante GPT0,317
Écart entre enseignants0,147 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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