Reinforce lake water balance component estimations by integrating water isotope compositions with a hydrological model
Notice bibliographique
Résumé
Accurate estimation of water balance components of groundwater-fed lakes, including subsurface inflow and actual evaporation from lakes, is a complex task for hydrologists employing hydrological models. In this study, an approach that integrates isotope analysis and hydrological modeling is used to improve the representation of groundwater–surface water interactions. While based on 1 year of sampling, this method provides direct observational data to complement hydrological models and serves as a validation tool for water balance estimates. The approach, based on measurements of stable isotopes (oxygen-18: 18 O; deuterium: 2 H), enables quantitative estimation of the individual water flux and evapotranspiration rates. An isotope-mass-balance model was used to quantify lake water balances over a 1-year sampling period. The approach is based on the global relationship between the δ 18 O and δ 2 H values in the precipitation and kinetic isotopic fractionation in the lake water during evaporation. Assuming that the lake is hydraulically connected to the groundwater, the isotope mass-balance model accounts for the quantification of the evaporation rate considering the groundwater inflow compensating for the evaporation loss. The study addresses the model-based quantification of groundwater inflow and evaporation losses of a young glacial groundwater lake (Lake Groß Glienicke (GGS), southwest of Berlin in the Havel catchment) over the period from 2015 to 2023 with the integrated HydroGeoSphere (HGS) hydrological model. Utilizing the isotopic mass balance model, HydroCalculator, under steady-state hydrological regime conditions, the evaporation-to-inflow (E/I) ratio is determined for the period of 1 year from August 2022 to September 2023. Employing the fully integrated hydrological model, calibrated and validated under monthly normal transient flow conditions from 2008 to 2023 for the lake catchment, subsurface and groundwater inflows to the lake are calculated and compared to the calculated E/I ratios based on the isotopic measurement of the lake water. Isotopic signatures confirm the lake's flow-through conditions. The calculated E/I ratio for GGS is around 40 %. The calculated evaporation for the years 2022 and 2023, within the isotopic mass balance model framework, aligns well with the evaporation from the lake calculated by the HGS model. The change in E/I leads to a significantly improved estimation of evaporation rates after correction for temperature fluctuations and inflow data from previous years (2015–2021). With a correlation coefficient of 0.81, these revised values show a high degree of agreement with the evaporation rates predicted by the HGS model for the corresponding years. Despite the uncertainties associated with the analysis of the water isotope signature, its integration into the hydrological model serves as a validation of the hydrological model calculations of the water balance components.
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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 | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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.
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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 ».