Deep neural networks in surrogate hydrogeological modeling : an application for transient groundwater flow combined with a geostatistical spectral algorithm for inverse problem-solving
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT: Characterizing groundwater flow parameters is crucial for understanding complex aquifer systems. Inverse techniques are key for modeling hydrogeological parameters and assessing uncertainties. However, using a flow simulator can be time-consuming, especially with many model parameters. To address this, surrogate models are proposed, increasingly leveraging deep learning. However, their training relies on a large database of models, often lacking diversity and requiring significant time. A recent proposal suggests replacing the transient groundwater flow model with a U-Net encoder-decoder architecture. This reduces execution time and enables uncertainty quantification with geostatistical methods. The substitute is trained using limited forward model evaluations to understand the physical relationship between hydraulic conductivity fields and transient hydraulic heads measured on-site. Physical principles, like boundary conditions and source terms, are mapped as inputs to enhance the model's understanding of transient groundwater flow equations. We explore the possibility of generating drawdowns at any given time by training a U-Net architecture on a subset of the spatiotemporal drawdown series. We propose a methodology to reduce training times while maintaining good emulation quality. Mapping boundary conditions and source terms introduce the physical knowledge of the problem. The novelty pertains to the introduction of an estimation map to mimic the pumping area. Once the model is trained, we use a spectral geostatistical method to solve the inverse problem using the surrogate model to estimate uncertainties associated with hydraulic conductivity and boundary conditions. Our study demonstrates that the U-Net accurately reproduces the drawdown inside the training range, and in terms of computational demand, using U-Net as a substitution model reduces the required calculation time by about an order of magnitude for the defined field. The proposed approach provides an efficient and accurate method for characterizing groundwater flow parameters. The quantification of uncertainties in complex aquifer systems is thus determined more rapidly.
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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 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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.
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 ».