XLKarst, an Excel tool for time series analysis, spring recession curve analysis and classification of karst aquifers - BRGM - Bureau de recherches géologiques et minières Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Hydrogeology Journal Année : 2023

XLKarst, an Excel tool for time series analysis, spring recession curve analysis and classification of karst aquifers

XLKarst, una herramienta de Excel para el análisis de series temporales, el análisis de curvas de recesión de manantiales y la clasificación de acuíferos kársticos

XLKarst, un outil Excel pour l'analyse des séries temporelles, l'analyse des courbes de récession des sources et la classification des aquifères karstiques

XLKarst, uma ferramenta em Excel para análise de series temporais, análise de curva de recessão da fonte e classificação de aquíferos cársticos

Résumé

Karst aquifers are complex hydrogeological systems that require numerous in-situ measurements of hydrological and physico-chemical parameters to characterize transfer processes from the recharge area to the karst spring. Numerous graphical, statistical or signal processing methods have been developed for decades to interpret these measurements, but there is no simple and standardized tool that can be used for this purpose, which is necessary for a rigorous comparison of results between case studies. This Technical Note presents XLKarst, which has been developed to provide a simple and easy-to-use tool to process a selection of proven methods that characterize the functioning of karst systems. This tool allows (i) time series analysis based on correlation and spectral analysis and, for flow measurements, the use of other statistics and base flow separation, (ii) calculation of the cumulative distribution function to build a spring flow probability plot, and (iii) analysis of spring flow recession and expression of the results in a karst system classification scheme. These methods are first described by providing the key elements of their use and interpretation in the scientific literature. Then, an application to the Fontaine de Nîmes karst system (southern France) is used to highlight the complementarity of the methods proposed by XLKarst to describe the hydrodynamic behavior of a karst system based on daily data of rainfall and discharge over 22 years.
Resumen Los acuíferos kársticos son sistemas hidrogeológicos complejos que requieren numerosas mediciones in situ de parámetros hidrológicos y fisicoquímicos para caracterizar los procesos de transferencia desde la zona de recarga hasta el manantial kárstico. Durante décadas se han desarrollado numerosos métodos gráficos, estadísticos o de procesamiento de señales para interpretar estas mediciones, pero no existe ninguna herramienta sencilla y estandarizada que pueda utilizarse con este fin, lo cual es necesario para una comparación rigurosa de los resultados entre casos de estudio. Esta Nota Técnica presenta XLKarst, que se ha desarrollado para proporcionar una herramienta sencilla y fácil de usar para procesar una selección de métodos probados que caracterizan el funcionamiento de los sistemas kársticos. Esta herramienta permite (i) el análisis de series temporales basado en la correlación y el análisis espectral y, para las mediciones de caudal, el uso de otros estadísticos y la separación del caudal base, (ii) el cálculo de la función de distribución acumulativa para construir un gráfico de probabilidad del caudal de manantial, y (iii) el análisis de la recesión del caudal de manantial y la expresión de los resultados en un esquema de clasificación de sistemas kársticos. Estos métodos se describen primero proporcionando los elementos clave de su uso e interpretación en la literatura científica. A continuación, se utiliza una aplicación al sistema kárstico de Fontaine de Nîmes (sur de Francia) para poner de relieve la complementariedad de los métodos propuestos por XLKarst para describir el comportamiento hidrodinámico de un sistema kárstico a partir de datos diarios de precipitación y descarga a lo largo de 22 años.
Résumé Les aquifères karstiques sont des systèmes hydrogéologiques complexes qui nécessitent de nombreuses mesures in-situ de paramètres hydrologiques et physico-chimiques pour caractériser les processus de transfert de la zone de recharge à la source karstique. De nombreuses méthodes graphiques, statistiques ou de traitement du signal ont été développées depuis des décennies pour interpréter ces mesures, mais il n'existe pas d'outil simple et standardisé pouvant être utilisé à cette fin, ce qui est nécessaire pour une comparaison rigoureuse des résultats entre les études de cas. Cette note technique présente XLKarst, qui a été développé pour fournir un outil simple et facile à utiliser pour traiter une sélection de méthodes éprouvées qui caractérisent le fonctionnement des systèmes karstiques. Cet outil permet (i) l'analyse de séries temporelles basée sur la corrélation et l'analyse spectrale et, pour les mesures de débit, l'utilisation d'autres statistiques et la séparation du débit de base, (ii) le calcul de la fonction de distribution cumulative pour construire un graphique de probabilité de débit de source, et (iii) l'analyse de la récession du débit de source et l'expression des résultats dans un schéma de classification des systèmes karstiques. Ces méthodes sont d'abord décrites en fournissant les éléments clés de leur utilisation et de leur interprétation dans la littérature scientifique. Ensuite, une application au système karstique de la Fontaine de Nîmes (sud de la France) est utilisée pour mettre en évidence la complémentarité des méthodes proposées par XLKarst pour décrire le comportement hydrodynamique d'un système karstique basé sur des données journalières de précipitations et de débits sur une période de 22 ans.
Resumo Aquíferos cárstico são sistemas hidrogeológicos complexos que requerem inúmeras medições in-situ de parâmetros hidrológicos e físico-químicos para caracterizar os processos de transferência da área de recarga para a fonte cárstica. Inúmeros métodos de processamento gráfico, estatístico ou de sinal foram desenvolvidos por décadas para interpretar estas medições, mas não há uma ferramenta simples e padronizada que pode ser utilizada para este propósito, que é necessário para a comparação rigorosa dos resultados entre estudos de caso. Esta Nota Técnica apresenta XLKarst, que tem sido desenvolvido para fornecer uma ferramenta simples e fácil de utilizar para processar uma seleção de métodos comprovados que caracterizam o funcionamento de um sistema cárstico. Essa ferramenta permite (i) Análise de séries temporais baseada na correlação e análise espectral e, para medidas de fluxo, o uso de outros estatísticas baseadas na separação de fluxo, (ii) cálculo da função de distribuição cumulativa para construção de gráfico de probabilidade de fluxo da fonte e (iii) análise do fluxo de recessão da fonte e expressão dos resultados em um esquema de classificação de sistemas cárstico. Estes métodos são primeiramente descritos fornecendo os elementos chave de seu uso e interpretação na literatura científica. Em seguida, a aplicação no sistema cárstico de Fontaine de Nimes (sul da França) é usada para exaltar a complementariedade dos métodos propostos pelo XLKarst para descrever o comportamento hidrodinâmico do sistema cárstico baseado em dados diários de precipitação e descarga ao longo de 22 anos.
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Origine : Publication financée par une institution

Dates et versions

hal-04309850 , version 1 (27-11-2023)

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Citer

V. Bailly-Comte, Bernard Ladouche, Jean-Baptiste Charlier, Vivien Hakoun, Jean-Christophe Maréchal. XLKarst, an Excel tool for time series analysis, spring recession curve analysis and classification of karst aquifers. Hydrogeology Journal, 2023, 31 (8), pp.2401-2415. ⟨10.1007/s10040-023-02710-w⟩. ⟨hal-04309850⟩
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