Investigating the impact of the properties of pilot points on calibration of groundwater models: case study of a karst catchment in Rote Island, Indonesia

Abstract

A robust configuration of pilot points in the parameterisation step of a model is crucial to accurately obtain a satisfactory model performance. However, the recommendations provided by the majority of recent researchers on pilot-point use are considered somewhat impractical. In this study, a practical approach is proposed for using pilot-point properties (i.e. number, distance and distribution method) in the calibration step of a groundwater model. For the first time, the relative distance–area ratio (d/A) and head-zonation-based (HZB) method are introduced, to assign pilot points into the model domain by incorporating a user-friendly zone ratio. This study provides some insights into the trade-off between maximising and restricting the number of pilot points, and offers a relative basis for selecting the pilot-point properties and distribution method in the development of a physically based groundwater model. The grid-based (GB) method is found to perform comparably better than the HZB method in terms of model performance and computational time. When using the GB method, this study recommends a distance–area ratio of 0.05, a distance–x-grid length ratio (d/X _grid) of 0.10, and a distance–y-grid length ratio (d/Y _grid) of 0.20.

Résumé

Une configuration robuste de points pilotes dans l’étape de paramétrisation d’un modèle est. cruciale pour obtenir de manière précise une performance satisfaisante d’un modèle. Cependant, les recommandations fournies par la majorité des recherches récentes sur l’utilisation de point-pilote sont considérées comme peu pratiques. Dans cette étude, une approche pratique est. proposée pour utiliser les propriétés des points-pilotes (ex. nombre, distance et méthode de distribution) dans l’étape de calibration d’un modèle hydrogéologique. Pour la première fois, le rapport de la distance relative et la surface (d/A) et la méthode basée sur la zonation de la charge hydraulique (HZB) sont introduites, pour attribuer les points pilotes dans le domaine du modèle en introduisant un rapport de zone convivial. Cette étude donne un aperçu du compromis entre la maximisation et la limitation du nombre de points pilotes, et offre une base relative pour la sélection des propriétés des points pilotes et de la méthode de distribution dans le développement d’un modèle hydrogéologique à base physique. La méthode reposant sur une grille (GB) fournit des résultats meilleurs que la méthode HZB en termes de performance du modèle et de temps de calcul. En utilisant la méthode GB, cette étude recommande un rapport distance-surface de 0.05, un rapport distance–longueur x de la grille (d/X _grille) de 0.10, et un rapport distance-longueur y de la grille (d/Y _grille) de 0.20.

Resumen

Una configuración robusta de puntos de prueba en la etapa de parametrización de un modelo es crucial para obtener con precisión un rendimiento satisfactorio del modelo. Sin embargo, las recomendaciones proporcionadas por la mayoría de los investigadores recientes sobre el uso de puntos de prueba se consideran en cierto modo impracticable. En este estudio, se propone un enfoque práctico para el uso de propiedades de los puntos de prueba (es decir, el número, la distancia y el método de distribución) en la etapa de calibración de un modelo de agua subterránea. Por primera vez, se introducen la relación distancia – área (d/A) y el método basado en la zonificación de la carga (HZB), para asignar puntos de prueba en el dominio del modelo mediante la incorporación de una relación favourable del usuario. Este estudio proporciona algunas ideas sobre el equilibrio entre la maximización y la restricción del número de puntos de prueba, y ofrece una base relativa para la selección de las propiedades del punto de pruebas y el método de distribución en el desarrollo de un modelo de agua subterránea de base física. El método basado en grillas (GB) se encuentra para desempeñarse comparativamente mejor que el método HZB en términos de rendimiento del modelo y tiempo computacional. Cuando se utiliza el método GB, este estudio recomienda una relación de distancia-área de 0.05, una relación de longitud de la grilla de una distancia-x (d/X _grid) de 0.10 y una relación de longitud de distancia de la grilla-y (d/Y _grid) de 0.20.

摘要

在模型参数化步骤中试点的正确配置对于准确获取满意的模型性能至关重要。然而,近年来大多数研究者针对试验点操作推荐的方法多少有点不切实际。在本研究中,利提出了一种实用的方法,即在地下水模型校准步骤中采用试验点特性(也就是数量、距离和分布方法)。第一次引进了相关距离-面积比(d/A)和基于水头-分区(HZB)方法,通过合并用户友好带比把试验点分配到模型域中。本研究提出了一些最大化和限制试验点数量之间的折中方面的认识,提供了选择试验点特性的相对基础和开发基于物理上地下水模型的分布方法。发现在模型性能和计算时间上,基于网格(GB)方法比HZB方法要好。使用GB方法时,本研究推荐距离-面积比0.05、距离-x网格长度比(d/X _grid)0.10及距离-y网格长度比(d/Y _grid) 0.20。

Resumo

Uma configuração robusta de pontos piloto na fase de parametrização de um modelo é crucial para obter com precisão um desempenho satisfatório do modelo. No entanto, recentes recomendações providenciadas pela maioria dos pesquisadores sobre o uso de pontos piloto são consideradas um tanto quanto impraticáveis. Neste estudo, propõe-se uma abordagem prática para o uso de propriedades de pontos piloto (p. ex. número, distância e método de distribuição) na fase de calibração de um modelo de águas subterrâneas. Pela primeira vez, são introduzidos os métodos de relação distância-área relativa (d/A) e baseado em carga-zonação (BCZ) para atribuir pontos piloto ao domínio do modelo, incorporando uma relação de zona de fácil utilização. Este estudo fornece algumas ideias sobre o equilíbrio entre maximizar e restringir o número de pontos piloto e oferece uma base relativa para selecionar as propriedades de pontos piloto e método de distribuição no desenvolvimento de um modelo fisicamente embasado de águas subterrâneas. O método baseado em grade (BG) é, comparativamente, melhor executado do que o método BCZ em termos de desempenho do modelo e de tempo computacional. Quando se utiliza o método BG, este estudo recomenda uma relação distância-área de 0.05, uma razão distância-x-grade de comprimento (d/X _grade) de 0.10 e uma relação distância-y-grade de comprimento (d/Y _grade) de 0.20.