Use of univariate clustering to identify transport modalities in karst aquifers

Transport modalities in karst aquifers are complex. Current methods do not allow quantification and identification of transport processes occurring over very short time scales. Resuspension and deposition of sediment occurring during flood conditions must be analysed at a high temporal resolution. These phenomena, occurring over very short time scales, can affect the water balance at the scale of the hydrologic year. This paper presents the application of univariate clustering for a hydrologic year at a karst spring. The results are consistent with those obtained by usual methods at the flood time scale. Moreover, this new method allows decomposition of the annual volume of spring water into its various transport modalities. For this example, the discharge of water from the spring over the course of a year was decomposed into four components: groundwater (47.7%), surface storm-derived water accompanied by the direct transfer of particles (23.7%), whereas 28.6% of the annual water balance is associated with periods of deposition (February to May, 13.2%) or resuspension (June to August, 15.4%).

RésuméLes modalités de transport dans les aquifères karstiques sont complexes. Les méthodes actuelles ne permettent pas de quantifier directement, pour un cycle hydrologique, l’impact de processus se déroulant à des périodes très spécifiques sur des pas de temps très courts : les phénomènes de remise en suspension/dépôt se produisant lors des crues doivent être analysés avec une haute résolution temporelle (horaire ou infra-horaire), car ils sont très rapides, mais l’ensemble de ces phénomènes affecte également la valeur des bilans de masse à des échelles de temps beaucoup plus longues. Cet article présente l’utilisation du partitionnement univarié sur un cycle hydrologique d’une source karstique. Les résultats sont cohérents avec ceux obtenus par des méthodes déjà largement employées de décomposition des hydrogrammes de crue. De plus, cette nouvelle méthode permet de décomposer le volume annuel des eaux selon les modalités de transport. Dans le cas étudié, 47,7 % du volume d’eau annuel de la source proviennent de l’aquifère, 23,7 % provient de l’infiltration rapide d’eau de surface, avec transfert simultané de particules ; 28,6 % des eaux sont associés à des périodes pendant lesquelles, soit de la décantation de particules, de février à mai (13,2 %), soit de la remise en suspension de sédiments intrakarstiques (15,4 %), de juin à août, peuvent se produire.