Abstract Despite intensive explorations by speleologists, karstic systems remain only partially described as many conduits are not accessible to humans. The classical exploration techniques produce sparse data, leading to various uncertainties about the conduit dimensions, essential parameters for flow simulations. Stochastic simulations offer a possibility to better assess these uncertainties. In this paper, we propose different methods to stochastically simulate the properties (size and shape anisotropy) of karstic conduits on already existing skeletons. These approaches, based on Sequential Gaussian Simulations (SGS), allow taking different conditioning data into account, while respecting the intricacy of the networks. To infer the input parameters, we perform a statistical study of the conduit dimensions of 49 explored karstic networks, focusing on their equivalent radius and width-height ratio. Thanks to the definition of 1D-curvilinear variograms, we demonstrate the existence of a spatial correlation along the networks, which is even higher when considering independently each conduit. Finally, using ad hoc algorithms implemented for computing both a conduit hierarchy inside karstic networks and a relative position regarding outputs, we find no evidence of an obvious link between these two entities and the studied metrics. The simulation methods are then demonstrated on the karstic network of Arrestelia (Pyrenees-Atlantiques, France), and show the consistency of the proposed approach with the observations made on the explored natural systems.

中文翻译：

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岩溶网络中管道几何特性的分析与随机模拟

摘要 尽管洞穴学家进行了深入的探索，但由于人类无法进入许多管道，因此对岩溶系统的描述仍然只是部分。经典勘探技术产生稀疏数据，导致管道尺寸的各种不确定性，流动模拟的基本参数。随机模拟提供了更好地评估这些不确定性的可能性。在本文中，我们提出了不同的方法来随机模拟现有骨架上岩溶管道的特性（大小和形状各向异性）。这些方法基于序列高斯模拟 (SGS)，允许考虑不同的条件数据，同时尊重网络的复杂性。为了推断输入参数，我们对 49 个已探索岩溶网络的管道尺寸进行了统计研究，关注它们的等效半径和宽高比。由于一维曲线变异函数的定义，我们证明了沿网络存在空间相关性，当独立考虑每个管道时，这种相关性甚至更高。最后，使用为计算岩溶网络内的管道层次结构和输出的相对位置而实现的临时算法，我们没有发现这两个实体与研究指标之间存在明显联系的证据。然后在 Arrestelia（法国比利牛斯-大西洋）的岩溶网络上演示了模拟方法，并展示了所提出的方法与在探索的自然系统上进行的观察的一致性。我们证明了沿网络存在空间相关性，当独立考虑每个管道时，这种相关性甚至更高。最后，使用为计算岩溶网络内的管道层次结构和输出的相对位置而实现的临时算法，我们没有发现这两个实体与研究指标之间存在明显联系的证据。然后在 Arrestelia（法国比利牛斯-大西洋）的岩溶网络上演示了模拟方法，并展示了所提出的方法与在探索的自然系统上进行的观察的一致性。我们证明了沿网络存在空间相关性，当独立考虑每个管道时，这种相关性甚至更高。最后，使用为计算岩溶网络内的管道层次结构和输出的相对位置而实现的临时算法，我们没有发现这两个实体与研究指标之间存在明显联系的证据。然后在 Arrestelia（法国比利牛斯-大西洋）的岩溶网络上演示了模拟方法，并展示了所提出的方法与在探索的自然系统上进行的观察的一致性。使用为计算岩溶网络内的管道层次结构和输出的相对位置而实现的临时算法，我们没有发现这两个实体与研究指标之间存在明显联系的证据。然后在 Arrestelia（法国比利牛斯-大西洋）的岩溶网络上演示了模拟方法，并展示了所提出的方法与在探索的自然系统上进行的观察的一致性。使用为计算岩溶网络内的管道层次结构和输出的相对位置而实现的临时算法，我们没有发现这两个实体与研究指标之间存在明显联系的证据。然后在 Arrestelia（法国比利牛斯-大西洋）的岩溶网络上演示了模拟方法，并展示了所提出的方法与在探索的自然系统上进行的观察的一致性。