Hydrogeological barriers can significantly impact groundwater model predictions. They are, however, often excluded from, or misrepresented in, groundwater models if their presence is unknown or their properties are poorly constrained. Here we show that sharp barriers can be included in groundwater model inversion, even where their presence is uncertain. We describe an approach utilizing "phantom structures"—randomly located, linear groups of model cells assigned a unique hydraulic conductivity value—to improve identifiability of barriers. Algorithmic parameter estimation using model-independent parameter estimation code (PEST) is implemented to determine model structures that best match the hydraulic head and groundwater age observation data from a hypothetical aquifer. Our results show that for a series of case studies, this method was successful in inferring the appropriate location and properties of hydrogeological barriers, when that barrier was not aligned with the dominant flow direction. We compare these results to model inversion using traditional pilot points. The phantom structures approach shows promise in identifying hydrogeological structures and in reproducing groundwater flow across a model domain. Our results demonstrate that the geometric properties of geological structures can remain flexible in a model inversion. This is a step toward reducing conceptual model uncertainty where the presence and properties of hydrogeologic barriers are undefined.

中文翻译：

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一种在地下水模型反演中包含几何特性未知的水文地质屏障的方法

水文地质障碍可以显着影响地下水模型的预测。然而，如果它们的存在是未知的或它们的特性受到不良约束，它们通常会被排除在地下水模型之外或在地下水模型中被歪曲。在这里，我们表明在地下水模型反演中可以包含尖锐的障碍，即使它们的存在是不确定的。我们描述了一种利用“幻像结构”的方法——随机定位的线性模型单元组分配了一个独特的水力传导率值——来提高障碍物的可识别性。使用与模型无关的参数估计代码 (PEST) 进行算法参数估计，以确定与假设含水层的水头和地下水年龄观测数据最匹配的模型结构。我们的结果表明，对于一系列案例研究，当该障碍与主要流动方向不一致时，该方法成功地推断出水文地质障碍的适当位置和性质。我们将这些结果与使用传统试验点的模型反演进行比较。幻象结构方法在识别水文地质结构和在模型域中再现地下水流方面显示出前景。我们的研究结果表明，地质结构的几何特性可以在模型反演中保持灵活。这是减少概念模型不确定性的一步，其中水文地质障碍的存在和性质未定义。我们将这些结果与使用传统试验点的模型反演进行比较。幻象结构方法在识别水文地质结构和在模型域中再现地下水流方面显示出前景。我们的研究结果表明，地质结构的几何特性可以在模型反演中保持灵活。这是减少概念模型不确定性的一步，其中水文地质障碍的存在和性质未定义。我们将这些结果与使用传统试验点的模型反演进行比较。幻象结构方法在识别水文地质结构和在模型域中再现地下水流方面显示出前景。我们的研究结果表明，地质结构的几何特性可以在模型反演中保持灵活。这是减少概念模型不确定性的一步，其中水文地质障碍的存在和性质未定义。