Interpretation of spring-water temperature variability based on continuous monitoring and numerical modelling of heat transport and water mixing: case study of Czarny Potok spring, Pieniny Mountains, southern Poland.

التفاصيل البيبلوغرافية
العنوان:	Interpretation of spring-water temperature variability based on continuous monitoring and numerical modelling of heat transport and water mixing: case study of Czarny Potok spring, Pieniny Mountains, southern Poland.
Alternate Title:	Interpretación de la variabilidad de la temperatura del agua de un manantial basada en el monitoreo continuo y la modelización numérica del transporte de calor y la mezcla de agua: estudio de caso del manantial de Czarny Potok, Montañas Pieniny, sur de Polonia Interprétation de la variabilité de la température de l'eau de source sur la base d'un suivi en continu et d'une modélisation numérique du transport de chaleur et du mélange de l'eau: étude de cas de la source Czarny Potok, montagnes Pieniny, sud de la Pologne Interpretacja zmian temperatury wody źródlanej na podstawie ciągłych obserwacji monitoringowych oraz numerycznego modelu transportu ciepła i mieszania wód, na przykładzie źródła Czarnego Potoku, Pieniny, Polska południowa Interpretação da variabilidade da temperatura da água de nascente com base em monitoramento contínuo e modelagem numérica do transporte de calor e mistura de água: estudo de caso da nascente Czarny Potok, montanhas Pieniny, sul da Polônia 基于热传输与水混合的持续监测和数值模拟的泉水温度变异性解释: 以波兰南部Pieniny山脉Czarny Potok泉水为例
المؤلفون:	Gruszczyński, Tomasz¹ (AUTHOR), Szostakiewicz-Hołownia, Marzena¹ (AUTHOR) marzena.szostakiewicz@uw.edu.pl, Zaszewski, Daniel¹ (AUTHOR)
المصدر:	Hydrogeology Journal. May2024, Vol. 32 Issue 3, p851-864. 14p.
مصطلحات موضوعية:	SPRING, WATER temperature, HEAT conduction, THERMAL diffusivity, WATER springs, SOIL temperature
مصطلحات جغرافية:	POLAND
Abstract (English):	A numerical model of heat conduction and water mixing was developed, enabling a quantitative description of water temperature variability at a spring outflow. The study examined the Czarny Potok spring, located in the Pieniny Mountains of southern Poland, which was the subject of a 4-year series of water temperature observations. The presented model describes the soil and water environment in the immediate vicinity of the spring, assuming that the spring water temperature is shaped by the mixing of water flowing through the shallow zone that experiences seasonal fluctuation and the deeper neutral zone. It was also assumed that the conductive heat flow in the tested medium is conditioned by seasonal heating and cooling of the land surface. The thermal diffusivity of the bedrock was calculated on the basis of the phase shift and the attenuation of thermal amplitude at different depths, based on long-term monitoring of soil temperature. The heat conduction and water mixing models enabled calculation of the water temperature at the outflow. The obtained results are close to the empirical spring water temperatures. The estimated mean error was 0.075 °C and the mean absolute error was 0.188 °C. The results of the calculations suggest that the tested spring is recharged primarily by water flowing through the seasonal fluctuation zone (75%), while the remaining 25% captures a deeper circulation system associated with the neutral zone. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
Abstract (Spanish):	Resumen: Se ha desarrollado un modelo numérico de conducción de calor y mezcla de agua que permite describir cuantitativamente la variabilidad de la temperatura del agua en la descarga de un manantial. En el estudio se examinó el manantial de Czarny Potok, situado en las montañas Pieniny del sur de Polonia, que fue objeto de una serie de cuatro años de observaciones de la temperatura del agua. El modelo presentado describe el entorno del suelo y el agua en las inmediaciones del manantial, suponiendo que la temperatura del agua de éste está determinada por la mezcla del agua que fluye a través de la zona poco profunda que experimenta fluctuaciones estacionales y la zona neutra más profunda. También se supuso que el flujo de calor conductivo en el medio analizado está condicionado por el calentamiento y enfriamiento estacional de la superficie terrestre. La difusividad térmica de la roca base se calculó a partir del desplazamiento de fase y la atenuación de la amplitud térmica a diferentes profundidades, basándose en el monitoreo a largo plazo de la temperatura del suelo. Los modelos de conducción del calor y de mezcla del agua permitieron calcular la temperatura del agua en la salida. Los resultados obtenidos se aproximan a las temperaturas empíricas del agua del manantial. El error medio estimado fue de 0.075 °C, y el error medio absoluto de 0.188 °C. Los resultados de los cálculos sugieren que el manantial analizado se recarga principalmente por el agua que fluye a través de la zona de fluctuación estacional (75%), mientras que el 25% restante capta un sistema de circulación más profundo asociado a la zona neutra. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
Abstract (French):	Résumé: Un modèle numérique de conduction thermique et de mélange d'eau a été développé, permettant une description quantitative de la variabilité de la température de l'eau à l'exutoire d'une source. L'étude a porté sur la source Czarny Potok, située dans les monts Pieniny, dans le sud de la Pologne, qui a fait l'objet d'une série d'observations de la température de l'eau pendant quatre ans. Le modèle présenté décrit l'environnement du sol et de l'eau dans les environs immédiats de la source, en supposant que la température de l'eau de la source est façonnée par le mélange de l'eau qui s'écoule dans la zone peu profonde qui connaît des fluctuations saisonnières et la zone neutre plus profonde. On a également supposé que le flux de chaleur conductif dans le milieu testé est influencé par le réchauffement et le refroidissement saisonniers de la surface du sol. La diffusivité thermique de la roche mère a été calculée sur la base du déphasage et de l'atténuation de l'amplitude thermique à différentes profondeurs, sur la base d'un suivi à long terme de la température du sol. Les modèles de conduction thermique et de mélange d'eau ont permis de calculer la température de l'eau à l'exutoire. Les résultats obtenus sont proches des températures empiriques de l'eau au printemps. L'erreur moyenne estimée était de 0.075 °C et l'erreur absolue moyenne de 0.188 °C. Les résultats des calculs suggèrent que la source testée est principalement alimentée par de l'eau circulant dans la zone de fluctuation saisonnière (75%), tandis que les 25% restants captent un système de circulation plus profond associé à la zone neutre. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
Abstract (Polish):	Abstrakt: W artykule przedstawiono numeryczny model kondukcji ciepła i mieszania wód, pozwalający na ilościowy opis zmienności temperatury wody na wypływie ze źródła. Przedmiotem analizy było źródło Czarnego Potoku zlokalizowane w Pieninach (południowa Polska) poddane czteroletniemu ciągowi obserwacji temperatury wody. Prezentowany model opisuje środowisko gruntowo-wodne w bezpośrednim sąsiedztwie źródła. W modelu założono, że temperatura wody źródlanej kształtowana jest w wyniku mieszania wód przepływających przez płytką strefę sezonowych fluktuacji oraz strefę neutralną. Założono również, że kondukcyjny przepływ ciepła w badanym ośrodku warunkowany jest sezonowym ogrzewaniem i schładzaniem powierzchni czynnej (powierzchni terenu). Dyfuzyjność cieplną ośrodka obliczono na podstawie przesunięcia fazowego i tłumienia amplitudy sygnałów cieplnych na różnych głębokościach. Dane do tych obliczeń pochodziły z wieloletniego monitoringu temperatury ośrodka skalnego. Rezultaty modelu kondukcji ciepła i mieszania wód pozwoliły na odwzorowanie temperatury wody na wypływie i są zbliżone do danych empirycznych (temperatury wody obserwowanej w źródle). Oszacowany błąd średni wyniósł 0.075 °C, zaś błąd średni absolutny 0.188 °C. Rezultaty obliczeń wskazują także, że badane źródło zasilają przede wszystkim wody przepływające przez strefę sezonowych fluktuacji (75%), natomiast pozostała część reprezentuje głębszy system krążenia związany ze strefą neutralną. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
Abstract (Portuguese):	Resumo: Um modelo numérico de condução de calor e mistura de água foi desenvolvido, permitindo uma descrição quantitativa da variabilidade da temperatura da água na saída de nascente. O estudo examinou a nascente Czarny Potok, localizada nas montanhas Pieniny, no sul da Polónia, que foi objeto de uma série de observações da temperatura da água durante quatro anos. O modelo apresentado descreve o solo e o ambiente aquático nas imediações da nascente, assumindo que a temperatura da água da nascente é moldada pela mistura da água que flui através da zona rasa que sofre flutuação sazonal e da zona neutra mais profunda. Também foi assumido que o fluxo de calor condutivo no meio testado é condicionado pelo aquecimento e resfriamento sazonal da superfície terrestre. A difusividade térmica do leito rochoso foi calculada com base na mudança de fase e na atenuação da amplitude térmica em diferentes profundidades, com base no monitoramento de longo prazo da temperatura do solo. Os modelos de condução de calor e mistura de água permitiram o cálculo da temperatura da água na saída. Os resultados obtidos estão próximos das temperaturas empíricas da água de nascente. O erro médio estimado foi de 0.075 °C e o erro médio absoluto foi de 0.188 °C. Os resultados dos cálculos sugerem que a nascente testada é recarregada principalmente pela água que flui através da zona de flutuação sazonal (75%), enquanto os restantes 25% captam um sistema de circulação mais profundo associado à zona neutra. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
Abstract (Chinese):	摘要: 已经开发了热传导和水混合的数值模型, 进而有可能定量描述泉水溢出口水温变异性。该研究分析了位于波兰南部Pieniny山脉的Czarny Potok泉水, 这是一个为期四年的水温观测系列的研究对象。所呈现的模型描述了泉水周围的土壤和水环境, 假设泉水温度是由浅层区有季节性波动的水和深部中性区的水混合而成。还假设被测试介质中的传导热流受到地表季节性加热和冷却的影响。基岩的热扩散率是基于长期监测的土壤温度和不同深度处的热振幅相位差和衰减来计算的。热传导和水混合模型即可以计算出出流处的水温。获得的结果接近实际泉水的水温。估计的平均误差为0.075 °C, 平均绝对误差为0.188 °C。计算结果表明, 被测试的泉水主要通过流经季节性波动区域 (75%) 再次补给, 而剩余的25%则捕获了与中性区域相关的更深的循环系统。 [ABSTRACT FROM AUTHOR]
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الوصف
تدمد:	14312174
DOI:	10.1007/s10040-023-02729-z