geoskill-water-table-mapping

由离散井点水位通过IDW或简化克里金插值生成地下水位与埋深栅格，含留一法交叉验证

地下水位空间制图 | Water Table Mapping

This skill generates regional groundwater level rasters and depth-to-water (surface-to-water-table depth) rasters from water level observations at discrete monitoring wells via spatial interpolation, applicable to groundwater contour mapping, depth zoning, and well network assessment.

Core algorithms: two interpolation methods are provided — IDW (Inverse Distance Weighting), pixel value = Σ(valueᵢ/dᵢᵖ)/Σ(1/dᵢᵖ), robust and fast; and simplified Ordinary Kriging, which uses an exponential variogram and solves the kriging system with an unbiasedness constraint to obtain the best linear unbiased estimate. Terrain constraints are supported (the water table must not exceed the surface elevation). Accuracy is assessed with leave-one-out cross-validation statistics (RMSE / MAE / R²).

Dependencies / 依赖

bash

pip install 'numpy' 'rasterio' 'scipy'

Usage / 使用方法

Basic Usage

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 116.0 39.0 117.0 40.0 --method idw

Example 1 (Synthetic Data, Offline)

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 116.0 39.0 117.0 40.0 --synthetic --output-dir ./out

Example 2 (Kriging Interpolation)

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 116 39 117 40 --synthetic --method kriging --output-dir ./out

示例 3（真实井点 CSV：列 x/lon, y/lat, level）

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --input wells.csv --bbox 116 39 117 40 --grid-size 128 --output-dir ./out

示例 4（自定义 IDW 幂次与井点数）

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 121 31 122 32 --synthetic --power 3 --n-wells 60 --quiet

Example 5 (Finer Output Grid)

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 113 23 114 24 --synthetic --method idw --grid-size 256 --output-dir ./out

Output / 输出

File	Format	Description
water_table.tif	GeoTIFF	Groundwater level spatial raster (m, terrain-constrained)
depth_to_water.tif	GeoTIFF	Depth-to-water raster = DEM − water level (m)
interpolation_report.json	JSON	Cross-validation (RMSE/MAE/R²) + comparison against ground truth (synthetic)
output-manifest.json	JSON	Run manifest

Data Source / 数据源 / Source

• --input: local well CSV; coordinate columns (x/lon) and water level columns (level/water_level/head) are auto-detected.
• --synthetic: wells with spatial gradients and observational noise + ground-truth water level field + DEM, fully offline.

Privacy / 隐私声明 / Privacy

• Runs offline by default; --synthetic mode requires no network at all.
• All processing is done locally; no user data is uploaded.

License / License

MIT

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name: geoskill-water-table-mapping description: '由离散井点水位通过IDW或简化克里金插值生成地下水位与埋深栅格，含留一法交叉验证'

地下水位空间制图 | Water Table Mapping

本 skill 由离散监测井点的水位观测，经空间插值生成区域地下水位栅格与埋深（水位到地表深度）栅格，适用于地下水等水位线图编制、埋深分区、井网评估等场景。

核心算法：提供两种插值方法——IDW（反距离加权），像元值 = Σ(valueᵢ/dᵢᵖ)/Σ(1/dᵢᵖ)，稳健快速；简化普通克里金（Ordinary Kriging），采用指数型变异函数，求解带无偏约束的克里金方程组得最优线性无偏估计。支持地形约束（地下水位不得高于地表高程）。精度由留一法交叉验证统计 RMSE / MAE / R² 评估。

依赖

bash

pip install 'numpy' 'rasterio' 'scipy'

使用方法

基本用法

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 116.0 39.0 117.0 40.0 --method idw

示例 1（合成数据，离线）

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 116.0 39.0 117.0 40.0 --synthetic --output-dir ./out

示例 2（克里金插值）

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 116 39 117 40 --synthetic --method kriging --output-dir ./out

示例 3（真实井点 CSV：列 x/lon, y/lat, level）

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --input wells.csv --bbox 116 39 117 40 --grid-size 128 --output-dir ./out

示例 4（自定义 IDW 幂次与井点数）

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 121 31 122 32 --synthetic --power 3 --n-wells 60 --quiet

示例 5（更细的输出网格）

bash

python geoskill-water-table-mapping.py --bbox 113 23 114 24 --synthetic --method idw --grid-size 256 --output-dir ./out

输出

文件	格式	说明
water_table.tif	GeoTIFF	地下水位空间栅格（m，受地形约束）
depth_to_water.tif	GeoTIFF	埋深栅格 = DEM − 水位（m）
interpolation_report.json	JSON	交叉验证（RMSE/MAE/R²）+ 与真值对比（合成）
output-manifest.json	JSON	运行清单

数据源 / Source

• --input：本地井点 CSV，自动识别坐标列（x/lon）与水位列（level/water_level/head）。
• --synthetic：带空间渐变与观测噪声的井点 + 真值水位场 + DEM，完全离线。

隐私声明 / Privacy

• 默认离线运行，--synthetic 模式完全无网络。
• 所有处理在本地完成，不上传用户数据。

License

MIT