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Modeling of subsurface agricultural drainage using two hydrological models with different conceptual approaches as well as dimensions and spatial scales.

Muma, Mushombe; Rousseau, Alain N.; Gumière, Silvio José (2017). Modeling of subsurface agricultural drainage using two hydrological models with different conceptual approaches as well as dimensions and spatial scales. Canadian Water Resources Journal / Revue canadienne des ressources hydriques , vol. 42 , nº 1. p. 38-53. DOI: 10.1080/07011784.2016.1231014.

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Résumé

Dans les régions où les sols sont saisonnièrement ou perpétuellement humides, le drainage souterrain agricole représente une pratique essentielle de gestion de l’eau. Deux modèles hydrologiques avec différentes approches de modélisation ainsi que différentes échelles dimensionnelles et spatiales, DRAINMOD (1D, localisé et à l’échelle du champ) et CATHY (3D, spatialement distribué et à l’échelle de bassin versant), ont été comparés en fonction de leur performance pour prédire l’écoulement aux drains et à simuler le processus d’évapotranspiration dans des conditions de terrain. Deux mesures ont été définies pour évaluer la capacité des modèles à représenter la dynamique de l’eau dans le sol: les erreurs relatives à simuler le débit de pointe et le volume de drainage. En utilisant différents scénarios de conductivité hydraulique, les deux modèles ont fourni des résultats similaires. Vis-à-vis de la comparaison d’écoulement total drainé simulé/observé, les deux modèles ont donné des résultats très similaires. En termes de coefficient de détermination (R²) et le coefficient d’efficacité de Nash-Sutcliffe (NSE), pendant les périodes sèches (faible débit observé aux drains souterrains) leurs performances ont été faibles en simulant l’écoulement aux drains souterrains. Pendant les périodes d’écoulement observé aux drains plus élevé, la performance des deux modèles était bonne (R² > 0,75 et NSE généralement > 0,60), mais DRAINMOD produit de meilleurs résultats que CATHY. Les deux modèles ont bien simulé le processus d’évapotranspiration (R² > 0,80). En ce qui concerne l’impact de la conductivité hydraulique de chaque couche de sol sur l’écoulement sortant de drains souterrains, cette étude a montré que la couche de sol sous le système des drains souterrains était la plus influente pour les deux modèles.

Abstract

In regions where soils are seasonally or perennially wet, subsurface drainage represents an essential water management practice. Two hydrological models with different modeling approaches as well as different dimensional and spatial scales, DRAINMOD (1D, lumped and field-scale) and CATHY (3D, spatially distributed and watershed-scale), were compared in terms of their performance to predict tile-drain flow and to simulate evapotranspiration (ET) under field conditions. Two metrics were defined to assess the capacity of the models to represent the soil water dynamics: relative errors in simulating peak flow and drainage volume. Using different hydraulic conductivity scenarios, both models provided similar results. For the total predicted/observed tile-drain flow comparison, the two models yielded very similar results. In terms of coefficient of determination (R²) and Nash–Sutcliffe model efficiency (NSE), their performances were low in simulating tile-drain flows for dry periods (low observed tile-drain flow). During periods with higher observed tile-drain flow, the performance of both models was good (R² > 0.75 and NSE mostly > 0.60), but DRAINMOD produced better results than CATHY did. The two models had similar ET values (R² > 0.80). Regarding the impact of the hydraulic conductivity of each soil layer on subsurface drainage outflow, this study showed that the soil layer below the tile-drain system was the most influential for the two models.

Type de document: Article
Mots-clés libres: drainage; groundwater flow; hydraulic conductivity; hydrology; soil moisture; water management; agricultural
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 07 mai 2018 19:53
Dernière modification: 07 mai 2018 19:53
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/6437

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