A simple daily soil–water balance model for estimating the spatial and temporal distribution of groundwater recharge in temperate humid areas |
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Authors: | W R Dripps K R Bradbury |
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Institution: | (1) Department of Earth and Environmental Sciences, Furman University, 3300 Poinsett Highway, Greenville, SC 29690, USA;(2) Wisconsin Geological and Natural History Survey, 3817 Mineral Point Road, Madison, WI 53705, USA |
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Abstract: | Quantifying the spatial and temporal distribution of natural groundwater recharge is usually a prerequisite for effective
groundwater modeling and management. As flow models become increasingly utilized for management decisions, there is an increased
need for simple, practical methods to delineate recharge zones and quantify recharge rates. Existing models for estimating
recharge distributions are data intensive, require extensive parameterization, and take a significant investment of time in
order to establish. The Wisconsin Geological and Natural History Survey (WGNHS) has developed a simple daily soil–water balance
(SWB) model that uses readily available soil, land cover, topographic, and climatic data in conjunction with a geographic
information system (GIS) to estimate the temporal and spatial distribution of groundwater recharge at the watershed scale
for temperate humid areas. To demonstrate the methodology and the applicability and performance of the model, two case studies
are presented: one for the forested Trout Lake watershed of north central Wisconsin, USA and the other for the urban-agricultural
Pheasant Branch Creek watershed of south central Wisconsin, USA. Overall, the SWB model performs well and presents modelers
and planners with a practical tool for providing recharge estimates for modeling and water resource planning purposes in humid
areas.
Resumen La cuantificación de la distribución espacial y temporal de la recarga natural de agua subterránea es un requisito previo
para una modelación y una gestión efectivas de las aguas subterráneas. Dado que se está incrementando el uso de los modelos
de flujo para la toma de decisiones de gestión, existe una necesidad creciente de métodos simples y prácticos para delimitar
las zonas de recarga y cuantificar los rangos de la misma. Los modelos existentes para la estimación de la distribución de
la recarga requieren datos intensivos, una parametrización extensiva y una inversión de tiempo significativa para ser establecidos.
El Servicio Geológico y de Historioa Natural de Wisconsin (WGNHS) ha desarrollado un modelo simple de balance diario de agua
en el suelo (SWB) que usa de forma sencilla datos disponibles de suelo, de cobertera, topográficos y climáticos conjuntamente
con un Sistema de Información Geográfica (GIS) para estimar la distribución espacial y temporal de la recarga de aguas subterráneas
a escala de cuenca para zonas templadas húmedas. Para demostrar la metodología, aplicabilidad y el comportamiento del modelo,
se presentan dos casos: uno en la cuenca boscosa de Trout Lake, en la zona Norte-Central de Wisconsin, USA y el otro en la
Cuenca urbano-agrícola de Pheasant Branch Creek, Sur-Centro de Winconsin, USA. En conjunto, el modelo SWB funciona bien y
presenta a los modeladores y planificadores una herramienta práctica para llevar a cabo una estimación de la recarga para
propósitos de modelación y planificación de los recursos de agua en zonas húmedas.
Résumé Quantifier les distributions temporelle et spatiale de la réalimentation naturelle des eaux souterraines est en règle générale
un préalable à une modélisation et une gestion efficaces des eaux souterraines. Etant donné que les modèles numériques sont
utilisés de manière croissante dans les prises de décisions en matière de gestion, il existe un besoin accru pour des méthodes
simples et pratiques, afin de délimiter les zones d’alimentation et de quantifier les recharges associées. Les modèles existants,
destinés à l’estimation de la répartition des réalimentations, demandent énormément de données, un paramétrage long, et un
investissement conséquent en temps de mise en œuvre. Le Wisconsin Geologic and Natural History Survey (WGNHS) a développé
un modèle simple basé sur un bilan en eau quotidien dans les sols (SWB); il utilise les données directement disponibles sur
les sols, l’occupation des sols, la topographie et le climat, en conjonction avec un Système d’Information Géographique, afin
d’estimer les distributions temporelle et spatiale de la réalimentation des eaux souterraines à l’échelle du bassin versant,
pour les zones humides tempérées. Afin de démontrer la méthodologie, l’applicabilité et les performances du modèle, deux applications
sont présentées: la première sur le bassin versant boisé de Trout Lake au centre-nord du Wisconsin (Etats-Unis), et le second
sur le bassin versant agricole et urbanisé de Pheasant Branch Creek au centre-sud du Wisconsin. Le modèle SWB se comporte
globalement bien, et offre aux modélisateurs un outil fonctionnel pour estimer les réalimentations, dans le cadre de modélisations
et de plans de gestion des ressources en eau souterraine dans les zones humides.
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Keywords: | Recharge Recharge variability Water budget Geographic information systems Soil water balance |
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