Vadose zone modeling to identify controls on groundwater recharge in an unconfined granular aquifer in a cold and humid environment with different meteorological data sources
Modelado de la zona vadosa para identificar los controles de la recarga de agua subterránea en un acuífero granular no confinado en un clima frío y húmedo con diferentes fuentes de datos meteorológicos
Modélisation de la zone non saturée pour identifier les contrôles sur la recharge des eaux souterraines dans un aquifère granulaire libre dans un environnement froid et humide avec différentes sources de données météorologiques
Modelagem da zona vadosa para identificar controles de recarga de água subterrânea em um aquífero granular não confinado em um ambiente frio e úmido com diferentes fontes de dados meteorológicos
Résumé
Abstract Groundwater recharge (GR) is a complex process that is difficult to quantify. Increasing attention has been given to unsaturated zone modeling to estimate GR and better understand the processes controlling it. Continuous soil-moisture time series have been shown to provide valuable information in this regard. The objectives of this study were to (i) analyze the processes and factors controlling GR in an unconfined granular aquifer in a cold and humid environment and (ii) assess the uncertainties associated with the use of data from different sources. Soil moisture data monitored over three years at three experimental sites in southern Quebec (Canada) were used to calibrate the HYDRUS-1D model and to estimate ranges of possible GR in a region where groundwater is increasingly used as a source of fresh water. The simulations identified and quantified important factors responsible for the near-surface water balance that leads to GR. The resulting GR estimates from 2016 to 2018 showed marked differences between the three sites, with values ranging from 347 to 735 mm/y. Mean GR for the three sites was 517 mm/y for 2016–2018 and 455 mm/y for the previous 12-year period. GR was shown to depend on monthly variations in precipitation and on soil textural parameters in the root zone, both controlling soil-water retention and evapotranspiration. Monthly recharge patterns showed distinct preferential GR periods during the spring snowmelt (38–45% of precipitation) and in the fall (29% of precipitation). The use of different meteorological datasets was shown to influence the GR estimates.
Resumen La recarga de las aguas subterráneas (GR) es un proceso complejo y difícil de cuantificar. Se ha prestado cada vez más atención al modelado de la zona no saturada para estimar la GR y comprender mejor los procesos que la controlan. Se ha demostrado que las series temporales continuas de humedad del suelo proporcionan información valiosa a este respecto. Los objetivos de este estudio fueron (i) analizar los procesos y factores que controlan la GR en un acuífero granular no confinado en un clima frío y húmedo y (ii) evaluar las incertidumbres asociadas al uso de datos de diferentes fuentes. Se utilizaron datos de humedad del suelo monitoreados durante tres años en tres sitios experimentales en el sur de Quebec (Canadá) para calibrar el modelo HYDRUS-1D y estimar rangos de posibles GR en una región donde el agua subterránea se utiliza cada vez más como fuente de agua dulce. Las simulaciones identificaron y cuantificaron importantes factores responsables del balance hídrico cercano a la superficie que conduce a la GR. Las estimaciones de GR resultantes de 2016 a 2018 mostraron marcadas diferencias entre los tres sitios, con valores que oscilaron entre 347 y 735 mm/año. La media de la GR para los tres sitios fue de 517 mm/año para 2016–2018 y de 455 mm/año para el período anterior de 12 años. Se demostró que la GR depende de las variaciones mensuales de la precipitación y de los parámetros de textura del suelo en la zona de las raíces, controlando ambos la retención de agua en el suelo y la evapotranspiración. Los patrones mensuales de recarga mostraron distintos periodos preferentes de GR durante el deshielo primaveral (38–45% de las precipitaciones) y en otoño (29% de las precipitaciones). Se demostró que el uso de diferentes conjuntos de datos meteorológicos influye en las estimaciones de la GR.
Résumé La recharge des eaux souterraines (RES) est. un processus complexe difficile à quantifier. Une attention croissante a été accordée à la modélisation de la zone non saturée pour estimer la RES et mieux comprendre les processus qui la contrôlent. Il a été démontré que les séries chronologiques en continu de l’humidité du sol fournissent des informations précieuses à cet égard. Les objectifs de cette étude étaient (i) d’analyser les processus et facteurs contrôlant la RES dans un aquifère granulaire libre dans un environnement froid et humide et (ii) d’évaluer les incertitudes associées à l’utilisation de données provenant de différentes sources. Les données d’humidité du sol enregistrées sur une période de trois ans au niveau de trois sites expérimentaux dans le sud du Québec (Canada) ont été utilisées pour calibrer un modèle 1D sous HYDRUS et pour estimer les gammes de RES possible dans une région où les eaux souterraines sont de plus en plus utilisées en tant que source d’eau douce. Les simulations ont permis d’identifier et de quantifier des facteurs importants responsables du bilan hydrique en proche surface qui conduit à la RES. Les estimations de RES qui en résultent pour la période 2016 à 2018 ont montré des différences marquées entre les trois sites, avec des valeurs comprises entre 347 et 735 mm/an. La RES moyenne pour les trois sites était de 517 mm/an pour la période 2016–2018 et de 455 mm/an pour la période des 12 ans précédents. Il a été démontré que la RES dépend des variations mensuelles des précipitations et des paramètres de texture du sol dans la zone racinaire, contrôlant à la fois la rétention d’eau du sol et l’évapotranspiration. Les modalités de recharge mensuelle ont montré des périodes de RES préférentielles distinctes au cours de la fonte des neiges au printemps (38–45% des précipitations) et à l’automne (29% des précipitations). Il a été démontré que l’utilisation de différents ensembles de données météorologiques influence les estimations de la RES.
Resumo A recarga de água subterrânea (RAS) é um processo complexo e difícil de quantificar. Cada vez mais atenção tem sido dada à modelagem de zona não saturada para estimar a RAS e entender melhor os processos que o controlam. As séries temporais contínuas de umidade do solo fornecem informações valiosas a esse respeito. Os objetivos deste estudo foram (i) analisar os processos e fatores que controlam a RAS em um aquífero granular não confinado em um ambiente frio e úmido e (ii) avaliar as incertezas associadas ao uso de dados de diferentes fontes. Dados de umidade do solo monitorados ao longo de três anos em três locais experimentais no sul de Quebec (Canadá) foram usados para calibrar o modelo HYDRUS-1D e estimar faixas de possíveis RAS em uma região onde a água subterrânea é cada vez mais usada como fonte de água doce. As simulações identificaram e quantificaram fatores importantes responsáveis pelo balanço hídrico próximo à superfície que leva a RAS. As estimativas de RAS resultantes de 2016 a 2018 mostraram diferenças marcantes entre os três locais, com valores variando de 347 a 735 mm / ano. A RAS média para os três locais foi de 517 mm/ano para 2016–2018 e 455 mm/ano para o período de 12 anos anterior. Foi demonstrado que a RAS depende das variações mensais na precipitação e dos parâmetros texturais do solo na zona radicular, ambos controlando a retenção de água no solo e a evapotranspiração. Os padrões de recarga mensal mostraram períodos preferenciais de RAS distintos durante o derretimento da neve na primavera (38–45% da precipitação) e no outono (29% da precipitação). O uso de diferentes conjuntos de dados meteorológicos mostrou influenciar as estimativas de RAS.