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Coupling of a subsurface drainage model with a soil reservoir model to simulate drainage discharge and drain flow start
Agricultural Water Management ( IF 6.7 ) Pub Date : 2021-11-18 , DOI: 10.1016/j.agwat.2021.107318
Hocine Henine 1 , Alexis Jeantet 1 , Cédric Chaumont 1 , Samy Chelil 1 , Claire Lauvernet 2 , Julien Tournebize 1
Affiliation  

The environmental impact of subsurface drainage and agricultural activities has been widely studied in the literature. Agricultural subsurface drainage modifies the hydrological behavior and accelerates the transfer of pollutants of agricultural origin into surface water during the drain flow period, which is often limited to winter. The main objective of this study is to present a modeling approach allowing an accurate modeling of subsurface drainage discharge and prediction of drain flow start times, by integrating a new conceptual soil reservoir, managing the water flow in the unsaturated zone, to the SIDRA model. A comparison of the model results with field measurements of drainage discharge at the “La Jaillière” site (France) shows that such a model can efficiently simulate drainage discharge (KGE values >0.75) and predict, with good accuracy, the drain flow start time (with a median value of 5 days and a standard deviation of 10 days). The split simple test conducted for the model calibration and validation shows that the model is temporally robust. A sensitivity analysis conducted using the Sobol method on the five model parameters reveals that the drainage discharge simulation is mainly sensitive to the hydraulic conductivity and drainable porosity parameters. On the other hand, the date delimiting drain flow start is sensitive to the soil reservoir parameters. The model's ability to accurately predict the start of drain flow serves to avoid the application of farm inputs (pesticides or fertilizers) during this critical period in order to limit their transfer to surface waters.



中文翻译:

将地下排水模型与土壤水库模型耦合以模拟排水排放和排水流量开始

地下排水和农业活动对环境的影响已在文献中得到广泛研究。农业地下排水改变了水文行为,并在排水流动期间加速了农业污染物向地表水的转移,这通常仅限于冬季。本研究的主要目标是提出一种建模方法,通过将管理非饱和区水流的新概念土壤水库集成到 SIDRA 模型中,可以对地下排水排放进行准确建模并预测排水流量开始时间。将模型结果与“La Jaillière”场地(法国)排水排放的现场测量结果进行比较表明,这种模型可以有效地模拟排水排放(KGE 值 >0.75)并预测,排水流量开始时间(中值为 5 天,标准偏差为 10 天)具有良好的准确度。为模型校准和验证进行的拆分简单测试表明该模型在时间上是稳健的。使用 Sobol 方法对五个模型参数进行的敏感性分析表明,排水流量模拟主要对水力传导率和可排水孔隙度参数敏感。另一方面,界定排水流量开始的日期对土壤水库参数很敏感。该模型能够准确预测排水流量的开始,以避免在这一关键时期使用农业投入物(农药或肥料),以限制它们向地表水的转移。排水流量开始时间(中值为 5 天,标准差为 10 天)。为模型校准和验证进行的拆分简单测试表明该模型在时间上是稳健的。使用 Sobol 方法对五个模型参数进行的敏感性分析表明,排水流量模拟主要对水力传导率和可排水孔隙度参数敏感。另一方面,界定排水流量开始的日期对土壤水库参数很敏感。该模型能够准确预测排水流量的开始,以避免在这一关键时期使用农业投入物(农药或肥料),以限制它们向地表水的转移。排水流量开始时间(中值为 5 天,标准差为 10 天)。为模型校准和验证进行的拆分简单测试表明该模型在时间上是稳健的。使用 Sobol 方法对五个模型参数进行的敏感性分析表明,排水流量模拟主要对水力传导率和可排水孔隙度参数敏感。另一方面,界定排水流量开始的日期对土壤水库参数很敏感。该模型能够准确预测排水流量的开始,以避免在这一关键时期使用农业投入物(农药或肥料),以限制它们向地表水的转移。为模型校准和验证进行的拆分简单测试表明该模型在时间上是稳健的。使用 Sobol 方法对五个模型参数进行的敏感性分析表明,排水流量模拟主要对水力传导率和可排水孔隙度参数敏感。另一方面,界定排水流量开始的日期对土壤水库参数很敏感。该模型能够准确预测排水流量的开始,以避免在这一关键时期使用农业投入物(农药或肥料),以限制它们向地表水的转移。为模型校准和验证进行的拆分简单测试表明该模型在时间上是稳健的。使用 Sobol 方法对五个模型参数进行的敏感性分析表明,排水流量模拟主要对水力传导率和可排水孔隙度参数敏感。另一方面,界定排水流量开始的日期对土壤水库参数很敏感。该模型能够准确预测排水流量的开始,以避免在这一关键时期使用农业投入物(农药或肥料),以限制它们向地表水的转移。使用 Sobol 方法对五个模型参数进行的敏感性分析表明,排水流量模拟主要对水力传导率和可排水孔隙度参数敏感。另一方面,界定排水流量开始的日期对土壤水库参数很敏感。该模型能够准确预测排水流量的开始,以避免在这一关键时期使用农业投入物(农药或肥料),以限制它们向地表水的转移。使用 Sobol 方法对五个模型参数进行的敏感性分析表明,排水流量模拟主要对水力传导率和可排水孔隙度参数敏感。另一方面,界定排水流量开始的日期对土壤水库参数很敏感。该模型能够准确预测排水流量的开始,以避免在这一关键时期使用农业投入物(农药或肥料),以限制它们向地表水的转移。

更新日期:2021-11-18
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