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Evaluation of the soil water balance in an alluvial flood plain with a shallow groundwater table = Evaluation du bilan hydrique du sol dans une plaine d'inondation alluviale avec une nappe phréatique peu profonde

Pirastru, Mario and Niedda, Marcello (2013) Evaluation of the soil water balance in an alluvial flood plain with a shallow groundwater table = Evaluation du bilan hydrique du sol dans une plaine d'inondation alluviale avec une nappe phréatique peu profonde. Hydrological sciences journal, Vol. 58 (4), p. 898-911. ISSN 0262-6667. eISSN 2150-3435. Article.

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DOI: 10.1080/02626667.2013.783216

Abstract

Many of the hydrological and ecological functions of alluvial flood plains within watersheds depend on the water flow exchanges between the vadoze soil zone and the shallow groundwater. The water balance of the soil in the flood plain is investigated, in order to evaluate the main hydrological processes that underlie the temporal dynamics of soil moisture and groundwater levels. The soil moisture and the groundwater level in the flood plain were monitored continuously for a three-year period. These data were integrated with the results derived from applying a physically-based numerical model which simulated the variably-saturated vertical water flow in the soil. The analysis indicated that the simultaneous processes of lateral groundwater flow and the vertical recharge from the unsaturated zone caused the observed water table fluctuations. The importance of these flows in determining the rises in the water table varied, depending on soil moisture and groundwater depth before precipitation. The monitoring period included two hydrological years (September 2009–September 2011). About 13% of the precipitation vertically recharged the groundwater in the first year and about 50% in the second. The difference in the two recharge coefficients was in part due to the lower groundwater levels in the recharge season of the first hydrological year, compared to those observed in the second. In the latter year, the shallow groundwater increased the soil moisture in the unsaturated zone due to capillary rise, and so the mean hydraulic conductivity of the unsaturated soil was high. This moisture state of soil favoured a more efficient conversion of infiltrated precipitation into vertical groundwater recharge. The results show that groundwater dynamics in the flood plain are an important source of temporal variability in soil moisture and vertical recharge processes, and this variability must be properly taken into account when the water balance is investigated in shallow groundwater environments.
= La plupart des fonctions hydrologiques et écologiques des plaines inondables alluviales des bassins versants dépendent des échanges entre la zone vadose et la nappe phréatique peu profonde. Nous avons étudié le bilan hydrique du sol dans la plaine d'inondation, afin d’évaluer les principaux processus hydrologiques qui sous-tendent la dynamique temporelle de l'humidité du sol et des eaux souterraines. L'humidité du sol et le niveau de la nappe phréatique de la plaine d'inondation ont été suivis en continu pendant une période de trois ans. Ces données ont été intégrées avec les résultats issus de l'application d'un modèle numérique à base physique simulant l’écoulement vertical de l'eau dans la zone du sol à saturation variable. L'analyse a montré que les processus simultanés de l’écoulement souterrain latéral et de la recharge verticale de la zone non saturée étaient à l'origine des fluctuations observées de la nappe phréatique. L'importance de ces flux pour déterminer les élévations de la nappe phréatique varie en fonction de l'humidité du sol et de la profondeur des eaux souterraines avant la précipitation. La période de surveillance comprenait deux années hydrologiques (Septembre 2009–Septembre 2011). Environ 13% des précipitations ont rechargé les eaux souterraines au cours de la première année et environ 50% au cours de la seconde. La différence entre ces deux coefficients de recharge est en partie due à la baisse des niveaux de l'eau souterraine pendant la saison de recharge de la première année hydrologique, en comparaison à ceux observés au cours de la seconde. Pendant la dernière année, la nappe phréatique peu profonde a augmenté l'humidité du sol dans la zone non saturée en raison de la remontée capillaire, et la conductivité hydraulique moyenne du sol non saturé a donc augmenté. Cet état d'humidité du sol a favorisé une conversion plus efficace des précipitations infiltrées en réalimentation verticale des nappes souterraines. Les résultats montrent que l'eau souterraine dynamique dans la plaine alluviale est une source importante de variabilité temporelle de l'humidité du sol et des processus de recharge verticale, et cette variabilité doit être dûment prise en compte lorsque l’équilibre de l'eau est étudié dans des environnements souterrains peu profonds.

Item Type:Article
ID Code:10019
Status:Published
Refereed:Yes
Uncontrolled Keywords:Soil water balance, groundwater recharge, lateral groundwater flow, 1D Richards model = Bilan hydrique du sol, recharge des eaux souterraines, écoulement latéral des eaux souterraines, modèle de Richards 1D
Subjects:Area 07 - Scienze agrarie e veterinarie > AGR/08 Idraulica agraria e sistemazioni idraulico-forestali
Divisions:001 Università di Sassari > 01-a Nuovi Dipartimenti dal 2012 > Agraria
ISSN:0262-6667
eISSN:2150-3435
Deposited On:08 Aug 2014 11:42

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