A state-dependent parameterization of saturated-unsaturated zone interaction

The relevance of groundwater as an important source of root zone moisture by means of capillary rise is increasingly being recognized. This is partly reflected in many current land surface schemes, which increasingly replace a one-way (i.e., downward) drainage of water by a two-way interaction flux between the root zone and a groundwater system. A fully physically correct implementation of this two-way saturated-unsaturated interaction flux requires transient simulations using the highly nonlinear Richards' equation, which is a computationally demanding approach. We test a classic simple approximation that computes the root zone¿groundwater interaction flux as the net effect of a downward drainage flux and an upward capillary rise flux against the Darcy equation for quasi steady state conditions. We find that for a wet root zone and/or shallow groundwater, the errors within this approximation are significant and of the same magnitude as the interaction flux itself. We present a new closed-form parameterization of the Darcy equation¿based fluxes that accounts both for root zone soil moisture and depth to the water table. Parameter values for this parameterization are listed for 11 different, widely applied soil texture descriptions. The high numerical efficiency of the proposed method makes it suitable for inclusion into demanding applications, e.g., a Monte Carlo framework, or high spatial resolution

Evenwichtsanalyse modelcomplexiteit : een verkennende studie

Dit werkdocument omvat een verkennende studie om de mogelijkheden te evalueren van de verhouding tussen de complexiteit van een model of bestand, de ondersteunende data, en de toepassing. Dit verhoudingsconcept wordt als „evenwicht¿ aangeduid. Doel is een reductie in de onzekerheid in voorspellingen door modellen en bestanden. In dit document wordt een prototype van een evaluatielijst voorgesteld. Deze lijst is gebaseerd op de relevante punten die een rol spelen bij evenwicht. De lijst bestaat uit twee sublijsten, die elk uit onderdelen met vragen bestaan. De ene sublijst is gebaseerd op de bestaande evaluatielijst voor „status A¿, die gebruikt wordt in de kwaliteitsborging bij de WOT Natuur & Milieu onderdeel van Wageningen UR. De andere sublijst omvat relevante kernvragen voor „evenwicht¿ die nog niet operationeel zijn. Elk onderdeel is gekoppeld aan een fase in de modelleercyclus, behalve het overkoepelende onderdeel „schaal¿. De discussie beschrijft het projectvervolg, waarin wordt beoogd om de evaluatielijst te toetsen aan casussen en de kennis van experts

Curvature distribution within hillslopes and catchments and its effect on the hydrological response

Topographic convergence and divergence are first order controls on the hillslope and catchment hydrological response, as evidenced by similarity parameter analyses. Hydrological models often do not take convergence as measured by contour curvature directly into account; instead they use comparable measures like the topographic index, or the hillslope width function. This paper focuses on the question how hillslope width functions and contour curvature are related within the Plynlimon catchments, Wales. It is shown that the total width function of all hillslopes combined suggest that the catchments are divergent in overall shape, which is in contrast to the perception that catchments should be overall convergent. This so-called convergence paradox is explained by the effect of skewed curvature distributions and extreme curvatures near the channel network. The hillslope-storage Bossiness (hsB) model is used to asses the effect of within-hillslope convergence variability on the hydrological response. It is concluded that this effect is small, even when the soil saturation threshold is exceeded. Also described in this paper is a novel algorithm to compute flow path lengths on hillslopes towards the drainage network, using the multi-directional flow redistribution metho

Een beoordelingslijst voor de complexiteit van modellen en bestanden

Het Planbureau voor de Leefomgeving (PBL) maakt bij beleidsevaluaties en verkenningen gebruik van numerieke rekenmodellen die - voor een deel – samen worden ontwikkeld met Wageningen UR. De complexiteit van deze rekenmodellen neemt in het algemeen steeds verder toe. Het idee daarbij is dat het toevoegen van meer processen en variabelen aan een model leidt tot een groter toepassingsgebied, nauwkeuriger uitkomsten en dus tot betere voorspellingen. WOT-paper 11 geeft een beschrijving van een methode om de balans tussen (de complexiteit van) een rekenmodel, de toepassing en de beschikbare data te verbeteren

Integraal waterbeheer : kritische zone en onzekerheden : integraal hoofdrapport

In het kader van het Nationaal Modellen- en Datacentrum (NMDC) is in 2011 het NMDC innovatieproject 'Integraal waterbeheer - van kritische zone tot kritische onzekerheden' gestart (www.nmdc.eu). Dit project heeft tot doel om de modellen voor bodem, water, vegetatie en klimaat(verandering) door samenwerking beter op elkaar aan te laten sluiten, daarbij beter geschikt te maken om effecten van klimaatverandering te berekenen en om de verschillende typen onzekerheden bij dit soort studies in beeld te brengen. Het project is uitgevoerd door Alterra, Deltares, KNMI, PBL en TNO. In twee cases (Baakse Beek en Walcheren) hebben zij hun state-of-the-art modellen voor meteo, gewasgroei, vegetatie-ontwikkeling, hydrologie en geologie ingezet en aan elkaar gekoppeld. Dit rapport behandelt integraal de resultaten van het innovatieproject. De resultaten van de case voor de Baakse Beek zijn specifiek opgenomen in een NMDC deelrapport (Van Ek et al., 2012). Voor de case Walcheren wordt verwezen naar een artikel in voorbereiding (Kroes, J. et al., 2013). De resultaten bieden nieuwe inzichten in de vocht- en zouthuishouding van de bodem, potenties voor grondwaterafhankelijke natuur en groei van landbouwgewassen in het huidige klimaat en projecties voor klimaatverandering rond 2050. In het project zijn verschillende methoden toegepast om inzicht te krijgen in verschillende onzekerheden, hetgeen voor dergelijke integrale (model)studies praktische aanknopingspunten biedt voor de analyse van onzekerheden en effectieve samenwerking tussen de instituten