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This paper discusses the uncertainty associated with the dominant hydrologic processes for watershed-scale water budget calculations in a rural southern Ontario watershed. Very little field data is available that would help in direct calculation of spatial and temporal variation of some of the key components of the water budget, including evapotranspiration and groundwater recharge on a watershed scale. Therefore, the Ontario Ministry of the Environment has recommended the use of a suite of hydrologic models for water budget calculations. The methodologies behind these models vary in procedural complexities and spatial and temporal resolutions. In the current study CANWET (Canadian Nutrient and Water Evaluation Tool) model, which uses relatively simplified approach as compare to other physically based models, was evaluated for water balance studies in southern Ontario. The model was applied to the Upper Canagagigue Creek watershed of the Grand River basin. The model was run for a ten-year period (April 1990 - March 2000) and outputs from the hydrologic simulations were used to analyze streamflow hydrographs and water budget components on annual, seasonal, monthly, and daily time frames. The model partitioned the annual water budget into 60% evapotranspiration, 12% surface runoff, and 28% sub-surface flow. These values are supported by the long-term annual observed data and by literature. The analysis of water balances on seasonal and monthly basis revealed that the snowmelt component of the model, which is critical for winter and spring hydrology, requires improvement. The snowmelt equation used in the model is simplified degree-day equation. This study shows that in the Canagagigue Creek watershed, more than 90% of precipitation in summer months is lost to evapotranspiration and more than half of precipitations in the winter/spring months recharge groundwater. The CANWET model was found to be a useful tool in calculation of watershed-scale water budget components reasonably well on annual (R2 = 0.89), seasonal (R2 = 0.68), and monthly (R2 = 0.68) time frames.

Keywords: CANWET, watershed modeling, source water protection, water budget.
Résumé:

Cet article examine l'incertitude associée avec les processus hydrologiques dominants dans l'évaluations de bilan hydrique à l'échelle d'un bassin versant, dans ce cas-ci dans un bassin d'une région rurale du sud de l'Ontario. Il y a très peu de données empiriques disponibles, résultant de mesures effectuées sur le terrain, qui pourraient aider au calcul direct de variations spatiales et temporelles de quelques éléments clés liés au bilan hydrique tels l'évapotranspiration et la recharge des nappes phréatiques à l'échelle du bassin versant. Par conséquent, le Ministère de l'environnement de l'Ontario a recommandé l'usage d'un ensemble de modèles hydrologiques pour calculer le bilan hydrique. Les méthodologies propres à ces modèles varient en complexités procédurales et en résolutions spatiales et temporelles. Pour l'étude courante, le modèle CANWET (Canadian Nutrient and Water Evaluation Tool), qui emploie une approche plutôt simplifiée comparativement à d'autres modèles physiques, a été évalué pour des études de bilan en eau dans le sud de l'Ontario. Ce modèle a été appliqué au bassin versant de Upper Canagagigue Creek, situé dans le bassin Grand River. Une période de dix ans (avril 1990 - mars 2000) a été utilisée pour réaliser les simulations avec le modèle et les résultats des simulations hydrologiques ont été utilisés afin d'analyser les hydrogrammes de débit et les composantes du bilan hydrique par intervalles annuelles, saisonnières, mensuelles et quotidiennes. Le modèle a séparé le bilan en eau annuel en 60% d'évapotranspiration, 12% de ruissellement de surface, et 28% d'infiltrations. Ces résultats sont appuyés par les données annuelles observées à long terme et les recherches publiées. L'analyse des bilans d'eau sur des intervalles saisonnières et mensuelles a révélé que la composante du modèle évaluant la fonte de la neige, critique à l'hydrologie hivernale et printanière, nécessite quelques améliorations. L'équation de la fonte des neiges employée dans le modèle est une équation simplifiée de degrés/jour. Cette étude démontre que, dans le bassin versant de Canagagigue Creek, plus de 90% des précipitations lors des mois estivaux sont perdues par évapotranspiration, et plus de la moitié des précipitations lors des mois hivernaux et printaniers rechargent la nappe phréatique. Le modèle CANWET a été déterminé comme étant un atout raisonnablement utile dans le calcul de bilan hydrique à l'échelle de bassin versant sur des intervalles annuelles (R2 = 0,89), saisonnières (R2 = 0,68), et mensuelles (R2 = 0,68).

Mots-clés:

CANWET, Modélisation de bassin versant, protection des sources d'eau, bilan hydrique.

Citation: Singh, A., R. P. Rudra, and B. Gharabaghi. 2012. Evaluation of CANWET model for hydrologic simulations for upper Canagagigue Creek watershed in southern Ontario. Canadian Biosystems Engineering 54:1.7-1.18
Volume: 54
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Pages 1.7 - 1.18
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Date: 2013-04-30
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Type: Text.Article
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