CSBE-SCGAB

Predicting the Impact of Drainage Ditches upon Hydrology and Sediment Loads Using KINEROS 2 Model: A Case Study in Ontario

Authors: Gupta, A.K., R.P. Rudra, B. Gharabaghi, P. Daggupati, P.K. Goel and R. Shukla.
Description: Hydrologic models are calibrated and validated with an existing drainage network/drainage pattern (DNDP). However, in present times water could be routed through alternative DNDPs. The main objective of thispaper was to explore the performance of KINEROS 2 model in predicting streamflow and sediment yield in response to alterations in DNDP. Adopting the existing DNDP as an input, the model was calibrated for three events (18 April 2013, 12 June 2012, and 12 June 2013) and validated for two events (12 April 2014, and 30 August 2013) for flow at the watershed outlet. Further, the model was calibrated for eight events and validated for seven events for sediment content at the watershed outlet. Thereafter, the model was driven with a modified DNDP, and its response upon peak flow, direct runoff and sediment yield were investigated for two events (12 April 2014 and 18 April 2013) and a synthetic design storm (2-year-24 hour) at a sub-basin outlet (GUL_RSD). Three DNDPs: DNDP_M (road-side ditches with the same Manning’s n), DNDP_MV (road-side ditches lined with medium vegetation), and DNDP_HV (road-side ditches lined with thick vegetation) were considered. KINEROS 2 results revealed that peak flow, direct runoff, and sediment yield increased by 47.36 %, 31.39 %, and 26.96 % respectively for 12 April 2014 event for DNDP_M. Similar results were obtained for 18 April 2013 and synthetic design storm events. However, when road-side ditches were lined with a thicker vegetation (DNDP_MV and DNDP_HV), a reduction in peak flow, direct runoff, and sediment yield was observed.
Keywords: Drainage network, modeling, KINEROS 2, watershed
Résumé: Les modèles hydrologiques sont étalonnés et validés au moyen de configurations de drainage ou de réseaux de drainage existants (DNDP). Toutefois, à un moment donné l’eau pourrait s’écouler à travers des DNDPs différentes. L’objectif principal de cette étude était d’explorer la performance du modèle KINEROS 2 pour prédire un écoulement et un rendement de sédimentation en réponse à des changements de DNDPs. En considérant la DNDP existante comme donnée entrante, le modèle a été étalonné à l’aide de trois évènements (18 avril 2013, 12 juin 2012 et 12 juin 2013) et validé avec deux évènements (12 avril 2014 et 30 août 2013) pour évaluer l’écoulement à la sortie du bassin versant. De plus, le modèle a été étalonné à l’aide de huit évènements et validé avec sept évènements pour évaluer le contenu en sédiments à la sortie du bassin versant. Par conséquent, le modèle était attribuable à un DNDP modifié, et sa réponse après l’écoulement de pointe, le ruissellement direct et la production de sédiments ont été étudiés pour deux évènements (12 avril 2014 et 18 avril 2013) ainsi qu’avec un évènement pluvieux synthétique (2 ans – 24 h) à la sortie d’un sous-bassin (GUL_RDS). Trois DNDPs : DNDP_M (fossés de route avec le même n de Manning), DNDP_MV (fossés de route recouverts d’une végétation moyenne) et DNDP_HV (fossés de route avec une végétation dense) ont été considérées. Les résultats obtenus avec le KINEROS 2 ont révélé que l’écoulement de pointe, le ruissellement direct et la production de sédiments augmentaient de 47,36 %, 31,39 % et 26,96 % respectivement pour l’évènement du 12 avril 2014 pour le DNDP_M. Des résultats semblables ont été obtenus pour le 18 avril 2013 et les évènements pluvieux synthétiques. Toutefois, lorsque les fossés de route étaient couverts avec une végétation abondante (DNDP_MV et DNDP_HV), une réduction de l’écoulement de pointe, du ruissellement direct et de la production de sédiments était observée.
Mots-clés: réseau de drainage, modélisation, KINEROS 2, bassin.
Technical field: Soil and Water Systems Engineering
Citation: Gupta, A.K., R.P. Rudra, B. Gharabaghi, P. Daggupati, P.K. Goel and R. Shukla. 2018. Predicting the Impact of Drainage Ditches upon Hydrology and Sediment Loads Using KINEROS 2 Model: A Case Study in Ontario. Canadian Biosystems Engineering 60: 1.1-1.15. https://doi.org/10.7451/CBE.2018.60.1.1
Volume: 60
Issue: 1
Start page number: 1.1
End page number: 1.15
Publisher: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: August 20, 2018
Publication type:
  • Journal
Type: Text.Article
Format: PDF
Identifier: C18387
Coverage: Canada
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Located in: Volume 60 (2018)