Impacts of upland open drains upon runoff generation: a numerical assessment of catchment-scale impacts

Shallow upland drains, grips, have been hypothesized as responsible for increased downstream flow magnitudes. Observations provide counterfactual evidence, often relating to the difficulty of inferring conclusions from statistical correlation and paired catchment comparisons, and the complexity of designing field experiments to test grip impacts at the catchment scale. Drainage should provide drier antecedent moisture conditions, providing more storage at the start of an event; however, grips have higher flow velocities than overland flow, thus potentially delivering flow more rapidly to the drainage network. We develop and apply a model for assessing the impacts of grips on flow hydrographs. The model was calibrated on the gripped case, and then the gripped case was compared with the intact case by removing all grips. This comparison showed that even given parameter uncertainty, the intact case had significantly higher flood peaks and lower baseflows, mirroring field observations of the hydrological response of intact peat. The simulations suggest that this is because delivery effects may not translate into catchment-scale impacts for three reasons. First, in our case, the proportions of flow path lengths that were hillslope were not changed significantly by gripping. Second, the structure of the grip network as compared with the structure of the drainage basin mitigated against grip-related increases in the concentration of runoff in the drainage network, although it did marginally reduce the mean timing of that concentration at the catchment outlet. Third, the effect of the latter upon downstream flow magnitudes can only be assessed by reference to the peak timing of other tributary basins, emphasizing that drain effects are both relative and scale dependent. However, given the importance of hillslope flow paths, we show that if upland drainage causes significant changes in surface roughness on hillslopes, then critical and important feedbacks may impact upon the speed of hydrological response. Copyright (c) 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

Tracer-based assessment of flow paths, storage and runoff generation in northern catchments : a review

Peer reviewed

PERSiST: a flexible rainfall-runoff modelling toolkit for use with the INCA family of models

Runoff generation processes and pathways vary widely between catchments. Credible simulations of solute and pollutant transport in surface waters are dependent on models which facilitate appropriate, catchment-specific representations of perceptual models of the runoff generation process. Here, we present a flexible, semi-distributed landscape-scale rainfall-runoff modelling toolkit suitable for simulating a broad range of user-specified perceptual models of runoff generation and stream flow occurring in different climatic regions and landscape types. PERSiST (the Precipitation, Evapotranspiration and Runoff Simulator for Solute Transport) is designed for simulating present-day hydrology; projecting possible future effects of climate or land use change on runoff and catchment water storage; and generating hydrologic inputs for the Integrated Catchments (INCA) family of models. PERSiST has limited data requirements and is calibrated using observed time series of precipitation, air temperature and runoff at one or more points in a river network. Here, we apply PERSiST to the river Thames in the UK and describe a Monte Carlo tool for model calibration, sensitivity and uncertainty analysis

Conversion to soy on the Amazonian agricultural frontier increases streamflow without affecting stormflow dynamics

Large-scale soy agriculture in the southern Brazilian Amazon now rivals deforestation for pasture as the region`s predominant form of land use change. Such landscape-level change can have substantial consequences for local and regional hydrology, but these effects remain relatively unstudied in this ecologically and economically important region. We examined how the conversion to soy agriculture influences water balances and stormflows using stream discharge (water yields) and the timing of discharge (stream hydrographs) in small (2.5-13.5 km2) forested and soy headwater watersheds in the Upper Xingu Watershed in the state of Mato Grosso, Brazil. We monitored water yield for 1 year in three forested and four soy watersheds. Mean daily water yields were approximately four times higher in soy than forested watersheds, and soy watersheds showed greater seasonal variability in discharge. The contribution of stormflows to annual streamflow in all streams was low (< 13% of annual streamflow), and the contribution of stormflow to streamflow did not differ between land uses. If the increases in water yield observed in this study are typical, landscape-scale conversion to soy substantially alters water-balance, potentially altering the regional hydrology over large areas of the southern Amazon.

Influence of land-use change on near-surface hydrological processes: Undisturbed forest to pasture

Soil compaction that follows the clearing of tropical forest for cattle pasture is associated with lower soil hydraulic conductivity and increased frequency and volume of overland flow. We investigated the frequency of perched water tables, overland flow and stormflow in an Amazon forest and in an adjacent 25-year-old pasture cleared from the same forest. We compared the results with the frequencies of these phenomena estimated from comparisons of rainfall intensity and soil hydraulic conductivity. The frequency of perched water tables based on rainfall intensity and soil hydraulic conductivity was expected to double in pasture compared with forest. This corresponded closely with an approximate doubling of the frequency of stormflow and overland flow in pasture. In contrast, the stormflow volume in pasture increased 17-fold. This disproportional increase of stormflow resulted from overland flow generation over large areas of pasture, while overland flow generation in the forest was spatially limited and was observed only very near the stream channel. In both catchments, stormflow was generated by saturation excess because of perched water tables and near-surface groundwater levels. Stormflow was occasionally generated in the forest by rapid return flow from macropores, while slow return flow from a continuous perched water table was more common in the pasture. These results suggest that deforestation for pasture alters fundamental mechanisms of stormflow generation and may increase runoff volumes over wide regions of Amazonia. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Érosion des sols au Cap Vert : étude des processus et quantification à l’échelle de trois bassins versants de l’île de Santiago

Erosão dos solos em Cabo Verde: estudo dos processos e quantificação à escala de três bacias hidrográficas O arquipélago de Cabo Verde é constituído por 10 ilhas vulcânicas pertence à zona do Sahel que se estende do Atlântico ao Mar Vermelho. Desde então, várias décadas, Cabo Verde é afectado pela desertificação causada principalmente pela recessão climatica e a erosão do solo. Esses fatores, aliados à alta pressão humana sobre os recursos, a topografia acidentada e chuvas tropicais por vezes torrenciais, causam sérios danos aos solos. No entanto, desde sua independência em 1975, o Governo realizou um amplo programa de arborização, recuperação de áreas degradadas e a correcção dos leitos das ribeiras. No entanto, a investigação, muito pouco foi realizada para avaliar as acções de protecção e conservação do solo e da água. Portanto, não há dados sobre o problema da degradação das terras nem balanços. Como parte deste trabalho, foram estudados vários factores que controlam a erosão do solo pela água. Especificamente, buscou-se diferenciar os efeitos das actividades humanas, incluindo a agricultura, os factores climáticos, como chuva e geração de escoamento. Também estabeleceu os primeiros balanços das exportações de matérias em suspensão e em solução no contexto do arquipélago de Cabo Verde. O estudo foi realizado em três bacias hidrográficas da ilha de Santiago, Cabo Verde. Estas três bacias hidrográficas (Longueira, Grande e Godim) estão localizadas na parte central da ilha de Santiago e representam os diversos tipos de uso da terra e as diferentes zonas bioclimaticas da ilha. Existe um gradiente climático entre as três bacias hidrográficas. Na verdade, Longueira que abrange uma área de 4,18 km2, tem um declive médio de 47 %, uma zona florestada de 69% e uma área agrícola de 17 %. Grande com uma área de 1,87 km2, é localizada numa zona sub humida com um declive médio de 50%, é essencialmente agrícola. Godim, com uma área de 2,0 km2, é localizado numa zona semi-árida com um declive médio de 32%, é particularmente uma zona agricola. Para estes três bacias hidrográficas, as cheias foram medidas e amostradas de 2004 a 2009. A bacia de Longueira teve um maior acompanhamento, nomeadamente em termos de amostragem e monitoramento dos escoamentos. Em cada amostra foram feitas a determinação da concentração de matérias em suspensão e a análise dos principais elementos quimicos. Os resultados mostram que a erosão mecânica nas três bacias hidrográficas é caracterizada por uma forte variabilidade espacial e temporal. Durante o período de 2005-2009, o balanço anual média para as bacias hidrográficas de Longueira, Grande e Godim é: 4266, 157 e 10,1 t.km2.an-1, respectivamente. A estação das chuvas de 2006 foi a mais erosiva para as três bacias, particularmente em Longueira, com 2 cheias excepcionais, que têm gerado uma concentração média de sólidos em suspensão superior a 100 g / l. Porém, as estações do ano de 2005 e 2008 foram de uma forma geral menos erosivas porque as concentrações médias não inferiores a 20 g / l. Além disso, não houve cheias para as temporadas 2005 e 2007 para a bacia do Godim. Na bacia de Longueira, o estudo dos fenómenos de histerese na caracterização das cheias mostrou que a evolução temporal das exportações de sólidos em suspensão durante a temporada é fortemente influenciada pelas atividades agrícolas. Na verdade, a primeira cheia causou uma exportação maciça de sedimento disponível e localizado no leito da ribeira. Assim, a segunda cheia exportou menos sedimentos. Um mês após as primeiras chuvas, a prática da monda que reduz a densidade da cobertura vegetal e destructura a camada superficial do solo, gerou uma grande quantidade de sedimento que novamente permitiu uma exportação muito forte de sedimentos durante a terceira forte cheia. Os resultados da erosão química na bacia de Longueira indicam que a taxa de erosão é de 45 t.km2.an-1 com uma forte variabilidade temporal. Na verdade, as temporadas de 2006 e 2007 são as mais erosivas, enquanto 2005 teve uma exportação de matérias disolvidas baixa. A utilização do modelo EMMA (End- Members Mixing Analysis) mostra que os escoamentos hipodermico e profundo, alimentandos os fluxos de elementos dissolvidos são os principais factores da erosão química. É mostrado que esses fluxos causam mais de 90% dos fluxos de erosão química. O escoamento superficial, que contribui com cerca de 70% na formação das cheias, é o maior factor da erosão mecânica do solo.

Erosão dos solos em Cabo Verde - Estudos dos Processos e Quantificação de Três Bacias na Ilha de Santiago

L’archipel du Cap Vert constitué de 10 îles volcaniques appartient à la zone sahélienne qui s’étend de l’atlantique jusqu’à la mer rouge. Depuis, plusieurs décennies le Cap Vert est affecté par la désertification causée en grande partie par la récession climatique et l’érosion des sols. Ces facteurs, associés à la forte pression anthropique sur les ressources, à l’orographie accidentée et à des pluies tropicales parfois diluviennes, provoquent de sérieuses pertes du patrimoine foncier. Cependant, depuis son Indépendance en 1975, le Gouvernement a mené un vaste programme d’arborisation, de restauration des terres et d’aménagement des cours d’eau. Pourtant, très peu de recherches ont été menées pour évaluer les actions de protection et de conservation des sols et des eaux. Par conséquent, il n’existe quasiment pas de données sur la problématique de la dégradation des terres ni de bilans. Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié les différents facteurs qui contrôlent l’érosion hydrique des sols. Nous avons plus particulièrement cherché à différencier les effets des activités humaines, notamment agricoles, de ceux des facteurs climatiques comme les précipitations et la génération des écoulements. Nous avons également établi les premiers bilans d’exportations de matières en suspension et en solution dans le contexte de l’archipel du Cap Vert. L’étude a été menée à l’échelle de trois bassins versants de l’ile de Santiago Cap-Vert. Ces trois bassins versant (Longueira, Grande et Godim) sont localisés dans la partie centrale de l’île de Santiago et représentatifs des divers modes d’occupation du sol et des différents climats de l’île. Il existe un gradient climatique entre les trois bassins versants. En effet, Longueira qui présente une superficie de 4,18 km2, une pente moyenne de 47 %, se localise dans une zone humide couverte à 69 % par une forêt et une surface agricole de 17 %. Grande avec une superficie de 1,87 km2, se localise en zone sub humide pour une pente moyenne de 50 %, il est essentiellement agricole. Godim, avec une superficie de 2,0 km2, se localise en zone semi aride, il est particulièrement agricole et sa pente moyenne est de 32 %. Pour ces trois bassins versants, les écoulements de crue à l’exutoire ont été mesurés et échantillonnés de 2004 à 2009. Le bassin versant de Longueira a fait l’objet d’un suivi plus poussé, notamment en termes de fréquence d’échantillonnage et de suivi des écoulements hors crue. Sur chaque échantillon nous avons procédé à la détermination de la concentration des matières en suspension ainsi qu’à l’analyse des éléments majeurs. Les résultats obtenus montrent que l’érosion mécanique dans les 3 bassins versants est caractérisée par une forte variabilité spatiale et temporelle. Sur la période 2005-2009, le bilan moyen annuel pour les bassins versants de Longueira, Grande et Godim est de : 4266, 157 et 10,1 t.km2.an-1 respectivement. La saison humide 2006 a été la plus érosive pour l’ensemble des trois bassins versants et particulièrement dans Longueira avec 2 crues exceptionnelles qui ont généré une concentration moyenne de matières en suspension supérieure à 100 g/l. En revanche, les saisons 2005 et 2008 ont été dans l’ensemble peu érosives car les concentrations moyennes ne dépassèrent pas 20 g/l. Par ailleurs, il n’y a pas eu de lames d’eau écoulées pour les saisons 2005 et 2007 pour le bassin de Godim. Sur le bassin de Longueira, l’étude des phénomènes d’hystérésis permet de caractériser chaque crue et de montrer que l’évolution temporelle des exportations de matières en suspension au cours de la saison est fortement influencée par les activités agricoles. En effet, la première crue provoque l’exportation massive des sédiments disponibles et localisés dans le lit du cours d’eau. En conséquence, la seconde est moins exportatrice de sédiments. Un mois après les premières pluies, les activités de sarclage diminuent la densité du couvert végétal et destructurent la partie superficielle des sols, ce qui provoque à nouveau une très forte exportation de sédiments lors de la troisième crue. Les résultats de l’érosion chimique sur le bassin de Longueira indiquent que le taux d’érosion chimique moyen s’élève à 45 t.km2.an-1 avec une forte variabilité temporelle. En effet, les saisons les plus humides de 2006 et 2007 sont les plus exportatrices de matières en solution, alors que 2005 a eu une faible exportation. L’utilisation du modèle de mélanges EMMA (End-Members Mixing Analysis) montre que les écoulements hypodermique et profond, qui alimentent le cours d’eau en éléments dissous, sont les principaux facteurs de l’érosion chimique. On montre ainsi que les écoulements hors crue sont à l’origine de plus de 90% des flux d’érosion chimique. L’écoulement superficiel, qui contribue à environ 70 % du débit du cours d’eau en crue, constitue un facteur de premier plan de l’érosion mécanique des sols.

Utilisation du concept de connectivité en hydrologie : définitions, approches expérimentales et éléments de modélisation

Alors que certains mécanismes pourtant jugés cruciaux pour la transformation de la pluie en débit restent peu ou mal compris, le concept de connectivité hydrologique a récemment été proposé pour expliquer pourquoi certains processus sont déclenchés de manière épisodique en fonction des caractéristiques des événements de pluie et de la teneur en eau des sols avant l’événement. L’adoption de ce nouveau concept en hydrologie reste cependant difficile puisqu’il n’y a pas de consensus sur la définition de la connectivité, sa mesure, son intégration dans les modèles hydrologiques et son comportement lors des transferts d’échelles spatiales et temporelles. Le but de ce travail doctoral est donc de préciser la définition, la mesure, l’agrégation et la prédiction des processus liés à la connectivité hydrologique en s’attardant aux questions suivantes : 1) Quel cadre méthodologique adopter pour une étude sur la connectivité hydrologique ?, 2) Comment évaluer le degré de connectivité hydrologique des bassins versants à partir de données de terrain ?, et 3) Dans quelle mesure nos connaissances sur la connectivité hydrologique doivent-elles conduire à la modification des postulats de modélisation hydrologique ? Trois approches d’étude sont différenciées, soit i) une approche de type « boite noire », basée uniquement sur l’exploitation des données de pluie et de débits sans examiner le fonctionnement interne du bassin versant ; ii) une approche de type « boite grise » reposant sur l’étude de données géochimiques ponctuelles illustrant la dynamique interne du bassin versant ; et iii) une approche de type « boite blanche » axée sur l’analyse de patrons spatiaux exhaustifs de la topographie de surface, la topographie de subsurface et l’humidité du sol. Ces trois approches sont ensuite validées expérimentalement dans le bassin versant de l’Hermine (Basses Laurentides, Québec). Quatre types de réponses hydrologiques sont distingués en fonction de leur magnitude et de leur synchronisme, sachant que leur présence relative dépend des conditions antécédentes. Les forts débits enregistrés à l’exutoire du bassin versant sont associés à une contribution accrue de certaines sources de ruissellement, ce qui témoigne d’un lien hydraulique accru et donc d’un fort degré de connectivité hydrologique entre les sources concernées et le cours d’eau. Les aires saturées couvrant des superficies supérieures à 0,85 ha sont jugées critiques pour la genèse de forts débits de crue. La preuve est aussi faite que les propriétés statistiques des patrons d’humidité du sol en milieu forestier tempéré humide sont nettement différentes de celles observées en milieu de prairie tempéré sec, d’où la nécessité d’utiliser des méthodes de calcul différentes pour dériver des métriques spatiales de connectivité dans les deux types de milieux. Enfin, la double existence de sources contributives « linéaires » et « non linéaires » est mise en évidence à l’Hermine. Ces résultats suggèrent la révision de concepts qui sous-tendent l’élaboration et l’exécution des modèles hydrologiques. L’originalité de cette thèse est le fait même de son sujet. En effet, les objectifs de recherche poursuivis sont conformes à la théorie hydrologique renouvelée qui prône l’arrêt des études de particularismes de petite échelle au profit de l’examen des propriétés émergentes des bassins versants telles que la connectivité hydrologique. La contribution majeure de cette thèse consiste ainsi en la proposition d’une définition unifiée de la connectivité, d’un cadre méthodologique, d’approches de mesure sur le terrain, d’outils techniques et de pistes de solution pour la modélisation des systèmes hydrologiques.

Comprehensive evaluation of the WaterGAP3 model across climatic, physiographic, and anthropogenic gradients

In den letzten Jahrzehnten haben sich makroskalige hydrologische Modelle als wichtige Werkzeuge etabliert um den Zustand der globalen erneuerbaren Süßwasserressourcen flächendeckend bewerten können. Sie werden heutzutage eingesetzt um eine große Bandbreite wissenschaftlicher Fragestellungen zu beantworten, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen anthropogener Einflüsse auf das natürliche Abflussregime oder der Auswirkungen des globalen Wandels und Klimawandels auf die Ressource Wasser. Diese Auswirkungen lassen sich durch verschiedenste wasserbezogene Kenngrößen abschätzen, wie z.B. erneuerbare (Grund-)Wasserressourcen, Hochwasserrisiko, Dürren, Wasserstress und Wasserknappheit. Die Weiterentwicklung makroskaliger hydrologischer Modelle wurde insbesondere durch stetig steigende Rechenkapazitäten begünstigt, aber auch durch die zunehmende Verfügbarkeit von Fernerkundungsdaten und abgeleiteten Datenprodukten, die genutzt werden können, um die Modelle anzutreiben und zu verbessern. Wie alle makro- bis globalskaligen Modellierungsansätze unterliegen makroskalige hydrologische Simulationen erheblichen Unsicherheiten, die (i) auf räumliche Eingabedatensätze, wie z.B. meteorologische Größen oder Landoberflächenparameter, und (ii) im Besonderen auf die (oftmals) vereinfachte Abbildung physikalischer Prozesse im Modell zurückzuführen sind. Angesichts dieser Unsicherheiten ist es unabdingbar, die tatsächliche Anwendbarkeit und Prognosefähigkeit der Modelle unter diversen klimatischen und physiographischen Bedingungen zu überprüfen. Bisher wurden die meisten Evaluierungsstudien jedoch lediglich in wenigen, großen Flusseinzugsgebieten durchgeführt oder fokussierten auf kontinentalen Wasserflüssen. Dies steht im Kontrast zu vielen Anwendungsstudien, deren Analysen und Aussagen auf simulierten Zustandsgrößen und Flüssen in deutlich feinerer räumlicher Auflösung (Gridzelle) basieren. Den Kern der Dissertation bildet eine umfangreiche Evaluierung der generellen Anwendbarkeit des globalen hydrologischen Modells WaterGAP3 für die Simulation von monatlichen Abflussregimen und Niedrig- und Hochwasserabflüssen auf Basis von mehr als 2400 Durchflussmessreihen für den Zeitraum 1958-2010. Die betrachteten Flusseinzugsgebiete repräsentieren ein breites Spektrum klimatischer und physiographischer Bedingungen, die Einzugsgebietsgröße reicht von 3000 bis zu mehreren Millionen Quadratkilometern. Die Modellevaluierung hat dabei zwei Zielsetzungen: Erstens soll die erzielte Modellgüte als Bezugswert dienen gegen den jegliche weiteren Modellverbesserungen verglichen werden können. Zweitens soll eine Methode zur diagnostischen Modellevaluierung entwickelt und getestet werden, die eindeutige Ansatzpunkte zur Modellverbesserung aufzeigen soll, falls die Modellgüte unzureichend ist. Hierzu werden komplementäre Modellgütemaße mit neun Gebietsparametern verknüpft, welche die klimatischen und physiographischen Bedingungen sowie den Grad anthropogener Beeinflussung in den einzelnen Einzugsgebieten quantifizieren. WaterGAP3 erzielt eine mittlere bis hohe Modellgüte für die Simulation von sowohl monatlichen Abflussregimen als auch Niedrig- und Hochwasserabflüssen, jedoch sind für alle betrachteten Modellgütemaße deutliche räumliche Muster erkennbar. Von den neun betrachteten Gebietseigenschaften weisen insbesondere der Ariditätsgrad und die mittlere Gebietsneigung einen starken Einfluss auf die Modellgüte auf. Das Modell tendiert zur Überschätzung des jährlichen Abflussvolumens mit steigender Aridität. Dieses Verhalten ist charakteristisch für makroskalige hydrologische Modelle und ist auf die unzureichende Abbildung von Prozessen der Abflussbildung und –konzentration in wasserlimitierten Gebieten zurückzuführen. In steilen Einzugsgebieten wird eine geringe Modellgüte hinsichtlich der Abbildung von monatlicher Abflussvariabilität und zeitlicher Dynamik festgestellt, die sich auch in der Güte der Niedrig- und Hochwassersimulation widerspiegelt. Diese Beobachtung weist auf notwendige Modellverbesserungen in Bezug auf (i) die Aufteilung des Gesamtabflusses in schnelle und verzögerte Abflusskomponente und (ii) die Berechnung der Fließgeschwindigkeit im Gerinne hin. Die im Rahmen der Dissertation entwickelte Methode zur diagnostischen Modellevaluierung durch Verknüpfung von komplementären Modellgütemaßen und Einzugsgebietseigenschaften wurde exemplarisch am Beispiel des WaterGAP3 Modells erprobt. Die Methode hat sich als effizientes Werkzeug erwiesen, um räumliche Muster in der Modellgüte zu erklären und Defizite in der Modellstruktur zu identifizieren. Die entwickelte Methode ist generell für jedes hydrologische Modell anwendbar. Sie ist jedoch insbesondere für makroskalige Modelle und multi-basin Studien relevant, da sie das Fehlen von feldspezifischen Kenntnissen und gezielten Messkampagnen, auf die üblicherweise in der Einzugsgebietsmodellierung zurückgegriffen wird, teilweise ausgleichen kann.

A sensitivity study for water availability in the Northern Caucasus based on climate projections

A strong climatic warming is currently observed in the Caucasus mountains, which has profound impact on runoff generation in the glaciated Glavny (Main) Range and on water availability in the whole region. To assess future changes in the hydrological cycle, the output of a general circulation model was downscaled statistically. For the 21st century, a further warming by 4–7 °C and a slight precipitation increase is predicted. Measured and simulated meteorological variables were used as input into a runoff model to transfer climate signals into a hydrological response under both present and future climate forcings. Runoff scenarios for the mid and the end of the 21st century were generated for different steps of deglaciation. The results show a satisfactory model performance for periods with observed runoff. Future water availability strongly depends on the velocity of glacier retreat. In a first phase, a surplus of water will increase flood risk in hot years and after continuing glacier reduction, annual runoff will again approximate current values. However, the seasonal distribution of streamflow will change towards runoff increase in spring and lower flows in summer.

Calibration of structure in a distributed forecasting model for a semiarid flash flood: dynamic surface storage and channel roughness

Flash floods pose a significant danger for life and property. Unfortunately, in arid and semiarid environment the runoff generation shows a complex non-linear behavior with a strong spatial and temporal non-uniformity. As a result, the predictions made by physically-based simulations in semiarid areas are subject to great uncertainty, and a failure in the predictive behavior of existing models is common. Thus better descriptions of physical processes at the watershed scale need to be incorporated into the hydrological model structures. For example, terrain relief has been systematically considered static in flood modelling at the watershed scale. Here, we show that the integrated effect of small distributed relief variations originated through concurrent hydrological processes within a storm event was significant on the watershed scale hydrograph. We model these observations by introducing dynamic formulations of two relief-related parameters at diverse scales: maximum depression storage, and roughness coefficient in channels. In the final (a posteriori) model structure these parameters are allowed to be both time-constant or time-varying. The case under study is a convective storm in a semiarid Mediterranean watershed with ephemeral channels and high agricultural pressures (the Rambla del Albujón watershed; 556 km 2 ), which showed a complex multi-peak response. First, to obtain quasi-sensible simulations in the (a priori) model with time-constant relief-related parameters, a spatially distributed parameterization was strictly required. Second, a generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE) inference applied to the improved model structure, and conditioned to observed nested hydrographs, showed that accounting for dynamic relief-related parameters led to improved simulations. The discussion is finally broadened by considering the use of the calibrated model both to analyze the sensitivity of the watershed to storm motion and to attempt the flood forecasting of a stratiform event with highly different behavior.

Investigating hydrological regimes and processes in a set of catchments with temporary waters in Mediterranean Europe

Seven catchments of diverse size in Mediterranean Europe were investigated in order to understand the main aspects of their hydrological functioning. The methods included the analysis of daily and monthly precipitation, monthly potential evapotranspiration rates, flow duration curves, rainfall runoff relationships and catchment internal data for the smaller and more instrumented catchments. The results showed that the catchments were less dry than initially considered. Only one of them was really semi-arid throughout the year. All the remaining catchments showed wet seasons when precipitation exceeded potential evapotrans-piration, allowing aquifer recharge, wet runoff generation mechanisms and relevant baseflow contribution. Nevertheless, local infiltration excess (Hortonian) overland flow was inferred during summer storms in some catchments and urban overland flow in some others. The roles of karstic groundwater, human disturbance and low winter temperatures were identified as having an important impact on the hydrological regime in some of the catchments.