Impacts of spatially and temporally varying snowmelt on subsurface flow in a mountainous watershed: 2. Subsurface processes

Abstract

Abstract The impacts of spatial and temporal variations of snowmelt recharge on subsurface flow in a small mountainous watershed were investigated using field measurements and numerical simulations. A two-dimensional, variably saturated flow model (VAM2D) was used to characterize the hillslope aquifer and to delineate subsurface flow mechanisms. Spatially varying snowmelt along a hillslope transect described in the preceding paper were used as input for the subsurface flow analyses. Simulations indicated that the heterogeneous hillslope aquifer provides hydrogeological conditions for confined and unconfined groundwater flow depending on the extent of snowmelt recharge. The spatial and temporal distribution and amount of snowmelt recharge play important roles in determining when flow is governed by confined and unconfined flow. Results showed that the VAM2D model was able to simulate piezometric measurements reasonably using calibrated hydraulic parameters. Sensitivity analyses showed that the flow regime was considerably different when the spatial variation of snowmelt was not considered. Résumé L'influence de la variabilité spatio-temporelle de la recharge due à la fonte des neiges sur l'écoulement souterrain d'un bassin versant montagneux de petite taille a été étudiée grâce à des mesures in situ et à des simulations numériques. Un modèle d'écoulement bidimensionnel en milieu non saturé (VAM2D) a été utilisé pour caractériser un aquifère de versant et pour décrire les mécanismes de l'écoulement souterrain. Les variations spatiales de la fonte des neiges le long du transect d'un versant, obtenues grâce à la première partie de ce travail, ont été utilisées comme données d'entrée de l'analyse des écoulements souterrains. Les simulations réalisées montrent que l'hétérogénéité de l'aquifère crée des conditions hydrogéologiques telles que l'aquifère peut être ou non captif selon l'extension de la recharge due à la fonte. La distribution spatio-temporelle et l'importance de la recharge due à la fonte jouent un rôle important dans la détermination de la nature de l'écoulement. Les résultats ont montré que le modèle VAM2D utilisant des paramètres hydrodynamiques calés permettait de simuler convenablement les mesures piézométriques réalisées. Les analyses de sensibilité ont permis d'établir que le régime d'écoulement dépendait dans une large mesure de la variabilité spatiale de la fonte.