Modelling climate and land-use change impacts with SWIM: lessons learnt from multiple applications

Abstract

The Soil and Water Integrated Model (SWIM) is a continuous-time semi-distributed ecohydrological model, integrating hydrological processes, vegetation, nutrients and erosion. It was developed for impact assessment at the river basin scale. SWIM is coupled to GIS and has modest data requirements. During the last decade SWIM was extensively tested in mesoscale and large catchments for hydrological processes (discharge, groundwater), nutrients, extreme events (floods and low flows), crop yield and erosion. Several modules were developed further (wetlands and snow dynamics) or introduced (glaciers, reservoirs). After validation, SWIM can be applied for impact assessment. Four exemplary studies are presented here, and several questions important to the impact modelling community are discussed. For which processes and areas can the model be used? Where are the limits in model application? How to apply the model in data-poor situations or in ungauged basins? How to use the model in basins subject to strong anthropogenic pressure?

Editor D. Koutsoyiannis; Associate editor C. Perrin

Résumé

Le modèle intégré eau et sol (Soil and Water Integrated Model (SWIM) est un modèle écohydrologique semi-distribué continu, intégrant les processus hydrologiques, la végétation, les nutriments et l’érosion. Il a été développé pour l’évaluation d’impacts à l’échelle du bassin versant. SWIM est couplé à un SIG et a des besoins modestes en données. Au cours de la dernière décennie, SWIM a été largement testé sur des bassins de tailles intermédiaires et grandes, au niveau des processus hydrologiques (débit, eau souterraine, évapotranspiration), de la dynamique des nutriments, des événements extrêmes (crue et étiage), du rendement des cultures, et de l’érosion. Plusieurs modules ont été développés de manière plus approfondie (zones humides et dynamique de la neige) ou introduits (glaciers, réservoirs). Après validation, SWIM peut être appliqué pour des évaluations d’impacts. Nous présentons ici quatre exemples d’études, discutons de plusieurs questions importantes pour les modélisateurs s’intéressant aux impacts. Pour quels processus et surfaces le modèle peut-il être utilisé ? Comment appliquer le modèle dans des situations de faible disponibilité en données ou sur des bassins non jaugés ? Comment utiliser le modèle dans des bassins sujets à de fortes pressions d’origine humaine ?

Key words:

• ecohydrological model
• river basin
• climate change impact
• land-use change impact
• calibration and validation
• process-based model

Mots clefs:

• modèle écohydrologique
• bassin versant
• impact des changements climatiques
• impact des changements d’occupation des sols
• calage et validation
• modèle orienté processus