Three Phase Runoff Model for Small Prairie Rivers: I. Frozen Soil Phase Assessment

Abstract

The Conceptual Model used in this study attributes virtually all major runoff events from small prairie basins to snowmelt and rainfall on frozen soil. To model these events, two parameters are estimated: the frozen soil (snowmelt) contributing area, and the related depression storage losses. A method for assessing these parameters is developed using a small watershed in east central Alberta, Ribstone Creek near Czar. A climatic model with a daily time step has been utilized to predict the spring runoff depths at 34 climate stations for 13 years. These data are interpolated with spatial analysis techniques to a one kilometre grid over the study area to develop estimates of runoff depth for a watershed. Inclusion of estimates of winter ET and spring infiltration to frozen soils improves the statistical significance of the results. The analysis supports the argument that the frozen soil contributing area and depression storage losses are relatively constant, and that the principal factor determining runoff variability is the spring snow-water equivalent.

Le modèle conceptuel utilisé dans cette étude attribue pratiquement tous les principaux ruissellements de petits bassins de prairie à la fonte des neiges et à des précipitations sur des sols gelés. Pour modéliser ces phénomènes naturels, on a évalué deux paramètres : l’aire de contribution du sol gelé (fonte des neiges), et les pertes dues aux emmagasinements dans les dépressions du sol. Une méthode d’évaluation de ces paramètres a été mise au point en utilisant un petit bassin versant dans le centre-est de l’Alberta, à Ribstone Creek, près de Czar. Un modèle climatique journalier a permis de prévoir, sur treize ans, les profondeurs de ruissellement au printemps dans trente-quatre stations climatiques. Ces données ont été interpolées avec des techniques d’analyse spatiale à une grille de un kilomètre de la zone d’étude, afin d’évaluer des profondeurs de ruissellement dans un bassin versant. L’inclusion d’estimations d’évaporation d’hiver et d’infiltration de printemps dans les sols gèles améliore la portée statistique des résultats. L’analyse indique que les pertes dues à l’emmagasinement dans les dépressions du sol et l’aire de contribution du sol gelé sont assez contantes, et que le facteur principal de variabilité de ruissellement est l’équivalent en eau de la neige de printemps.