ESTIMATED SEASONAL AND ANNUAL WATER SURPLUS IN ONTARIO

Abstract

The variability in seasonal and annual surplus water in four regions of Ontario is discussed in this paper. Surplus water is that water resulting from precipitation that runs off the land surface or drains through the soil profile to the groundwater table. A one-dimensional, deterministic model that simulated water flow in soil, including plant uptake, evapotranspiration, and freeze/thaw conditions was used to estimate the water surplus. This model, referred to as the Simultaneous Heat and Water (SHAW) model, was applied to daily climate data for all seasons of the year from December 1, 1960 to November 30, 1990 at four climate recording sites, one representing each region. The seasons were: winter (December, January, February and March); spring (April and May); summer (June, July and August); and fall (September, October and November). A corn crop and typical local soil profile conditions, with the hydraulic properties for the local soil, were used as inputs for the model.There were significant differences in average annual and seasonal water surpluses among the four regions. The variability from year to year was significant. Most of the annual surplus water occurred in the winter and spring seasons, and in some years the surplus exceeded the precipitation in the spring season, the latter due to the winter snowfall lasting into the spring season before melting. Average annual deep drainage exceeded runoff at the three southern Ontario sites and runoff exceeded deep drainage at the northern Ontario site. Much more deep drainage than runoff occurred in the summer and fall seasons, perhaps due to the relatively flat slope used in the model runs. Soil type had only a small influence in determining the surplus amounts compared to climate/precipitation effects.

Ce document présente les variations de l’excédent d’eau saisonnier et annuel dans quatre régions de l’Ontario. L’excédent d’eau est l’eau provenant des précipitations qui ruissellent en surface ou s’infiltre dans le profil pédologique jusque dans la nappe souterraine. Pour pouvoir l’évaluer, nous avons utilisé un modèle déterministe unidimensionnel grâce auquel il a été possible de simuler l’écoulement de l’eau dans le sol en tenant compte de son absorption par les plantes, de l’évapotranspiration et des conditions de gel et de dégel. Ce modèle est connu sous le nom de Simultaneous Heat and Water (SHAW). Il a été appliqué à des données météorologiques relevées quotidiennement entre le 1er décembre 1960 et le 30 novembre 1990, durant les quatre saisons, dans quatre sites de différentes régions soumis à des études climatiques. Les saisons ont été déterminées comme suit : l’hiver (décembre, janvier, février et mars); le printemps (avril et mai); l’été (juin; juillet et août) et l’automne (septembre, octobre et novembre). Un champ de maïs bénéficiant des conditions pédologiques et de l’alimentation en eau typiques de chaque site a servi de donnée de base au modèle.Les quatre régions ont enregistré des moyennes annuelles et saisonnières d’eau excédentaire très différentes. On a relevé des variations significatives d’une année à l’autre. La majeure partie de l’excédent d’eau a été produite en hiver et au printemps. Certaines années, l’excédent annuel dépassait le volume des précipitations enregistrées au printemps, car, en raison d’un prolongement des conditions hivernales, ces dernières étaient tombées sous forme de neige avant de fondre. Dans les trois régions du Sud de l’Ontario, la quantité annuelle moyenne d’infiltration en profondeur s’est révélée supérieure à celle des eaux de ruissellement, alors que la région nord de l’Ontario a connu la situation inverse. On a observé une infiltration en profondeur beaucoup plus importante en été et en automne, ce qui peut s’expliquer par pente relativement escarpée utilisée lors de la séquence de mise en œuvre du modèle. Les excès d’eau sont avant tout déterminés par les eaux pluviales et les conditions climatiques et non pas par le type pédologique, qui ne joue qu’un rôle mineur à cet égard.