Modelling the interactions between transient saturated and unsaturated groundwater flow. Off-line coupling of LGM and SWAP

Abstract

The groundwater flow model for the Netherlands (LGM), and a one-dimensional model of soil water flow (SWAP) were coupled. With this combined model, it is possible to calculate fluxes and residence times of nutrients and pesticides in both the unsaturated zone and the phreatic aquifer. The model can also predict the seasonal dynamics of the groundwater table. In order to correctly simulate these seasonal dynamics, both LGM and SWAP are used in transient mode. The performance of the model was tested in a regional-scale model application. There was generally a good agreement between the mean depth of the groundwater table, as simulated with SWAP, and the mean depth of the groundwater depth as simulated by LGM. The seasonal dynamics of the groundwater table were, however, underestimated by LGM. Further investigation showed that correct transfer of the phreatic storage coefficient was the key factor for correctly predicting the seasonal dynamics of the groundwater table. With the correct storage coefficient, the correspondence between the groundwater heads simulated by SWAP and the groundwater heads simulated by LGM were nearly perfect. An additional study should show whether there is also a good agreement with observed groundwater heads. Results from this study can be used to conclude upon the applicability of the adopted methodology for both ecohydrological studies and water quality assessments as required by the Netherlands Environmental Assessment Agency.

Het Landelijk Grondwatermodel (LGM) en een een-dimensionaal model van de hydrologie van de onverzadigde zone (SWAP) zijn gekoppeld. Met dit gecombineerde model kunnen de waterstromen in het bodem- en grondwatersysteem, alsmede de stromingen vanuit het grondwater naar het oppervlaktewater, berekend worden. Het model kan zodoende de hydrologische invoer leveren voor studies naar de belasting van grond- en oppervlaktewater met nutrienten en gewasbeschermingsmiddelen. Een andere mogelijke toepassing van het model is de voorspelling van de variatie van de grondwaterstand in de tijd. Om de seizoensdynamiek correct te kunnen berekenen, worden zowel LGM als SWAP dynamisch toegepast. Het model kan op verschillende schalen worden toegepast. De prestaties van het model zijn getoetst in een studie in het Beerze Reusel gebied. In het algemeen bleek dat de overeenkomst tussen de gemiddelde diepte van het grondwaterpeil, zoals berekend met SWAP, goed overeenkwam met de gemiddelde diepte van het grondwaterpeil, zoals berekend met LGM. Het bleek echter ook dat de seizoensdynamiek onderschat werd door LGM. Nadere studie leerde dat dit veroorzaakt werd doordat de zogenaamde freatische bergingscoefficient onjuist van SWAP naar LGM werd overgedragen. Nadat dit hersteld was, was er een nagenoeg perfecte overeenkomst tussen de grondwaterstand berekend door SWAP en de grondwaterstand berekend door LGM. Een aanvullende studie moet aantonen in hoeverre de berekende grondwaterpeilen overeenkomen met de gemeten grondwaterpeilen. Deze studie moet aangeven of het gecombineerde model de hydrologische basis kan leveren voor verdrogingstudies en waterkwaliteitsberekeningen, zoals door het Milieu- en Natuurplanbureau worden uitgevoerd.