Published May 29, 2018
| Version v1
Publication
Open
Fuzzy and process modelling of contour ridge water dynamics
Creators
- 1. University of Zimbabwe
- 2. University of the Witwatersrand
Description
Abstract. Contour ridges are an in-situ rainwater harvesting technology developed initially for soil erosion control but are currently also widely promoted for rainwater harvesting. The effectiveness of contour ridges depends on geophysical, hydro-climatic and socio economic factors that are highly varied in time and space. Furthermore, field-scale data on these factors are often unavailable. This together with the complexity of hydrological processes at field scale limits the application of classical distributed process modelling to highly-instrumented experimental fields. This paper presents a framework that combines fuzzy logic and process-based approach for modelling contour ridges for rainwater harvesting where detailed field data are not available. Water balance for a representative contour-ridged field incorporating the water flow processes across the boundaries is integrated with fuzzy logic to incorporate the uncertainties in estimating runoff. The model is tested using data collected during the 2009/2010 and 2010/2011 rainfall seasons from two contour-ridged fields in Zhulube located in the semi-arid parts of Zimbabwe. The model is found to replicate soil moisture in the root zone reasonably well (NSE = 0.55 to 0.66 and PBIAS = −1.3 to 6.1 %). The results show that combining fuzzy logic and process based approaches can adequately model soil moisture in a contour ridged-field and could help to assess the water dynamics in contour ridged fields.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة. التلال الكنتورية هي تقنية لجمع مياه الأمطار في الموقع تم تطويرها في البداية لمكافحة تآكل التربة ولكنها يتم الترويج لها حاليًا على نطاق واسع لجمع مياه الأمطار. تعتمد فعالية التلال الكنتورية على العوامل الجيوفيزيائية والمائية المناخية والاجتماعية والاقتصادية المتنوعة للغاية في الزمان والمكان. علاوة على ذلك، غالبًا ما تكون البيانات الميدانية حول هذه العوامل غير متاحة. هذا جنبًا إلى جنب مع تعقيد العمليات الهيدرولوجية على نطاق ميداني يحد من تطبيق نمذجة العمليات الموزعة الكلاسيكية على الحقول التجريبية عالية الأدوات. تقدم هذه الورقة إطارًا يجمع بين المنطق الغامض والنهج القائم على العمليات لنمذجة التلال الكنتورية لجمع مياه الأمطار حيث لا تتوفر بيانات ميدانية مفصلة. يتم دمج توازن المياه لحقل تمثيلي مجوف يتضمن عمليات تدفق المياه عبر الحدود مع منطق غامض لدمج أوجه عدم اليقين في تقدير الجريان السطحي. تم اختبار النموذج باستخدام البيانات التي تم جمعها خلال مواسم هطول الأمطار 2009/2010 و 2010/2011 من حقلين محيطيين في زولوب الواقعة في الأجزاء شبه القاحلة من زيمبابوي. تم العثور على النموذج لتكرار رطوبة التربة في منطقة الجذر بشكل جيد (NSE = 0.55 إلى 0.66 و PBIAS = -1.3 إلى 6.1 ٪). تُظهر النتائج أن الجمع بين المنطق الغامض والنهج القائم على العمليات يمكن أن يصيغ نموذجًا مناسبًا لرطوبة التربة في حقل محيطي محيطي ويمكن أن يساعد في تقييم ديناميكيات المياه في الحقول المحيطية المحيطية.Translated Description (French)
Résumé. Les crêtes de contour sont une technologie de collecte des eaux pluviales in situ développée initialement pour le contrôle de l'érosion des sols, mais elles sont actuellement également largement promues pour la collecte des eaux pluviales. L'efficacité des crêtes de contour dépend de facteurs géophysiques, hydroclimatiques et socio-économiques très variés dans le temps et l'espace. En outre, les données à l'échelle du terrain sur ces facteurs sont souvent indisponibles. Ceci, associé à la complexité des processus hydrologiques à l'échelle du terrain, limite l'application de la modélisation classique des processus distribués à des champs expérimentaux hautement instrumentés. Cet article présente un cadre qui combine une logique floue et une approche basée sur les processus pour modéliser les crêtes de contour pour la collecte des eaux pluviales lorsque des données détaillées sur le terrain ne sont pas disponibles. Le bilan hydrique pour un champ à contours roulés représentatif incorporant les processus d'écoulement de l'eau à travers les limites est intégré à la logique floue pour incorporer les incertitudes dans l'estimation du ruissellement. Le modèle est testé à l'aide de données collectées pendant les saisons des pluies 2009/2010 et 2010/2011 à partir de deux champs à contours striés à Zhulube situés dans les régions semi-arides du Zimbabwe. Le modèle reproduit assez bien l'humidité du sol dans la zone racinaire (NSE = 0,55 à 0,66 et PBIAS = −1,3 à 6,1 %). Les résultats montrent que la combinaison de la logique floue et des approches basées sur les processus peut modéliser adéquatement l'humidité du sol dans un champ strié de contour et pourrait aider à évaluer la dynamique de l'eau dans les champs striés de contour.Translated Description (Spanish)
Resumen. Las crestas de contorno son una tecnología de recolección de agua de lluvia in situ desarrollada inicialmente para el control de la erosión del suelo, pero actualmente también se promueve ampliamente para la recolección de agua de lluvia. La efectividad de las crestas de contorno depende de factores geofísicos, hidroclimáticos y socioeconómicos que son muy variados en tiempo y espacio. Además, los datos a escala de campo sobre estos factores a menudo no están disponibles. Esto, junto con la complejidad de los procesos hidrológicos a escala de campo, limita la aplicación de la modelización clásica de procesos distribuidos a campos experimentales altamente instrumentados. Este documento presenta un marco que combina la lógica difusa y el enfoque basado en procesos para modelar crestas de contorno para la recolección de agua de lluvia cuando no se dispone de datos de campo detallados. El balance hídrico para un campo representativo con curvas de nivel que incorpora los procesos de flujo de agua a través de los límites se integra con la lógica difusa para incorporar las incertidumbres en la estimación de la escorrentía. El modelo se prueba utilizando datos recopilados durante las temporadas de lluvias 2009/2010 y 2010/2011 de dos campos con curvas de nivel en Zhulube, ubicados en las partes semiáridas de Zimbabwe. Se encuentra que el modelo replica razonablemente bien la humedad del suelo en la zona radicular (NSE = 0.55 a 0.66 y PBIAS = −1.3 a 6.1%). Los resultados muestran que la combinación de la lógica difusa y los enfoques basados en procesos puede modelar adecuadamente la humedad del suelo en un campo de contorno estriado y podría ayudar a evaluar la dinámica del agua en campos de contorno estriado.Files
piahs-378-3-2018.pdf.pdf
Files
(2.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:70b3bd3d8fab27432402a627949af111
|
2.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نمذجة غامضة وعملية لديناميكيات مياه الحافة الكنتورية
- Translated title (French)
- Modélisation floue et de processus de la dynamique de l'eau des crêtes de contour
- Translated title (Spanish)
- Modelado difuso y de procesos de la dinámica del agua de la cresta de contorno
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2806897786
- DOI
- 10.5194/piahs-378-3-2018
References
- https://openalex.org/W1660616715
- https://openalex.org/W1968300272
- https://openalex.org/W1971509971
- https://openalex.org/W1972103388
- https://openalex.org/W1990008323
- https://openalex.org/W2001100452
- https://openalex.org/W2009231038
- https://openalex.org/W2010748646
- https://openalex.org/W2011353633
- https://openalex.org/W2021985782
- https://openalex.org/W2028069932
- https://openalex.org/W2039350509
- https://openalex.org/W2058998445
- https://openalex.org/W2063434563
- https://openalex.org/W2086949191
- https://openalex.org/W2090628387
- https://openalex.org/W2095207155
- https://openalex.org/W2099314144
- https://openalex.org/W2100004316
- https://openalex.org/W2133837084