Published June 1, 2021 | Version v1
Publication Metadata-only

Impacts of Watershed Physical Properties and Land Use on Baseflow at Regional Scales

Creators

  • 1. Purdue University West Lafayette
  • 2. Suez Canal University
  • 3. National Soil Erosion Research Laboratory
  • 4. Agricultural Research Service

Description

Texas, USA Texas is a large state in the US that experiences a diversity of climate conditions and water demands. In this study, 130 stream gauging sites and their associated watershed physical and geological properties were used to develop multiple regression models to predict the Baseflow Index (BFI) across Texas. Calculated BFI was derived from daily streamflow data from 1980 to 2017 using the two-parameter recursive digital filtering approach of the Web-based Hydrograph Analysis Tool (WHAT). Three scenarios were developed and validated. The first two scenarios related BFI to topography, climate, and land use. The third scenario used surface geology, soil type and hydrogeology parameters. The models developed showed high performance, low bias, and low relative errors to predict BFI, with R2 values varying from 0.72 to 0.99, and strong agreement with filtered BFI values. The results further showed that there was no specific pattern for BFI variation across Texas ranging from 0.29 to 0.51. Outputs indicated that models developed for scenarios 1 and 3 had higher prediction performance. Additionally, evapotranspiration (ET) contributed to lower model accuracy, since the ET was not categorized as proportional to the percentages of cultivated areas within each basin, but was generalized to represent the whole catchment. The developed models that are reported here can support further research in groundwater modeling and baseflow prediction for ungauged sites that have similar characteristics.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية تكساس هي ولاية كبيرة في الولايات المتحدة تعاني من تنوع الظروف المناخية ومتطلبات المياه. في هذه الدراسة، تم استخدام 130 موقعًا لقياس التيار والخصائص الفيزيائية والجيولوجية لمستجمعات المياه المرتبطة بها لتطوير نماذج انحدار متعددة للتنبؤ بمؤشر التدفق الأساسي (BFI) عبر تكساس. تم اشتقاق BFI المحسوبة من بيانات تدفق التدفق اليومي من 1980 إلى 2017 باستخدام نهج الترشيح الرقمي التكراري ثنائي المعلمات لأداة تحليل الهيدروغراف المستندة إلى الويب (WHAT). تم وضع ثلاثة سيناريوهات والتحقق من صحتها. يتعلق أول سيناريوهين بالاستثمار في الأعمال التجارية بالتضاريس والمناخ واستخدام الأراضي. استخدم السيناريو الثالث الجيولوجيا السطحية ونوع التربة ومعلمات الهيدروجيولوجيا. أظهرت النماذج التي تم تطويرها أداءً عاليًا وتحيزًا منخفضًا وأخطاء نسبية منخفضة للتنبؤ بـ BFI، مع قيم R2 تتراوح من 0.72 إلى 0.99، واتفاقًا قويًا مع قيم BFI التي تمت تصفيتها. أظهرت النتائج كذلك أنه لم يكن هناك نمط محدد لتباين BFI عبر تكساس يتراوح من 0.29 إلى 0.51. أشارت المخرجات إلى أن النماذج التي تم تطويرها للسيناريوهين 1 و 3 كان لها أداء تنبؤي أعلى. بالإضافة إلى ذلك، ساهم التبخر والنتح (ET) في انخفاض دقة النموذج، حيث لم يتم تصنيف ET على أنه متناسب مع النسب المئوية للمناطق المزروعة داخل كل حوض، ولكن تم تعميمه لتمثيل مستجمع المياه بأكمله. يمكن للنماذج المطورة التي تم الإبلاغ عنها هنا أن تدعم المزيد من البحث في نمذجة المياه الجوفية والتنبؤ بتدفق القاعدة للمواقع غير المقاسة التي لها خصائص مماثلة.

Translated Description (French)

Texas, États-Unis Le Texas est un grand État des États-Unis qui connaît une diversité de conditions climatiques et de demandes en eau. Dans cette étude, 130 sites de jaugeage de cours d'eau et leurs propriétés physiques et géologiques associées ont été utilisés pour développer de multiples modèles de régression afin de prédire l'indice de débit de base (BFI) à travers le Texas. Le BFI calculé a été dérivé des données quotidiennes de flux de 1980 à 2017 en utilisant l'approche de filtrage numérique récursif à deux paramètres de l'outil d'analyse hydrographique basé sur le Web (WHAT). Trois scénarios ont été développés et validés. Les deux premiers scénarios ont lié le BFI à la topographie, au climat et à l'utilisation des terres. Le troisième scénario utilisait la géologie de surface, le type de sol et les paramètres hydrogéologiques. Les modèles développés ont montré des performances élevées, un faible biais et de faibles erreurs relatives pour prédire le BFI, avec des valeurs de R2 variant de 0,72 à 0,99, et un fort accord avec les valeurs filtrées du BFI. Les résultats ont en outre montré qu'il n'y avait pas de modèle spécifique de variation du BFI à travers le Texas allant de 0,29 à 0,51. Les résultats ont indiqué que les modèles développés pour les scénarios 1 et 3 avaient des performances de prédiction plus élevées. De plus, l'évapotranspiration (ET) a contribué à une plus faible précision du modèle, puisque l'ET n'a pas été classé comme proportionnel aux pourcentages de surfaces cultivées dans chaque bassin, mais a été généralisé pour représenter l'ensemble du bassin versant. Les modèles développés qui sont rapportés ici peuvent soutenir d'autres recherches dans la modélisation des eaux souterraines et la prédiction du débit de base pour les sites non jaugés qui ont des caractéristiques similaires.

Translated Description (Spanish)

Texas, EE. UU. Texas es un estado grande en los EE. UU. que experimenta una diversidad de condiciones climáticas y demandas de agua. En este estudio, se utilizaron 130 sitios de medición de arroyos y sus propiedades físicas y geológicas de cuencas hidrográficas asociadas para desarrollar múltiples modelos de regresión para predecir el Índice de Flujo Base (BFI) en todo Texas. El BFI calculado se derivó de los datos diarios de flujo de corriente de 1980 a 2017 utilizando el enfoque de filtrado digital recursivo de dos parámetros de la Herramienta de Análisis Hidrográfico basada en la Web (WHAT). Se desarrollaron y validaron tres escenarios. Los dos primeros escenarios relacionaron el BFI con la topografía, el clima y el uso de la tierra. El tercer escenario utilizó parámetros de geología de superficie, tipo de suelo e hidrogeología. Los modelos desarrollados mostraron alto rendimiento, bajo sesgo y bajos errores relativos para predecir BFI, con valores de R2 que varían de 0.72 a 0.99, y una fuerte concordancia con los valores de BFI filtrados. Los resultados mostraron además que no hubo un patrón específico para la variación de BFI en Texas que oscilara entre 0.29 y 0.51. Los resultados indicaron que los modelos desarrollados para los escenarios 1 y 3 tenían un mayor rendimiento de predicción. Además, la evapotranspiración (ET) contribuyó a una menor precisión del modelo, ya que el ET no se clasificó como proporcional a los porcentajes de áreas cultivadas dentro de cada cuenca, sino que se generalizó para representar toda la cuenca. Los modelos desarrollados que se informan aquí pueden respaldar una mayor investigación en el modelado de aguas subterráneas y la predicción del flujo base para sitios no calibrados que tienen características similares.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
آثار الخصائص الفيزيائية لمستجمعات المياه واستخدام الأراضي على التدفق الأساسي على المستويات الإقليمية
Translated title (French)
Impacts des propriétés physiques des bassins versants et de l'utilisation des terres sur le débit de base à l'échelle régionale
Translated title (Spanish)
Impactos de las propiedades físicas de las cuencas hidrográficas y el uso de la tierra en el flujo base a escala regional

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3137992017
DOI
10.1016/j.ejrh.2021.100810

Is supplement to
https://openalex.org/W3205194988 (Other)
https://openalex.org/W3184019087 (Other)
https://openalex.org/W2923184234 (Other)
https://openalex.org/W2886720076 (Other)
https://openalex.org/W2460547488 (Other)
https://openalex.org/W2387178927 (Other)
https://openalex.org/W2335241039 (Other)
https://openalex.org/W2290039152 (Other)
https://openalex.org/W2044647978 (Other)
https://openalex.org/W2035411327 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1497666741
  • https://openalex.org/W1507040980
  • https://openalex.org/W1536328341
  • https://openalex.org/W1629482212
  • https://openalex.org/W1903162942
  • https://openalex.org/W1966469267
  • https://openalex.org/W1967750274
  • https://openalex.org/W1968246519
  • https://openalex.org/W1971370460
  • https://openalex.org/W1997211490
  • https://openalex.org/W1997455861
  • https://openalex.org/W2000585648
  • https://openalex.org/W2001158730
  • https://openalex.org/W2017634337
  • https://openalex.org/W2024629244
  • https://openalex.org/W2029632439
  • https://openalex.org/W2031318943
  • https://openalex.org/W2035414903
  • https://openalex.org/W2037511922
  • https://openalex.org/W2041737684
  • https://openalex.org/W2046654411
  • https://openalex.org/W2051876798
  • https://openalex.org/W2055950383
  • https://openalex.org/W2058998445
  • https://openalex.org/W2062499526
  • https://openalex.org/W2062501897
  • https://openalex.org/W2066503729
  • https://openalex.org/W2072738413
  • https://openalex.org/W2083934852
  • https://openalex.org/W2098386848
  • https://openalex.org/W2106652963
  • https://openalex.org/W2113895970
  • https://openalex.org/W2125905464
  • https://openalex.org/W2131781054
  • https://openalex.org/W2138763184
  • https://openalex.org/W2142936519
  • https://openalex.org/W2146558288
  • https://openalex.org/W2147442934
  • https://openalex.org/W2151645858
  • https://openalex.org/W2204138179
  • https://openalex.org/W2222416081
  • https://openalex.org/W2279195146
  • https://openalex.org/W2317946159
  • https://openalex.org/W2593295852
  • https://openalex.org/W2746622207
  • https://openalex.org/W2789816985
  • https://openalex.org/W2794010895
  • https://openalex.org/W2806153797
  • https://openalex.org/W2884895114
  • https://openalex.org/W2958325767
  • https://openalex.org/W2999186071
  • https://openalex.org/W3000432463
  • https://openalex.org/W3008490792
  • https://openalex.org/W3008788746
  • https://openalex.org/W3016017025
  • https://openalex.org/W3017806535
  • https://openalex.org/W3027243436
  • https://openalex.org/W3081990168
  • https://openalex.org/W3084100860
  • https://openalex.org/W3208123429
  • https://openalex.org/W3210840865