Evaluation of soil water moisture regime prediction methods in the mountain region of Catalan Pre-Pyrenees

Abstract

The main aim of this research is to study the hydrological dynamics of Mediterranean mountain basin affected by land use changes, by means of monitoring of soil water. This aim has been reached by measuring and simulating soil water under different soils and vegetation types, considering water and temperature transition regimes. This research was done in a representative forest basin in the Catalunyan Pre-Pyrenees (Ribera Salada catchment) with an area of 222.5 km2, from 1998 through 2005. The vegetation cover in the catchment consists of pasture, tillage and forest. A number of representative plots for each of these land cover types were intensely monitored during the study period. The annual precipitation fluctuates between 516 and 753 mm, while the soil moisture content oscillates between 14 and 26% in the middle and low lying areas of the basin, and between 21 and 48% in shady zones near the river bed, and in the higher parts of the basin. Soil moisture and rainfall are controlled in the first place by altitude, with the existence of two climatic types in the basin (sub-Mediterranean and sub-alpine), and further by the land use. A fully physical process-based hydrologic model (TOPLATS) was found to be able to simulate exactly the soil moisture regimes in the basin in the different combination of local abiotic and biotic factors. The TOPLATS-based results are more precise than the results obtained using another frequently used method, more specifically the Newhall Simulation Model (NSM), which has been developed to simulate soil moisture regimes.

El principal objetivo de esta investigación fue el estudio de la dinámica hidrológica de una cuenca mediterránea afectada por cambios en el uso del suelo, mediante el monitoreo del agua en el suelo. Abordándolo a partir de los diferentes tipos de cobertura y suelo, considerando regímenes de humedad y temperatura del suelo. Este estudio se ha realizado en una cuenca forestal en los Pre-Pirineos de Cataluña (Cuenca Ribera-Salada) con 222.5 km2, desde 1998 hasta 2005. La cobertura vegetal es pastura, cultivos y bosque. Un número representativo de parcelas para cada una de este tipo de coberturas fue intensivamente monitoreado durante el periodo de estudio. La precipitación anual fluctúo entre 516 y 753 mm, mientras que el contenido de de humedad osciló entre 14 y 26% en la mitad y en la parte baja de la cuenca y entre 21 y 48% en la zonas sombreadas cerca al lecho del rio y en la partes altas de la cuenca. La humedad del suelo y la precipitación fueron controladas en primer lugar por la altitud, con la existencia de dos tipos de climas en la cuenca (submediterráneo y sub-alpino), y luego por el uso de la tierra. El modelo hidrológico TOPLASTS, basado completamente en procesos físicos, fue capaz de simular exactamente los regímenes de humedad del suelo en la cuenca en las diferentes combinaciones de factores locales abióticos y bióticos. Los resultados obtenidos con el modelo TOPLATS fueron más precisos que los obtenidos usando el Modelo de Simulación Newhall (NSM), el cual es ampliamente desarrollado para simular regímenes de humedad del suelo.

This research was partly funded by the Spanish Government Grant MAE AECI 2004-2006. Thank to Centre Tecnòlogic Forestal de Catalunya and Lleida University for making this research possible. We would also like to thank to David Stany Vinyas, Maria Casamitjana, and Francesco de Bello.