Two New Models to Predict Rainfall-Runoff in Soil Cover Systems

Ahlam Abdulnabi, G. Ward Wilson

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Geoenvironmental Engineering I

ABSTRACT: Solving the water balance equation is a prerequisite for many geoenvironmental engineering problems especially these centred around mine operation and closure. The water balance equation represents the difference between water inflow and water losses. Despite the mathematical simplicity, the equation remains indeterminate so long as the rainfall runoff is not measured. This paper puts forth two new models to predict rainfall runoff fluxes using analytical and empirical approaches that can improve design and assessment of structures involving water balance including soil cover systems. The first approach is deterministic and depends on readily measured soil properties and accessible meteoric data. The second technique is parametric and relies on empirical correlations obtained during physical laboratory simulation of rainfall. Both proposed solutions require only minimal input and predict runoff fluxes within 15% accuracy for average rainfall events. Both methods are suitable as a first estimate to facilitate calibration of detailed numerical models. The analytical model is limited in accuracy to predict runoff resulting from extreme rainfall storms exceeding 90mm/hr.

RÉSUMÉ: La résolution de l'équation d'équilibre de l'eau est une condition préalable à de nombreux problèmes d'ingénierie géoenvironnementale, en particulier ceux liés au fonctionnement et à la fermeture de la mine. L'équation du bilan hydrique représente la différence entre l'apport d'eau et les pertes d'eau. Malgré la simplicité mathématique, l'équation reste indéterminée tant que l'écoulement des précipitations n'est pas mesuré. Cet article présente deux nouveaux modèles pour prédire les flux de ruissellement des pluies en utilisant des approches analytiques et empiriques qui peuvent améliorer la conception et l'évaluation des systèmes de couverture du sol. La première approche est déterministe et dépend des propriétés du sol facilement mesurées et des données météorologiques accessibles. La seconde technique est paramétrique et repose sur des corrélations empiriques obtenues lors de la simulation physique en laboratoire des précipitations. Les deux solutions proposées ne nécessitent qu'un apport minimal et permettent de prédire les flux de ruissellement avec une précision de 10% pour les indices de précipitations moyennes. Les deux méthodes conviennent comme première estimation pour faciliter l'étalonnage de modèles numériques détaillés. Les modèles sont limités en précision pour prédire le ruissellement résultant des tempêtes de pluie extrêmes à l'exclusion de 90mm/hr.

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