Ann. For. Sci. 65 (2008) 702
DOI: 10.1051/forest:2008046

A Linking Test that establishes if groundwater recharge can be determined by optimising vegetation parameters against soil moisture

Joseph Alexander Paul Pollacco¹, Isabelle Braud², Rafael Angulo-Jaramillo^{1, 3} and Bernard Saugier<sup>4

1</sup>  Laboratoire des Sciences de l'Environnement, ENTPE, Rue Maurice Audin, 69518 Vaulx en Vélin, France
²  CEMAGREF, UR Hydrologie-Hydraulique, 3bis Quai Chauveau, CP 220, 69336 Lyon Cedex 9, France
³  Laboratoire d'étude des Transferts en Hydrologie et Environnement, LTHE, UMR 5564 CNRS INPG UJF IRD, BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, France
⁴  Université Paris-Sud, Écologie, Systématique et Évolution, Bât. 362, 91405 Orsay Cedex France

Received 10 January 2008; accepted 4 June 2008; published online 20 September 2008

Abstract - The impact of afforestation/deforestation on groundwater recharge can be predicted by using one-dimensional soil-vegetation water flow models based on Richards' equation. However simulations depend upon parameters that are not easily measurable. Pollacco et al. (2008) showed that the hydraulic parameters can be determined, if the vegetation parameters are known, by fitting simulated time series of soil moisture profiles to those measured in situ. This paper presents a case study to determine if the interception and crop factor parameters can tentatively be calibrated by fitting soil moisture profiles. Synthetic data were used and the other vegetation parameters and the soil hydraulic parameters were assumed to be known. We applied and improved the Linking Test developed by Pollacco et al. (2008) to look for links between the parameters that need to be calibrated, and thus to investigate whether inverse modelling is feasible, which depends on the accuracy of the calibration data. The Linking Test established that interception and evapotranspiration parameters are linked and, therefore, uncertainty on interception compensates for uncertainty on evapotranspiration. Thus in spite of a good match between observed and simulated soil moisture data, inverse modelling is unfeasible. This is true even if the interception or the crop factor parameters are known, because an error on interception or evapotranspiration will be compensated by an error on groundwater recharge without affecting soil moisture. This paper recommends that vegetation parameters should not be calibrated by optimisation against soil moisture data.

Résumé - Un Test de Liaison qui établit si la recharge des eaux souterraines peut être quantifiée en optimisant les paramètres de végétation grâce aux profils d'humidité du sol. L'impact de la déforestation/reforestation, sur la recharge des eaux souterraines, peut être quantifié en employant les modèles unidimensionnels d'écoulement dans le continuum sol-plante-atmosphère. Ces modèles sont fondés sur la solution de l'équation de Richards. Cependant, quel que soit le modèle, les simulations dépendent de paramètres qui sont difficilement mesurables. Pollacco et al. (2008) ont montré comment les paramètres hydrodynamiques du sol peuvent être déterminés, lorsque ceux de la végétation sont supposés connus, en ajustant une série chronologique simulée de profils d'humidité du sol à des profils mesurés in situ. Cet article recherche, à travers une étude de cas, si les paramètres d'interception et le coefficient cultural peuvent être estimés à partir des profils d'humidité du sol. Des données synthétiques simulées sont employées dans l'estimation tout en supposant connus les autres paramètres de végétation et les paramètres hydrodynamiques du sol. Le Test de Liaison développé par Pollacco et al. (2008) a été amélioré afin d'établir le lien existant entre les paramètres qui doivent être estimés, et de déterminer si la modélisation inverse est réalisable, ce qui dépend de la précision des données d'étalonnage.

Key words: Linking Test / inverse modelling / soil moisture / vegetation parameters / groundwater recharge

Mots clés : test de Liaison / model inverse / humidité du sol / paramètres de végétation / recharge

Corresponding author: pollacco.water@gmail.com

© INRA, EDP Sciences 2008