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Snow cover runoff and stream discharge modelling during snow melt in Alpine terrain

Résumé

The understanding of the role of snow cover runoff in complex terrain for the hydrological cycle is still limited. Water flow in snow is a complex process, because the strong layering of the snow cover causes strong vertical variation in hydraulic properties. It has already been shown that describing melt water flow through a snow cover using Richards equation for 1D unsaturated flow and taking into account the snow stratigraphy, improves snow cover runoff estimations locally. However, the small-scale spatial variability in snow cover height, snow stratigraphy and external influences such as incoming solar radiation and wind speed, is causing a complex relation between local snow melt and overall streamflow discharge. In this study, an advanced physically based snow cover model (SNOWPACK) is used in a spatially explicit mode for alpine terrain. The aim is to investigate whether the use of Richards equation in a distributed snowpack model (Alpine3D) can improve spatially explicit snow cover runoff estimations. The model setup simulates the snow cover development and runoff over a snow season for the Dischma catchment in Switzerland. The snow cover runoff is used as input for a stream discharge model and the modelled discharge is then compared to measured discharge at the catchment outlet. Solving Richards equation for snow yields better agreement than simpler (bucket) methods for liquid water flow in snow. It is also shown that the simulated snow cover runoff exhibits a strong spatial variability, which is a function of slope exposition and angle. This can be associated with different shortwave radiation input for snow melt. The results show that solving Richards equation for snow improves the estimation of the contribution of snow cover runoff to the hydrological cycle.

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Concepts associés (34)
Neige
La neige () est une forme de précipitations atmosphériques constituée de particules de glace ramifiées, de structure et d'aspect très variables qui sont la plupart du temps cristallisées et agglomérées en flocons contenant de l'air. Mais cette glace peut aussi être sous forme de grains (neige en grains, neige roulée) ou mouillée. Lorsqu'il y a suffisamment de froid et d'humidité dans l'atmosphère, la neige se forme naturellement par condensation solide de la vapeur d'eau à saturation autour des noyaux de congélation.
Débit (hydrologie)
thumb|Seuil de mesure du débit d'un cours d'eau dans le parc de Yellowstone (États-Unis). Le débit d'un cours d'eau est le volume d'eau liquide traversant une section transversale de l'écoulement, par unité de temps. Il comprend tout ce qui est transporté avec cette eau, comme les matières solides en suspension (exemples : le sable, les sédiments), les produits chimiques dissous (exemples : le calcaire, les sels dont les nitrates, sulfates, chlorures et phosphates), des éléments biologiques (exemple : les diatomées).
Fonte des neiges
La fonte des neiges, également appelée fonte nivale, est un phénomène climatique saisonnier des régions tempérées qui réside dans la transformation en eau de ruissellement de la neige et de la glace qui se sont accumulées durant la saison froide. Ceci se produit sous l'effet de la chaleur du début de la saison chaude alors que la température passe au-dessus de . Dans les zones où le climat est doux, cette accumulation de neige a essentiellement lieu sur les sommets.
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