This study focuses on modeling hydrological responses of shallow hillslope soil in a headwater catchment. The research is conducted using data from the experimental site Uhlířská in Jizera Mountains, Czech Republic. To compare different approaches of runoff generation modeling, three models were used: (1) onedimensional variably saturated flow model S1D, based on the dual-continuum formulation of Richards’ equation; (2) zero-dimensional nonlinear morphological element model GEOTRANSF; and (3) semidistributed model utilizing the topographic index similarity assumption - TOPMODEL. Hillslope runoff hydrographs and soil water storage variations predicted by the simplified catchment scale models (GEOTRANSF and TOPMODEL) were compared with the respective responses generated by the more physically based local scale model S1D. Both models, GEOTRANSF and TOPMODEL, were found to predict general trends of hydrographs quite satisfactorily; however their ability to correctly predict soil water storages and inter-compartment fluxes was limited. and Studie je zaměřena na modelování hydrologické reakce mělké svahové půdy v pramenné části povodí Nisy, k výzkumu byla použita data z experimentálního povodí Uhlířská. Porovnání různých konceptuálních představ modelování odtoku bylo uskutečněno pro: (1) jednorozměrný model proměnlivě nasyceného proudění S1D; (2) model založený na bezrozměrném nelineárním morfologickém prvku - GEOTRANSF a (3) semi-distribuovaný model využívající principu podobnosti na základě topografického indexu - TOPMODEL. Hydrogramy odtoku ze svahu a změny zásob vody v půdě vypočtené zjednodušenými modely GEOTRANSF a TOPMODEL byly porovnány s odpovídajícími odezvami fyzikálně založeného modelu S1D. Oba modely, GEOTRANSF i TOPMODEL, byly poměrně úspěšné v předpovědi základních trendů hydrogramů odtoku, jejich schopnost správně předpovídat zásoby vody v půdě a toky mezi nimi však byla omezená.
Knowledge of soil hydraulic and thermal properties is essential for studies involving the combined effects of soil temperature and water input on water flow and redistribution processes under field conditions. The objective of this study was to estimate the parameters characterizing these properties from a transient water flow and heat transport field experiment. Real-time sensors built by the authors were used to monitor soil temperatures at depths of 40, 80, 120, and 160 cm during a 10-hour long ring infiltration experiment. Water temperatures and cumulative infiltration from a single infiltration ring were monitored simultaneously. The soil hydraulic parameters (the saturated water content θ s , empirical shape parameters α and n, and the saturated hydraulic conductivity Ks) and soil thermal conductivity parameters (coefficients b1 , b2 , and b3 in the thermal conductivity function) were estimated from cumulative infiltration and temperature measurements by inversely solving a two-dimensional water flow and heat transport using HYDRUS-2D. Three scenarios with a different, sequentially decreasing number of optimized parameters were considered. In scenario 1, seven parameters (θ s , Ks , α, n, b1 , b2 , and b3) were included in the inverse problem. The results indicated that this scenario does not provide a unique solution. In scenario 2, six parameters (Ks , α, n, b1 , b2 , and b3) were included in the inverse problem. The results showed that this scenario also results in a non-unique solution. Only scenario 3, in which five parameters (α, n, b1 , b2 , and b3) were included in the inverse problem, provided a unique solution. The simulated soil temperatures and cumulative infiltration during the ring infiltration experiment compared reasonably well with their corresponding observed values.
Growing occurrence of extreme floods in the Czech Republic has attracted attention to the security of protective earthfill embankments along the rivers. A suddenly increased amount of water on the waterside slope of the embankment may have destroying or even catastrophic consequences. Predictions of seepage patterns through the earth body are usually done considering the saturated flow beneath the free water level only, neglecting the saturated-unsaturated character of the soil water dynamics within earthfill dams. The importance of water dynamics within an earth dam is known and may be addressed using numerical simulation models. In this study the solution based on transient simulation of seepage through protection levee using saturated-unsaturated theory is presented. Simulations were carried out by a two-dimensional numerical model based on Richards’ equation for water flow in porous medium. It has been shown that proposed approach is, with certain limitations, suitable for large scale engineering applications. and Vyšší pravděpodobnost výskytu extrémních klimatických jevů obrací pozornost k ochraně před následky, které tyto jevy způsobují. Zájem se soustředí na protipovodňové ochranné zemní hráze a jejich bezpečnost při povodních. Výpočet průsaku zemními hrázemi se často omezuje pouze na tu část hráze, která byla plně nasycená vodou, to znamená na plně nasycené proudění. Tento způsob modelování průsaku je dodnes považován za standardní, přestože je velmi limitující. Bez zahrnutí nenasycené části tělesa hráze je zanedbán vliv časově i prostorově proměnlivého pole vlhkostí (např. při infiltraci vody ze srážky) na polohu hladiny. V naší studii je simulováno proudění v tělese hráze s použitím numerického modelu, který umožňuje řešit proudění vody v proměnlivě nasyceném heterogenním pórovitém prostředí, s obecnými okrajovými podmínkami. Výsledky potvrdily, že přístup, který uvažuje proudění i v nenasycené části hráze, lze k řešení průsaků zemními tělesy úspěšně využít.