Regional Groundwater Storage from GRACE over the Assiniboine Delta Aquifer (ADA) of Manitoba

Abstract

Total water stored in the landscape, which includes groundwater, surface water and snow storage components, plays a major role in the hydrologic water balance. Distributed measurements of high spatial resolution moisture storage could be valuable information sources for model parameterization and validation if they were readily available. However, it is well known that moisture storage is difficult to measure at scales required for hydrologic model applications because of representativeness issues. This paper explores the feasibility of using the Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE) gravity information for regional hydrologic model studies. The significance of total water storage measured by the GRACE satellite is investigated by downscaling these satellite measurements onto groundwater level data available over the Assiniboine Delta Aquifer (ADA) located in southwestern Manitoba. The goal is to obtain and evaluate local groundwater storage information from coarse resolution GRACE-based total water storage. Results show that downscaled groundwater storage estimates compare favourably with measured groundwater storage over the study area. It was found that correlations (R) between the measured and downscaled groundwater storage vary spatially between 0.5 and 0.85. However, it must be cautioned that significant training data were required to construct the downscaling model and that these data are not widely available for other locations. Transferability of these results to other areas remains an open research topic. RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] La quantité totale d'eau stockée dans le paysage terrestre, qui inclut les composantes eau souterraine, eau de surface et eau stockée dans la neige, joue un rôle majeur dans le bilan hydrologique. Des mesures réparties du stockage d'humidité à haute résolution spatiale pourraient être des sources d'information intéressantes pour la paramétrisation et la validation des modèles si elles étaient facilement disponibles. Cependant, il est connu que le stockage de l'eau est difficile à mesurer aux échelles convenant aux applications des modèles hydrologiques à cause de problèmes de représentativité. Dans le présent article, nous examinons la faisabilité d'utiliser l'information sur la gravité du projet GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) pour les études hydrologiques régionales par modèle. Nous étudions la signification de la quantité totale d'eau stockée mesurée par le satellite GRACE en faisant une réduction d'échelle de ces mesures satellitaires dans une surjection sur les données de niveau phréatique disponibles pour l'aquifère du delta de la rivière Assiniboine situé dans le sud-ouest du Manitoba. Nous cherchons ainsi à obtenir et à évaluer l'information sur le stockage local d'eau souterraine à partir des données de stockage total d'eau fournies par le GRACE à basse résolution. Les résultats montrent que les estimations de stockage d'eau souterraine obtenues par réduction d'échelle se comparent favorablement au stockage d'eau souterraine mesuré dans la région à l'étude. Nous avons trouvé que les corrélations (R) entre le stockage d'eau souterraine mesuré et celui obtenu par réduction d'échelle varient dans l'espace entre 0,5 et 0,85. Cependant, il faut savoir qu'il a été nécessaire d'utiliser un nombre important de données d'apprentissage pour construire le modèle de réduction d'échelle et que ces données ne se trouvent pas facilement pour d'autres endroits. La transférabilité de ces résultats à d'autres endroits reste un sujet à étudier.