Sol-Agrosystème-Hydrosystème

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1 L I S A H Laboratoire d étude des Interactions Sol-Agrosystème-Hydrosystème y y Plate-forme de modélisation des flux de matière dans le paysage UMR SupAgro / INRA / IRD, Montpellier, France

2 Objectifs et thématiques du LISAH Thème scientifique central Compréhension et modélisation des flux d eau et d éléments en relation avec l organisation spatiale du sol et de l hydrosystème cultivé Objectifs Acquisition iti de nouvelles connaissances sur les transferts t d eau, de particules et de substances polluantes dans les bassins versants ruraux. Elaboration d outils de prévention des risques induits par les activités humaines dans les milieux cultivés sur les ressources en eau et en sol. Contribuer à développer de nouveaux modes de gestion des bassins versants et des ressources en sol et eau. Structure Trois équipes : «Erosion», «Eau et polluants» et «Fonctionnement des paysages». Un projet transversal aux équipes :«Plate-forme de modélisation». Programmes : GeDuQuE (ANR ADD), LIFE-Aware, MESOEROS (ANR) Coll. : IMFS (Strasbourg), CIRAD (Guadeloupe, Costa-Rica), Univ Rostock (Allemagne) RTRA, 30 avril

3 Objectifs de la plate-forme de modélisation au LISAH Développer une plate-forme de modélisation à visées cognitives et opérationnelles pour: prévoir les flux couplés d eau et de matières (sédiments, polluants,...) en milieu cultivé. évaluer l impact de scénarii d aménagement du milieu sur l environnement environnement. capitaliser les connaissances au sein du LISAH. RTRA, 30 avril

4 Concepts de la plate-forme Représentation des éléments du paysage en unités spatiales homogènes reliées entre elles. Définition d'un dun modèle pour la simulation des flux de transfert (eau, masse, énergie). -> application = 1 modèle + 1 représentation de l'espace + 1 jeu de paramètres unités de surface réseau hydrographique Exemple de représentation des chemins de l eau dans un milieu fortement anthropisé (e.g. fossés, buses, chemins, talus, drains, etc.) unités souterraines RTRA, 30 avril

5 Plate-forme : schéma général ====================================== M H Y D A S Distributed hydrological model for agrosystems v LISAH, Montpellier, France ====================================== * Building model... [OK] * Loading data... [OK] * Preparing data and checking consistency... [OK] Simulation ID: XIVADH **** Running simulation **** Time step Real time Status :00:00 [OK] :01:00 [OK] :02:00 [OK] :03:00 [OK] :04:00 [OK] Builder interface utilisateur Engine moteur de simulation Landscape segmentation, paramétrisation RTRA, 30 avril

6 Exemple de segmentation et de paramétrisation a. Découpage du paysage en unités cohérentes Topographie + Parcellaire + Sol + Réseau hydrographique + Occupation du sol + etc.? b. Maillage 3D pour le besoin des méthodes numériques éi Maillage horizontal? c. Affectation des paramètres (test de scénarii) Exemple : la conductivité hydraulique à saturation Hydraulic conductivity Ks (mm.h -1 ) No data Maillage vertical N RTRA, 30 avril

7 Modélisation des processus Représentation des processus physiques à des pas de temps variables Couplage des processus En perspectives, couplage de : modèles socio-économique, modèle de culture, etc. (coll. UMR System, Lameta, Innovation). Précipitation / évapo-transpiration Infiltration /? ruissellement Ecoulement zone non saturée Erosion Eau Polluant Transfert en réseau Ecoulement souterrain? Exfiltration - drainage RTRA, 30 avril

8 Simulation des flux d'eau et de polluants à différentes échelles 20 Parcelle (1000 m²) Effective rainfall Petit bassin versant (1 km²) Débit (l/s) 10 Infiltration Calculated discharge (Reference) Measured discharge 2 4 Pluie (mm/5m min) Débit (l/s) :00 04:00 08:00 30 Avril 1993 (heure : minute) :00 04:00 08:00 30 Avril 1993 (heure : minute) Niveau de la nappe (m m) Niveau de nappe 4:00 12:00 Temps 20:00 4:00 Aquifère 1 simulé Piezo 103 mesuré 200 m Suivi d un herbicide RTRA, 30 avril

9 MHYDAS: current developments 3D Modelling of groundwater reacharge in a network of ditches (Dagès, 2006) Modelling of overflow in a network of ditches (Ghesquière, 2008) RTRA, 30 avril

10 Ruissellement par m² Ks x10-7 Évènement du Temps : 050 min Répartition des pluviomètres RTRA, 30 avril

11 Ruissellement par m² Ks x10-7 Évènement du Temps : 100 min Répartition des pluviomètres RTRA, 30 avril

12 Ruissellement par m² Ks x10-7 Évènement du Temps : 150 min Répartition des pluviomètres RTRA, 30 avril

13 Ruissellement par m² Ks x10-7 Évènement du Temps : 200 min Répartition des pluviomètres RTRA, 30 avril

14 Ruissellement par m² Ks x10-7 Évènement du Temps : 250 min Répartition des pluviomètres RTRA, 30 avril

15 Besoins et souhaits de collaborations Maillage tétraédrique pour la résolution aux éléments finis des équations de flux d eau dans le sol. Couplage de modèles de transferts d eau dans le sol (Richards / Boussinesq) à des modèles d écoulements à surface libre (Saint- Venant). Optimisation et calage de modèles spatialisés. Modélisation inverse. Analyse d incertitudes et propagation d erreur. RTRA, 30 avril