17 research outputs found
Uncertainties in assessing annual nitrate loads and concentration indicators. Part 1: Impact of sampling frequency and load estimation alogorithms
International audienceThe objectives of this study are to evaluate the uncertainty in annual nitrate loads and concentrations (such as annual average and median concentrations) as induced by infrequent sampling and by the algorithms used to compute fluxes. A total of 50 watershed-years of hourly to daily flow and concentration data gathered from nine watersheds (5 to 252 km2) in Brittany, France, were analyzed. Original (high frequency) nitrate concentration and flow data were numerically sampled to simulate common sampling frequencies. Annual fluxes and concentration indicators calculated from the simulated samples were compared to the reference values calculated from the high-frequency data. The uncertainties contributed by several algorithms used to calculate annual fluxes were also quantified. In all cases, uncertainty increased as sampling intervals increased. Results showed that all the tested algorithms that do not use continuous flow data to compute nitrate fluxes introduced considerable uncertainty. The flowÆ]weighted average concentration ratio method was found to perform best across the 50 annual datasets. Analysis of the bias values suggests that the 90th and 95th percentiles and the maximum concentration values tend to be systematically underestimated in the long term, but the load estimates (using the chosen algorithm) and the average and median concentrations were relatively unbiased. Great variability in the precision of the load estimation algorithms was observed, both between watersheds of different sizes and between years for a particular watershed. This has prevented definitive uncertainty predictions for nitrate loads and concentrations in this preliminary work, but suggests that hydrologic factors, such as the watershed hydrological reactivity, could be a key factor in predicting uncertainty levels
Mécanismes de genÚse du ruissellement sur sol agricole drainé sensible à la battance. Etudes expérimentales et modélisation
This study aims at describing and organizing into a hierarchy the processes leading to surface runoff on artificially subsurface drained area, by considering not only the perched water table fluctuations, but also the possible soil surface sealing. Three complementary research issues have been developed.First, the evolution of the tilled layer structure during rainfall in the presence of a shallow water table was observed using laboratory rainfall simulation. Bulk density profiles measured by X-ray radiography show that the increase of bulk density due to sealing and slumping are more significant in the wettest conditions. The proposed bulk density evolution model correctly reproduces this effect.Second, seal hydraulic properties were determined from a model based on bulk density profiles using other simulated rainfall experiments. The estimation of model parameters by inverse method led to an accurate simulation of the measured flows and water pressures, and conformed to the measured bulk density profiles. Hydraulic conductivity greatly decreases at the soil surface due to sealing process.The third issue was based on a drained field investigation in MĂ©larchez watershed (Seine et Marne) associated to flow modelling (Hydrus 2D). Data recorded in winter 2003-2004 show that drainage limits surface runoff amount. Saturation excess runoff is the most frequent observed process, even if soil sealing, especially due to saturation excess surface runoff, increases runoff amount. Other rainfall conditions were tested using Hydrus 2D. The condition of water table reaching soil surface was particularly analysed in terms of infiltration-runoff flows and return time of the corresponding rainfalls.L'objectif de cette thĂšse est de dĂ©crire et de hiĂ©rarchiser les processus Ă l'origine du ruissellement sur les parcelles artificiellement drainĂ©es, en prenant en compte non seulement les fluctuations de la nappe superficielle, mais aussi la dĂ©gradation Ă©ventuelle de la structure du sol en surface. A cet effet, trois axes complĂ©mentaires de recherche ont Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©s. Le premier axe est consacrĂ© Ă l'Ă©tude de l'Ă©volution de la structure de l'horizon travaillĂ© du sol au cours d'une pluie en prĂ©sence de nappe superficielle, grĂące Ă des simulations de pluie en laboratoire. Les profils de masse volumique mesurĂ©s par radiographie aux rayons X indiquent que l'effondrement et le changement de masse volumique liĂ© Ă la croĂ»te de battance sont plus marquĂ©s en conditions initiales trĂšs humides. Le modĂšle proposĂ© d'Ă©volution de la masse volumique avec la profondeur et au cours de la pluie, reproduit correctement cet effet.Le deuxiĂšme axe a pour objectif de dĂ©terminer les propriĂ©tĂ©s hydrodynamiques de la croĂ»te de battance Ă partir de donnĂ©es issues de nouvelles simulations de pluie associĂ©es Ă un modĂšle s'appuyant sur la distribution de la masse volumique du sol avec la profondeur. Les paramĂštres de ce modĂšle, estimĂ©s par mĂ©thode inverse, sont comparables aux mesures de masse volumique effectuĂ©es par rayons X, et permettent de correctement reproduire le comportement hydraulique du systĂšme, confirmant la forte baisse de la conductivitĂ© hydraulique en surface due Ă la croĂ»te de battance.Enfin, le troisiĂšme axe s'appuie sur le suivi expĂ©rimental d'une parcelle agricole drainĂ©e du bassin versant de MĂ©larchez (Seine et Marne) associĂ© Ă une modĂ©lisation (logiciel HYDRUS 2D). Les observations durant l'hiver 2003-2004 confirment que le ruissellement est globalement limitĂ© en raison de la prĂ©sence du drainage. L'affleurement de la nappe reste le facteur prĂ©dominant Ă l'origine du ruissellement, mĂȘme si la croĂ»te de battance, crĂ©Ă©e notamment par ce premier type de ruissellement, est susceptible d'augmenter les quantitĂ©s ruisselĂ©es. La modĂ©lisation permet d'Ă©tudier le comportement du systĂšme sous d'autres conditions pluviomĂ©triques. En particulier, les pĂ©riodes de retour des pluies conduisant Ă l'affleurement de la nappe et les conditions d'Ă©coulement lors de ces affleurements sont analysĂ©es
Quels outils pour caractériser l'intrusion saline et l'impact potentiel du niveau marin sur les aquifÚres littoraux
SynthĂšse vulgarisĂ©e de plusieurs rapports techniquesInternational audienceL es aquifĂšres littoraux constituent des ressources dâeau souterraine importantes tant pour les activitĂ©s humaines (alimentation en eau potable, usages agricoles, industriels et touristiques) que pour lâenvironnement (zones humides littorales, marais et lagunes cotiĂšres situĂ©s Ă l'exutoire de ces nappes). En France mĂ©tropolitaine, sur les 5 500 km de cĂŽte, 95 aquifĂšres superficiels et 17 aquifĂšres profonds ont Ă©tĂ© inventoriĂ©s. Dans les milieux insulaires (notamment dans les dĂ©partements et rĂ©gions d'outre-mer), les aquifĂšres sont en gĂ©nĂ©ral tous littoraux. La salinisation partielle des eaux souterraines des aquifĂšres littoraux est un phĂ©nomĂšne naturel, dont lâimportance et lâextension sont variables et fonction de la nature des matĂ©riaux constituant les rĂ©servoirs souterrains. Cette salinisation peut ĂȘtre amplifiĂ©e dâune part par une exploitation par pompage et dâautre part par la modification du niveau marin, par exemple liĂ© au changement climatique (Werner et Simmons, 2009). Or, une intrusion saline de maniĂšre naturelle conjuguĂ©e ou non Ă une influence anthropique menace la quantitĂ© dâeau douce disponible dans ces rĂ©servoirs outerrains.L'objectif de ce document est de proposer, Ă travers des exemples, des outils pour caractĂ©riser l'intrusion saline et l'impact potentiel d'une remontĂ©e du niveau marin sur la salinisation des aquifĂšres littoraux
Mécanismes de genÚse du ruissellement sur sol agricole drainé sensible à la battance (études expérimentales et modélisation)
PARIS- AgroParisTech. Engref (751152303) / SudocSudocFranceF
Dynamics of Soil Surface Bulk Density: Role of Water Table Elevation and Rainfall Duration
International audienceMeasurements of soil bulk density profiles combined with thin-section analysis have been suggested to assess the structural seedbed degradation caused by rainfall. The effects of water table elevation and rainfall duration on surface sealing and seedbed slumping were studied on a repacked silt loam soil. Two initial water table elevations (0.3 and 0.7 m below the soil surface) and three simulated rainfall durations (15, 30, and 40 min at 30.5 mm h-1 followed by 180 min at 7 mm h-1) were used. Seedbed bulk density profiles were generated using x-radiography of resin-impregnated soil slices. Macroporosity measurements using image analysis and thin-section observations showed that infilling of eroded particles in interaggregate voids and compaction of the infilled particles were the main sealing processes. Below the seal, the seedbed exhibited coalescence and welding of aggregates into larger units, which affected mainly macroporosity. A model of sealing, exponential decrease in bulk density with depth, and slumping, linear increase in bulk density with depth, adequately reproduced the measured bulk density profiles (regression RMSE range 0.057-0.106 Mg m-3). The change in surface bulk density increased with rainfall duration, whereas this factor did not significantly affect slumping. The highest initial water table elevation led to the highest soil surface and internal seedbed bulk densities. It was suggested that high values of soil water content led to a decrease in aggregate cohesion. Moreover, the number of wetting and drying cycles and the water content during these cycles were shown to increase the magnitude of slumping
Le rÎle des réseaux de drainage agricole dans le ralentissement dynamique des crues : interprétation des données de l'observatoire « Orgeval »
Le drainage agricole peut gĂ©nĂ©rer des impacts importants sur le cycle de lâeau, sur lâĂ©cologie du paysage et sur les cours d'eau. Sur le bassin versant expĂ©rimental de lâOrgeval, les Ă©quipes scientifiques dâIrstea Ă©tudient les processus de transfert des Ă©coulements aux diffĂ©rentes Ă©chelles afin de comprendre le comportement des rĂ©seaux de drainage et le rĂŽle quâils peuvent jouer, notamment en pĂ©riode de crues
Une approche quantitative du rÎle de la fréquence d'échantillonnage sur les incertitudes associées aux calculs des flux et des concentrations moyennes en nitrate des eaux de Bretagne
National audienceLa plupart des rĂ©seaux de surveillance de la qualitĂ© de l'eau dĂ©terminent l'Ă©volution dans le temps de la qualitĂ© physico-chimique d'une masse d'eau sur la base d'indicateurs moyens (concentration moyenne, concentration maximale, flux total exportĂ©...), bĂątis le plus souvent sur un nombre restreint de mesures trĂšs espacĂ©es dans le temps. Cet espacement dans le temps des mesures induit des incertitudes sur les indicateurs construits, qu'il importe de connaĂźtre pour correctement interprĂ©ter des tendances observĂ©es. L'objectif de cet article est de prĂ©senter des Ă©lĂ©ments scientifiques permettant de calculer ces incertitudes dans le cas de l'ion nitrate, en tenant compte Ă la fois des frĂ©quences d'Ă©chantillonnage et des algorithmes utilisĂ©s dans le cas des flux. Pour cela, nous avons analysĂ© un jeu rassemblant cinquante annĂ©es de mesures des dĂ©bits de l'eau et de la concentration en nitrate mesurĂ©e aux pas de temps horaire Ă journalier issus de neuf bassins versants bretons allant de 5 Ă 252 km2 en superficie. Les indicateurs calculĂ©s (flux annuel, concentration moyenne annuelle, concentration maximale, concentration mĂ©diane, quantile 90 et 95), en dĂ©gradant les sĂ©ries hautes-frĂ©quences (pas de temps hebdomadaires, bihebdomadaires et mensuels), ont Ă©tĂ© comparĂ©s aux indicateurs de rĂ©fĂ©rence fournis par les sĂ©ries hautes-frĂ©quences. DiffĂ©rents algorithmes d'estimation des flux proposĂ©s dans la littĂ©rature ont Ă©tĂ© testĂ©s. Les rĂ©sultats montrent que les algorithmes qui n'utilisent pas de mesures de dĂ©bits en continu sont Ă proscrire car induisant de trĂšs grandes incertitudes sur le calcul des flux. Les rĂ©sultats des simulations effectuĂ©es montrent qu'une frĂ©quence relĂąchĂ©e Ă une mesure tous les mois peut conduire, pour un bassin versant de rĂ©activitĂ© hydrologique « moyenne », Ă des incertitudes de plus ou moins 5 % sur les concentrations moyennes annuelles du nitrate et de plus ou moins 10 % sur les flux annuels. Les rĂ©sultats montrent Ă©galement que les bornes infĂ©rieures et supĂ©rieures des incertitudes peuvent ĂȘtre corrĂ©lĂ©es Ă un indicateur de rĂ©activitĂ© des bassins versants. Ă partir de ces corrĂ©lations, nous avons pu dresser des abaques permettant de calculer les frĂ©quences Ă laquelle mesurer les concentrations en nitrate pour une incertitude dĂ©sirĂ©e en fonction de la rĂ©activitĂ© des bassins versants. L'utilisation de ces abaques valide la perception rĂ©pandue en Bretagne, mais jusqu'ici non validĂ©e quantitativement, que les concentrations moyennes et les flux de nitrate calculĂ©s Ă partir d'Ă©chantillonnages mensuel Ă bimestriel, sont relativement fiables, mĂȘme si des incertitudes Ă©levĂ©es sont mises Ă jour dans certains bassins Ă forte rĂ©activitĂ© hydrologique (bassins versants drainĂ©s). Ces abaques fournissent un outil « guide » permettant d'optimiser les rĂ©seaux de suivi de la concentration en nitrate des eaux de surface, en particulier dans le cadre de la crĂ©ation ou du renforcement des programmes de surveillance imposĂ©s par la mise en place de la Directive cadre europĂ©enne sur l'eau
Une approche quantitative du rÎle de la fréquence d'échantillonnage sur les incertitudes associées aux calculs des flux et des concentrations moyennes en nitrate des eaux de Bretagne
National audienceLa plupart des rĂ©seaux de surveillance de la qualitĂ© de l'eau dĂ©terminent l'Ă©volution dans le temps de la qualitĂ© physico-chimique d'une masse d'eau sur la base d'indicateurs moyens (concentration moyenne, concentration maximale, flux total exportĂ©...), bĂątis le plus souvent sur un nombre restreint de mesures trĂšs espacĂ©es dans le temps. Cet espacement dans le temps des mesures induit des incertitudes sur les indicateurs construits, qu'il importe de connaĂźtre pour correctement interprĂ©ter des tendances observĂ©es. L'objectif de cet article est de prĂ©senter des Ă©lĂ©ments scientifiques permettant de calculer ces incertitudes dans le cas de l'ion nitrate, en tenant compte Ă la fois des frĂ©quences d'Ă©chantillonnage et des algorithmes utilisĂ©s dans le cas des flux. Pour cela, nous avons analysĂ© un jeu rassemblant cinquante annĂ©es de mesures des dĂ©bits de l'eau et de la concentration en nitrate mesurĂ©e aux pas de temps horaire Ă journalier issus de neuf bassins versants bretons allant de 5 Ă 252 km2 en superficie. Les indicateurs calculĂ©s (flux annuel, concentration moyenne annuelle, concentration maximale, concentration mĂ©diane, quantile 90 et 95), en dĂ©gradant les sĂ©ries hautes-frĂ©quences (pas de temps hebdomadaires, bihebdomadaires et mensuels), ont Ă©tĂ© comparĂ©s aux indicateurs de rĂ©fĂ©rence fournis par les sĂ©ries hautes-frĂ©quences. DiffĂ©rents algorithmes d'estimation des flux proposĂ©s dans la littĂ©rature ont Ă©tĂ© testĂ©s. Les rĂ©sultats montrent que les algorithmes qui n'utilisent pas de mesures de dĂ©bits en continu sont Ă proscrire car induisant de trĂšs grandes incertitudes sur le calcul des flux. Les rĂ©sultats des simulations effectuĂ©es montrent qu'une frĂ©quence relĂąchĂ©e Ă une mesure tous les mois peut conduire, pour un bassin versant de rĂ©activitĂ© hydrologique « moyenne », Ă des incertitudes de plus ou moins 5 % sur les concentrations moyennes annuelles du nitrate et de plus ou moins 10 % sur les flux annuels. Les rĂ©sultats montrent Ă©galement que les bornes infĂ©rieures et supĂ©rieures des incertitudes peuvent ĂȘtre corrĂ©lĂ©es Ă un indicateur de rĂ©activitĂ© des bassins versants. Ă partir de ces corrĂ©lations, nous avons pu dresser des abaques permettant de calculer les frĂ©quences Ă laquelle mesurer les concentrations en nitrate pour une incertitude dĂ©sirĂ©e en fonction de la rĂ©activitĂ© des bassins versants. L'utilisation de ces abaques valide la perception rĂ©pandue en Bretagne, mais jusqu'ici non validĂ©e quantitativement, que les concentrations moyennes et les flux de nitrate calculĂ©s Ă partir d'Ă©chantillonnages mensuel Ă bimestriel, sont relativement fiables, mĂȘme si des incertitudes Ă©levĂ©es sont mises Ă jour dans certains bassins Ă forte rĂ©activitĂ© hydrologique (bassins versants drainĂ©s). Ces abaques fournissent un outil « guide » permettant d'optimiser les rĂ©seaux de suivi de la concentration en nitrate des eaux de surface, en particulier dans le cadre de la crĂ©ation ou du renforcement des programmes de surveillance imposĂ©s par la mise en place de la Directive cadre europĂ©enne sur l'eau
Une cartographie de l'Ă©coulement des riviĂšres de Corse
Cet article présente une cartographie de l'écoulement des cours d'eau de Corse, constituée de deux débits caractéristiques : le débit moyen annuel (module), qui caractérise les écoulements moyens d'une riviÚre, et le débit mensuel minimal de fréquence quinquennale sÚche (QMNA5), qui caractérise les basses eaux d'une riviÚre. Ces débits ont été calculés en tout point du réseau hydrographique corse grùce à deux modÚles de prédétermination construits à l'échelle nationale et transposés en Corse. Ces modÚles s'appuient sur une base de données hydro-climatiques récentes et critiquées regroupant 20 bassins versants jaugés. Les cartographies finales de ces débits seront diffusées par l'Agence Française pour la Biodiversité sur le portail Eaufrance (http://www.eaufrance.fr
Prévoir les étiages : que peut-on attendre des modÚles hydrologiques
International audienc