Identification de modèles LPV : application à la modélisation pluie/débit d'un bassin versant viticole

International audienceL'identification de la relation pluie/débit dans un bassin versant pour la prédiction de débit est un problème stimulant de par la difficulté à caractériser un modèle les décrivant dans leur ensemble. Les modèles conceptuels, basés sur les lois et modèles hydrauliques simples sont sou- vent limités dans la précision de la prédiction qu'ils offrent. L'objectif de cet article est d'une part de montrer l'intérêt des modèles non linéaires de type Linéaires à Paramètres Variants (LPV) par rapport aux modèles linéaires, ainsi que la différence de qualité dans les résultats obtenus selon la méthode employée pour l'identification d'un modèle donné. D'autre part, cet article propose et analyse plusieurs variables de séquencement dont dépendent les paramètres variants des modèles LPV pour représenter les bassins versants ruraux

A new data-based modelling method for identifying parsimonious nonlinear rainfall/flow models

International audienceThe identification of rainfall/runoff relationship is a challenging issue, mainly because of the complexity to find a suitable model for a whole given catchment. Conceptual hydrological models fail to describe correctly the dynamic changes of the system for different rainfall events (e.g. intensity or duration). However, the need for such relationship grows with the water pollution increase in agricultural regions. Lately, a well-known type of model in the control field appears to be a suitable candidate for water processes identification: the Linear Parameter Varying (LPV) models. This paper depicts a novel refined instrumental variable based method for the identification of Input/Output LPV models and this algorithm is applied to identify a parsimonious nonlinear rainfall/flow model of a 42 ha vineyard catchment located in Alsace, France

Improving runoff prediction using agronomical information in a cropped, loess covered catchment

Predicting runoff hot spots and hot-moments within a headwater crop-catchment is of the utmost importance to reduce adverse effects on aquatic ecosystems by adapting land use management to control runoff. Reliable predictions of runoff patterns during a crop growing season remain challenging. This is mainly due to the large spatial and temporal variations of topsoil hydraulic properties controlled by complex interactions between weather, growing vegetation, and cropping operations. This interaction can significantly modify runoff patterns and few process-based models can integrate this evolution of topsoil properties during a crop growing season at the catchment scale. Therefore, the purpose of this study was to better constrain the event-based hydrological model Limburg Soil Erosion Model by incorporating temporal constraints for input topsoil properties during a crop growing season (LISEM). The results of the temporal constraint strategy (TCS) were compared with a classical event per event calibration strategy (EES) using multi-scale runoff information (from plot to catchment). The EES and TCS approaches were applied in a loess catchment of 47 ha located 30 km northeast of Strasbourg (Alsace, France). A slight decrease of the Nash–Sutcliffe efficiency criterion on runoff discharge for TCS compared to EES was counterbalanced by a clear improvement of the spatial runoff patterns within the catchment. This study showed that limited agronomical and climatic information added during the calibration step improved the spatial runoff predictions of an event-based model. Reliable prediction of runoff source, connectivity, and dynamics can then be derived and discussed with stakeholders to identify runoff hot spots and hot-moments for subsequent land use and crop management modifications

Carbon and nitrogen stable isotope fractionation during abiotic hydrolysis of pesticides

Compound-specific Stable Isotope Analysis (CSIA) has been recently established as a tool to study pesticide degradation in the environment. Among degradative processes, hydrolysis is environmentally relevant as it can be chemically or enzymatically mediated. Here, CSIA was used to examine stable carbon and nitrogen isotope fractionation during abiotic hydrolysis of legacy or currently used pesticides (chloroacetanilide herbicides: Acetochlor, Alachlor, S-Metolachlor and Butachlor, acylalanine fungicide: Metalaxyl, and triazine herbicide: Atrazine). Degradation products analysis and Csingle bondN dual-CSIA allowed to infer hydrolytic degradation pathways from carbon and nitrogen isotopic fractionation. Carbon isotopic fractionation for alkaline hydrolysis revealed similar apparent kinetic isotope effects (AKIEC = 1.03–1.07) for the 6 pesticides, which were consistent with SN2 type nucleophilic substitutions. Neither enantio-selectivity (EF ≈ 0.5) nor enantio-specific isotope fractionation occurred during hydrolysis of R (AKIEC = 1.04 ± 0.01) and S (AKIEC = 1.04 ± 0.02) enantiomers of a racemic mixture of Metalaxyl. Dual element isotope plots enabled to tease apart Csingle bondCl bond breaking of alkane (Λ ≈ εN/εC ≈ 0, Acetochlor, Butachlor) and aromatic π-system (Λ ≈ 0.2, Atrazine) from Csingle bondO bond breaking by dealkylation (Λ ≈ 0.9, Metalaxyl). Reference values for abiotic versus biotic SN2 reactions derived from carbon and nitrogen CSIA may be used to untangle pesticide degradation pathways and evaluate in situ degradation during natural and engineered remediation

The Role of Ponds in Pesticide Dissipation at the Agricultural Catchment Scale: A Critical Review

Ponds in agricultural areas are ubiquitous water retention systems acting as reactive biogeochemical hotspots controlling pesticide dissipation and transfer at the catchment scale. Several issues need to be addressed in order to understand, follow-up and predict the role of ponds in limiting pesticide transfer at the catchment scale. In this review, we present a critical overview of functional processes underpinning pesticide dissipation in ponds. We highlight the need to distinguish degradative and non-degradative processes and to understand the role of the sediment-water interface in pesticide dissipation. Yet it is not well-established how pesticide dissipation in ponds governs the pesticide transfer at the catchment scale under varying hydro-climatic conditions and agricultural operation practices. To illustrate the multi-scale and dynamic aspects of this issue, we sketch a modelling framework integrating the role of ponds at the catchment scale. Such an integrated framework can improve the spatial prediction of pesticide transfer and risk assessment across the catchment-ponds-river continuum to facilitate management rules and operations

SENSIBILITE DE L'ÉVALUATION DES DOMMAGES POTENTIELS LIÉS AUX INONDATIONS

15 p.International audienceLa réflexion générale de cet article a pour objet les incertitudes de l'évaluation de dommages potentiels liés aux inondations. Cette évaluation quantifie, en termes monétaires, les impacts générés quant à l'occurrence d'inondations dans des zones d'activités humaines. Elle est un instrument indispensable aux analyses coût-bénéfice, de plus en plus utilisées comme outil d'aide à la décision de projets de gestion d'inondations. En outre, elle aide à la compréhension du risque. La mise en œuvre d'une évaluation consiste à croiser les informations de l'aléa avec les données sur la vulnérabilité des enjeux, et ensuite à appliquer des modèles économiques pour monétiser les dommages. Les incertitudes sur les données issues de chaque étape de l'évaluation, ainsi que les approches utilisées pour croiser ces différentes données se répercutent dans les résultats de l'évaluation. L'analyse de propagation d'incertitudes liées aux différentes modélisations permet : de mieux connaître l'importance de chaque étape et les limites de l'évaluation ; de privilégier un modèle selon la précision requise ; et de prendre en compte le facteur " incertitude " dans la formalisation de la connaissance du risque et dans la prise de décision. Cet article se donne donc un triple objectif : (1) présenter les concepts de base des évaluations de dommages liés aux inondations; (2) révéler les incertitudes associées aux différentes étapes de l'évaluation et présenter les principes des analyses de propagation des incertitudes; et (3) appliquer l'analyse de propagation de l'incertitude sur les inondations de la rivière Bruche, (Communauté Urbaine de Strasbourg, Bas-Rhin, Alsace, France)

Modélisation distribuée des flux d'azote sur des petits bassins versants méditerranéens

The POL model was developed to determinate the nitrogen loads produced at the outlet of a catchment in Mediterranean climate. The model is based on a conceptual and distributed approach. The catchment is divided into subactchments and river reaches. This delineation allows the distinction between nitrogen production function on subcatchment surfaces and nitrogen transport along the river reaches. The two parameters of POL model are defined for the whole catchment. The nitrogen storage defined for each subcatchment is function of land use and agricultural inputs. The model can be used for event- based or continuous simulations. First of all, a elementary catchment is considered to run a sensitivity analysis on the event-based model. Then, the event-based model is applied on four catchments (43 km² to 67 km²) located in South of France. The results obtained after calibration and verification of the event-based model show good agreement with nitrogen loads monitored during flood events. For continuous simulations, the uncertainty degree of model results is acceptable for a first step of annual nitrogen load diagnosis.Un modèle d'exportation d'azote a été développé pour fournir un outil opérationnel d'estimation des masses produite en contexte méditerranéen. Le modèle, dénommé POL, est de type conceptuel distribué. Il repose sur un découpage du bassin en unités de production (les sous-bassins versants) dont le flux est contrôlé par un paramètre F et en unités de transport (les biefs de rivières) qui véhiculent les flux produits sur les sous-bassins. La dynamique des flux d'azote dans les biefs est contrôlée par un paramètre T. Les 2 paramètres F et T du modèle POL sont définis globalement sur le bassin. Les flux générés sur les sous-bassins versants dépendent également du stock d'azote potentiellement mobilisable lors d'un épisode de pluie. On suppose que cette grandeur conceptuelle est liée à l'occupation du sol et aux pratiques culturales. Le modèle peut être utilisé en mode événementiel ou en mode continu. La sensibilité des réponses du modèle événementiel aux valeurs des paramètres est tout d'abord analysée sur un bassin élémentaire. Le modèle POL est ensuite appliqué sur 4 bassins versants d'une cinquantaine de km² situés dans l'Hérault (France). Les résultats obtenus après la phase de calage et de vérification montrent la capacité du modèle événementiel à reproduire les flux d'azote générés lors des épisodes de crue. Le modèle utilisé en continu fournit une estimation des exportations d'azote avec un degré d'incertitude acceptable pour un premier diagnostic des apports annuels des bassins

Emissions of the Urban Biocide Terbutryn from Facades: the Contribution of Transformation Products: Emissions of the Urban Biocide Terbutryn from Facades: the Contribution of Transformation Products

International audienc

Nitrogen loads modelling under the influence of land use on a catchment scale

Présentation d'un poster au congrès 2003 de la 'European Geophysical Society'