Remplissage des retenues et barrages

Définition

Les retenues d’eau telles que les barrages ou les retenues collinaires se remplissent en cours d’année (essentiellement pendant la période où elles sont le moins sollicitées, à savoir en hiver) grâce à l’eau de pluie, ou à la fonte des neiges, et pour les retenues connectées par les cours d’eau. La quantité d’eau de pluie arrivant dans la retenue va être déterminée par l’impluvium de cette dernière.

Résolution

Spatiale

Le processus de remplissage des barrages et des retenues se fait au niveau des barrages ou retenues au sein d’un bassin versant.

Temporelle

Le remplissage des barrages et des retenues se fait chaque jour.

Interface entités

Voici les différentes entités sollicitées au cours de ce processus :

Description

Parmi les retenues collinaires, on distingue quatre types de retenues :

  • les retenues déconnectés
  • les retenues en dérivation ou connectés au drain principal du bassin versant élémentaire
  • les retenues en dérivation ou connectés aux drains secondaires (aussi appelés tributaires) du bassin versant élémentaire
  • les retenues sur nappes

Le remplissage des barrages est géré de la même manière que celui des retenues connectés.

La fonction de recharge des retenues est un simple bilan.

En entrée :

  • les précipitations sur la retenue
  • le ruissellement
  • les écoulements subsurfaciques (flux latéraux et flux de recharges des cours d’eau par la nappe), si retenues connectées
  • le débit du cours d’eau principal (phase routage du modèle SWAT), si retenues connectées au cours d’eau principal
  • flux depuis la nappe pour les retenues sur nappes

En sortie :

  • l’évaporation
  • le débit réservé
  • les prélèvements
  • le « trop plein »

On néglige les pertes par percolation

Les flux entrants

les précipitations

variables d’entrée

↓ precipday [mm] : Précipitations du jour.

↓ surface [m2] : surface de la retenue.

variables de sortie

↑ Precipretenue [m3] : La quantité de précipitations tombées sur la retenue.

calcul

(1)   \begin{equation*} Precip_{retenue}=surface *\displaystyle\frac{precipday}{1000}\end{equation*}

Remarque : On considère que la surface de la retenue est négligeable par rapport à celle du bassin versant (BVe), on peut donc négliger cette surface dans les calculs de la phase sol de SWAT.

le ruissellement

variables d’entrée

↓ ruissellementBVe[m3] : Total du ruissellement sur la BVe.

↓ surfaceBVe [m2] : surface de la BVe.

↓ impluvium [m2] : surface de bassin versant (impluvium) de la retenue. Dans le cas de plusieurs retenues sur la BVe, la surface considérée n’intègre pas l’impluvium des autres retenues. Les retenues sur nappes ont un impluvium nul : on considère qu’elles sont uniquement exclusivement réalimentées par la nappe.

variables de sortie

↑ Ruissellementretenue [m3] : La quantité de précipitations tombés sur la retenue.

calcul

(2)   \begin{equation*} Ruissellement_{retenue}=Ruissellement_{BVe}*\displaystyle\frac{impluvium}{surface_{BVe}}\end{equation*}

les flux d’eau venant du sol

Ce flux n’est considéré que s’il s’agit de retenues connectées.

variables d’entrée

↓ BaseFlowBVe[m3] : Flux de recharge du cours d’eau par la nappe sur l’intégralité de la BVe.

↓ LateralFlowBVe[m3] : Flux d’eau latéraux du sol vers les cours d’eau sur l’intégralité de la BVe.

↓ surfaceBVe [m2] : surface de la BVe.

↓ impluvium [m2] : surface de bassin versant (impluvium) de la retenue. Dans le cas de plusieurs retenues sur la BVe, la surface considérée n’intègre pas l’impluvium des autres retenues.

variables de sortie

↑ FluxEauSolretenue [m3] : La quantité d’eau issue de la phase sol et alimentant la retenue.

calcul

(3)   \begin{equation*} FluxEauSol_{retenue}=(BaseFlow_{BVe}+LateralFlow_{BVe})*\displaystyle\frac{impluvium}{surface_{BVe}}\end{equation*}

le remplissage par les cours d’eau

Les retenues connectées au drain principal sont alimentées par le flux d’eau entrant dans le bassin versant. On effectue ce calcul dans l’ordre des retenues sur le cours d’eau principal. On ne considère que les débits au dessus des débits réservés (cela évite de devoir les enlever par la suite).

le remplissage par la nappe

Les retenues connectées à la nappe sont journalièrement alimentées par la nappe jusqu’à remplissage de celle-ci. En cas de manque d’eau dans la nappe, le volume disponible est apporté proportionnellement à la demande de l’ensemble des retenues du bassin versant élémentaire.

le remplissage par pompage hivernal

Il est possible de spécifier une liste de retenues  (paramètre listeRetenuesRechargeHivernale) devant être rechargées par pompage, en hiver. Pour ces dernières, on regarde au 01/11 le volume manquant pour atteindre le volume et on étale le pompage entre le 01/11 et le  31/05. Pour des raisons de simplicité, le volume prélevé est actuellement pris à l’exutoire de la zone et on ne considère pas de perte.

Les flux sortants

l’évaporation

variables d’entrée

↓ ETP [mm] : Évapotranspiration potentielle du jour.

↓ surface [m2] : surface de la retenue.

↓ Volumeactuel [m3] : volume actuel de la retenue.

↓ Volumeprélèvements [m3] : volume prélevé dans la retenue.

↓ η [-] : coefficient de conversion de l’évapotranspiration potentielle en évaporation des surfaces en eau. Il a pour valeur 0.6.

variables de sortie

↑ ETPretenue [m3] : La quantité d’eau perdue par la retenue sous forme d’évaporation.

calcul

calcul issu de l’équation 8:1.1.6, p 517 de la documentation théorique de SWAT

(4)   \begin{equation*} ETP_{retenue}=surface *\displaystyle\frac{ETP * \eta}{1000}\end{equation*}

(5)   \begin{equation*} ETP_{retenue}=min[Volume_{actuel} - Volume_{pr\'el\`evements};ETP_{retenue}]\end{equation*}

le débit réservé

On ne considère l’existence de débit réservé  que dans les retenues connectées au drain principal.

les prélèvements

le volume prélevable est le volume situé au dessus du volume culot.

le « trop plein »

Dans cette étape, on effectue un premier bilan du volume de la retenue. Si le volume obtenue est supérieur à la capacité de la retenue alors le volume de la retenue est bornée à son maximum et le volume excédentaire est rajouté au débit de sortie de la BVe.

Paramètres calibrés

Le volume culot (volume non utilisable pour l’irrigation) est estimé à 25% du volume maximum de la retenue.

Le débit réservé est estimé par simulation comme 1/40 du module (i.e. du débit moyen entrant sur les 10 dernières années). TODO : vérifier si cette estimation est faite en débit naturel (i.e. simulations sans prélèvements agricoles) ou en débit réel.

A noter que les « impluviums » sont obtenus par un prétraitement géomatique. Dans la construction du statut déconnecté/déconnecté, il a été considéré qu’une retenue à moins de 500 m d’un cours d’eau a le statut de connecté (par pompage ou dérivation)

Une retenue sans statut est considérée comme sur nappe. Une retenue déconnectée sans impluvium sera modélisée comme une retenue sur nappe. Une retenue connectée sans impluvium partagera (à part égale) son impluvium avec celui de la retenue la plus proche spatialement (ce cas représente en fait le cas de deux retenues trop proche spatialement pour que deux impluviums distincts puissent être créés).

Pour limiter les erreurs d’estimation des volumes, dans les cas où la profondeur moyenne de la retenue est inférieure à 50 cm alors le volume de la retenue est rectifié en considérant un volume correspondant à une profondeur moyenne de 1m.

Références

Documentation théorique de SWAT pour l’équation d’évaporation.

Lardy, R., Truche, C., Therond, O., 2016. Modelling small agricultural dams dynamics into the MAELIA multi-agent platform. 8th International Congress on Environmental Modelling and Software (iEMSs 2016), Toulouse, France, pp. 330-337. Télécharger ici