Interactions SWAT / Dynamiques sol-plante | Documentation plateforme Maelia

Définition

Cette partie a pour objectif d’expliquer la manière dont a été réalisé le lien entre le module agricole et le module hydrographique (plus précisément SWAT).

Dans un premier temps nous décrirons rapidement la représentation du bilan hydrique dans le modèle agricole de MAELIA. Dans un second temps, nous expliquerons la manière dont l’ « écoulement d’origine agricole » (i.e. les quantités d’eau relâchées par les parcelles cultivées) est intégré aux bilans d’eau calculés par SWAT. La principale difficulté de cette intégration réside dans l’hétérogénéité des échelles spatiales entre la modélisation agricole et hydrographique. En effet, la plus petite unité spatiale pour le modèle agricole est l’ilot, tandis que pour le modèle hydrographique c’est la zone hydrographique. En réalité au sein du modèle agricole, il existe une plus petite échelle : la parcelle, cependant cette dernière n’est pas spatialement explicite au sein de l’ilot. De la même manière, au sein de la zone hydrographique, il existe des HRUs, cependant ces fractions ne sont pas géo-référencées.

Résolution

Spatiale

Celle du modèle hydrologique.

Temporelle

Voir la description du modèle hydrologique.

Interface entités

Fait intervenir des entités du module agricole et hydrologique :

Ilots
Parcelles
HRU_RPG (voir HRU)

Description

Ecoulement de l’eau côté module agricole (ilots)

Le processus de croissance de plantes nous donne ces résultats :

Image processus_aqyield_vs_swat — Cycle de l’eau sur une parcelle

Ce schéma illustre le cycle de l’eau sur une parcelle. En entrée, la parcelle reçoit une quantité d’eau par les précipitations et une quantité d’eau par l’irrigation. Le système stocke une part de l’eau dans le sol. L’eau sort du système par évapotranspiration, par écoulement latéral ou souterrain (drain) ou par ruissellement (écoulement de surface).

Les HRU classiques

Pour rappel, une HRU (Hydrologic Response Unit) est définie par un couvert, un type de sol et une pente. Au sein de la zone hydrographique (également appelé Bassin Versant élementaire), il y a donc autant de HRUs que de combinaisons possibles entre ces 3 valeurs.

(1) $\begin{equation*} Nb_{HRU} = Nb_{TypeDeSol} \times Nb_{Couvert} \times Nb_{Pente} \end{equation*}$

La HRU correspond à la fraction d’un bassin versant élémentaire. La somme des surfaces de toutes les HRUs sera égale à la surface du bassin versant élémentaire :

(2) $\begin{equation*} \sum{Surface_{HRU}} = Surface_{BVe}\end{equation*}$

Apparition d’un type particulier de HRU : la HRU_RPG

Une particularité de Maelia, par rapport au modèle classique de SWAT, est que la modélisation de l’écoulement de l’eau des îlots se fait à partir du modèle de dynamique sol-plante. Cela signifie qu’une partie du BVe ne pourra pas être prise en compte lors de la création des HRU. Ainsi :

(3) $\begin{equation*} \sum{Surface_{HRU}} = S_{BVe} -\sum{Surface_{Parcelle}}\end{equation*}$

Le nombre de HRU possible (Nb_HRU) n’est pas modifié car il représente toutes les combinaisons possibles, même si certaines ne sont pas présentes dans le BVe. Nous verrons par la suite pourquoi nous avons choisi de surévaluer le nombre des HRU.

Afin d’homogénéiser le processus d’écoulement de l’eau, un type particulier de HRU est créé : la HRU_RPG. Ce type de HRU ne va avoir qu’un type de couvert : le couvert « agricole ». Au final il y aura autant de HRU_RPG qu’il y a de types de sol et de pentes différentes sous les parcelles du BVe.

(4) $\begin{equation*} Nb_{HRU_{RPG}} = Nb{typeDeSol} \times Nb_{Pente}\end{equation*}$

Au niveau du BVe, la surface totale de toutes les HRU_RPG correspond à la surface totale des parcelles.

(5) $\begin{equation*} \sum{Surface_{HRU_{RPG}}} = \sum{Surface_{Parcelle}}\end{equation*}$

Ce type de HRU va avoir exactement les mêmes interfaces que la HRU classique. C’est à dire qu’elle va renvoyer un :

Ruissellement de surface
Ecoulement latéral
Evapotranspiration
Ecoulement souterrain

Cependant, les calculs de ces différentes quantités sont effectués par un autre agent (les parcelles) ; elles sont ensuite redirigées et agrégées au niveau de la HRU_RPG.

Pour être plus précis, le ruissellement de surface que renvoie la HRU_RPG correspond à la somme de tous les ruissellements de surface renvoyés par l’ensemble des parcelles de la HRU. Il en est de même pour l’évapotranspiration.

On considère que l’écoulement latéral renvoyé normalement par SWAT est déjà intégré dans le ruissellement de surface des parcelles. Et donc la HRU_RPG renvoie à son BVe une valeur nulle pour cette variable.

L’écoulement souterrain est calculé par la HRU_RPG comme la somme de tous les drains renvoyés par les parcelles. On considère qu’il s’agit de la quantité d’eau à l’entrée de l’aquifère peu profond. Ainsi, la HRU_RPG effectue le même calcul que les HRUs classiques pour déterminer la quantité d’eau arrivant dans le BVe par écoulement souterrain.

Lien avec le processus de disparition des ilots

Cette disparition se traduit par une réévaluation des fractions de l’espace associées aux HRUs et HRUs_RPG dans les BVe : les HRUs correspondant aux ilots disparus voient leur pourcentage de surface représentative diminuer, tandis que les HRUs correspondant au nouveau type de couvert voient leur pourcentage de surface augmenter.

Etant donné que la HRU_RPG connaît ses ilots, si l’un d’entre eux disparaît au cours de la simulation il suffira alors de retrancher à la surface de la HRU_RPG la surface de l’ilot disparu. Parallèlement, la surface de la HRU ayant le même type de sol, la même pente que la HRU_RPG concernée et étant du type de couvert venant en remplacement de l’ilot verra sa surface augmentée de la surface de l’ilot disparu.

Avoir créé toutes les HRUs possibles dans le BVe à l’initialisation nous est utile pour ce processus. En effet, si un ilot disparaît au profit d’une HRU classique qui n’était pas effectivement représentée à l’initialisation, il suffit alors de mettre à jour la fraction de la HRU, qui de nulle passe à la fraction de l’ilot dans le BVe.