Transferts latéraux de subsurface
CHAPITRE 10. TRANSFERTS LATÉRAUX DE SUBSURFACE — topwidth [L] : la largeur à la surface, appelée W s Figure 40 ;
— seepage_dist [L] : la distance entre la berge et la surface de la rivière disponible pour le suintement, appelée s (Fig. 40).
• MilesCoeff() :
Cette méthode détermine les paramètres indispensables au calcul du coefficient de Miles (formule 10.4.1) avant de le calculer. Les paramètres relatifs à la géométrie et le coefficient de Miles sont renvoyés en sortie.
• update_waterlatflux et update_solutelatflux :
Contrairement à des setters classiques qui remplacent des variables existantes par une nouvelle valeur, les méthodes update permettent de mettre à jour la variable waterlatflux (resp. solutelatflux) en incrémentant la variable existante avec un stock additionnel increment_waterflux (resp. increment_solutelatflux).
Class ColumnRiverExchangeLine
• _init_()
La classe ColumnRiverExchangeLine est initialisée intégralement avec le construc- teur de la classe SubsurfaceInterface et à partir des attributs suivants :
— idx : un index (scalaire entier) pour repérer l’interface ; — length : une longueur [L] ;
— x,y : une longitude et une latitude [L] ; — z : une altitude [L] ;
— UpstreamInstance : une instance de la classe Column. Il s’agit de l’élément situé à l’amont de l’interface.
— DownstreamInstance : une instance de la classe River. Il s’agit de l’élément situé à l’aval de l’interface.
• update_state_variables()
Cette méthode permet la mise à jour des variables d’état de la colonne amont au début de chaque pas de temps. Pour cela, elle récupère les variables PALM contenant le vecteur de pression capillaire, de volume d’eau et de concentration en solutés dans chaque cellule numérique et met à jour les attributs de la classe Column correspondants. La méthode get_h_table de la classe Column est égale- ment appelée pour finaliser cette mise à jour. Le volume d’eau et la concentration en solutés est également initialisée pour l’instance de River située à l’aval de l’interface.
• repartition_river()
Cette méthode permet de passer d’un flux scalaire à un vecteur de flux. En effet, la rivière est représentée par un réservoir unique qui reçoit ou envoie un flux scalaire. Ce flux est reçu ou envoyé vers une colonne de sol composée de plusieurs cellules numériques. La méthode fonctionne donc comme Column.handle_water_table en permettant de répartir ce flux scalaire entre les différentes cellules numériques en se basant sur l’attribut weight (voir section 10.2.2).
• calculate_flux_interface()
Cette méthode calcule le flux traversant l’a ligne d’échanges entre l’instance de Column et l’instance de River. Pour cela, elle comment par appeler la méthode get_h_table_unified de l’instance de Column amont pour déterminer toutes les nappes et leur position dans cet élément là. La méthode détermine dans quelle configuration de la Figure 41 se trouve chacune de ces nappes par rapport au niveau de la rivière.
S’il s’agit des configurations 1 ou 2, le flux est calculé par la formule de Miles, s’il s’agit de la configuration 3 (suintement), on calcule un flux de suintement en considérant la différence de charge entre la nappe de la colonne et la pression atmosphérique. Dans tous les cas, la méthode repartition_river permet ensuite de transformer ce flux scalaire en un vecteur de flux sortant ou entrant pour chaque cellule numérique de la colonne amont. Comme pour tous les types de lignes d’échanges, les flux d’eau et de solutés entrants/sortants calculés sont stockés dans les attributs Upstream_lat_flux, Downstream_lat_flux, Upstream_sol_flux et Downstream_sol_flux.
10.5
Transferts entre une parcelle et une haie
10.5.1
Introduction : fonctionnement hydrologique d’une haie
Le fonctionnement global d’une haie, d’une haie sur talus ou d’un talus nu situés entre 2 parcelles est décrit ici. On se restreint pour le moment à cette configuration mais dans les versions futures de PESHMELBA, il faudra également pouvoir traiter les cas où la haie/talus est située en bordure d’un fossé ou en bordure quasi immédiate d’un cours d’eau.Pour un emplacement entre 2 parcelles, les haies/talus/haies sur talus sont des structures qui :
• interceptent plus ou moins le ruissellement en transférant une partie le long de
leur tracé (en fonction de leur orientation par rapport à la pente, de leur pente
et de leur rugosité) et une partie vers la parcelle aval (si on est en présence d’une haie simple ou si la partie talus est submergée) ;
• ont une capacité d’infiltration accrue par rapport aux parcelles avoisinantes avec possiblement une infiltration rapide jusqu’à la nappe (structuration du sol riche en matière organique, racines...) et avec une capacité d’adsorption et de dégradation accrue ;
• n’interfèrent pas avec les transferts latéraux de subsurface hormis grâce à une capacité d’évapotranspiration accrue par rapport aux parcelles avoisinantes. Ce fonctionnement est résumé Figure 42.
10.5.2
Représentation adaptée aux processus de subsurface
Processus verticaux
L’infiltration matricielle est représentée par le module FRER1D (chapitre 7) et l’évapotranspiration par le bloc PARTITION et le module ROOT (chapitre 8). Un
CHAPITRE 10. TRANSFERTS LATÉRAUX DE SUBSURFACE
Figure 42 – Fonctionnement complet d’une haie.
paramétrage adapté du LAI et de la densité racinaire permettront directement de rendre compte des capacités accrues d’évapotranspiration par rapport aux parcelles alentour. De même, un paramétrage incluant un taux élevé de matière organique dans le sol permettra de rendre compte d’une adsorption importante au niveau de la haie. Il faut noter que l’évapotranspiration accrue due à la présence d’une haie a fréquemment lieu sur une largeur bien supérieure à l’emprise au sol du linéaire. Cependant, il est difficile de rendre compte de cette largeur d’influence dans PESHMELBA sous peine d’extraire trop d’eau. En effet, en considérant une largeur d’influence de la haie qui empiète sur les éléments voisins, cela conduirait à une surestimation des prélèvements en eau sur la surface de la largeur d’influence qui se superpose aux éléments voisins.
Transferts latéraux de subsurface
Les échanges latéraux de subsurface avec les parcelles avoisinantes ne sont pas pertur- bés par la présence de la haie. Il a donc était choisi de reprendre la base développée pour l’interface ColumnColumnExchangeLine pour les décrire. On rappelle en effet qu’une haie est modélisée en subsurface par 2 colonnes de sol. Elle peut donc être connectée aux parcelles amont et en aval par des interfaces de type ColumnColumnExchangeLine. Une interface de ce type là permet également de décrire les échanges latéraux entre les parties supérieure et inférieure de la haie.
Écoulements préférentiels
Le pied de haie a été identifié comme un lieu privilégié d’écoulements verticaux rapides par macropores. La représentation des écoulements préférentiels reste encore un défi d’un point de vue modélisation et des modèles complexes sont nécessaires pour les représenter correctement (double porosité, double perméabilité). Cet aspect devra être traité rigoureusement dans PESHMELBA mais dans sa version actuelle, une représentation très simplifiée de tels écoulements a été choisie. En surface, une portion des apports en eau et en solutés est stockée dans un réservoir d’infiltration page 91
préférentielle. Ce volume d’eau et les solutés dissous qu’il contient est déterminé par la partie d’interface latérale de surface (section 11.3.4) grâce à la capacité d’infiltration préférentielle caractérisant la haie. Ensuite, ce stock est utilisé comme forçage latéral dans une des cellules numériques décrivant la subsurface de la haie en profondeur. S’il existe une nappe en fond de profil, la cellule située juste au dessus de la nappe est sélectionnée pour recevoir le volume d’eau et la masse de soluté provenant du réservoir d’infiltration préférentielle. S’il n’y a pas de nappe en fond de profil, la cellule numérique la plus profonde est sélectionnée.
Sur la partie supérieure de la haie, cette contribution latérale est agrégée au flux latéral déjà calculé par l’interface avec la parcelle amont. Sur la partie inférieure de la haie, elle est agrégée au flux latéral calculé entre les 2 parties de la haie (Figure 43).
Figure 43 – Représentation des échanges latéraux de subsurface dans une haie entre 2 parcelles.
10.5.3
Implémentation
Les échanges latéraux en subsurface entre colonne de sol voisine et haie ou à l’intérieur d’une haie sont calculés de la même manière que pour une ligne d’échange entre 2 parcelles. Pour cela, une classe HedgeSubsurface a été développée pour représenter la subsurface d’un élément de type haie, composée de 2 colonnes de sol. Ensuite, la classe ColumnHedgeExchangeLine permet de gérer les transferts latéraux saturés "Colonne de sol vers Haie" ou "Haie vers Colonne de sol". Enfin, la classe HedgeInternExchangeLine permet de gérer les transferts latéraux en subsurface ayant lieu depuis la partie amont de la haie vers la partie aval. Cette classe permet également d’inclure la composante de macropores dans les parties amont et aval de la haie.
Classe HedgeSubsurface
• constructeur init :
La classe HedgeSurface dérive de la classe Linear. Elle s’initialise à partir d’un indice, une position, une altitude, une longueur, une largeur et des attributs
ColumnUp et ColumnDown. Ce sont des instances de la classe Column qui
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