Transcript utilisation des logiciels Macro/Cemafor pour le bassin de la

Projet Miriphyque:
utilisation des logiciels
Macro/Cemafor pour le bassin de la
Morcille
Côme Durand, mars 2014.
Irstea.
1
Sommaire
1) Présentation
2) Travaux déjà réalisés sur le projet
3) Influence des paramètres hydrodynamiques
4) Influence des paramètres physico-chimique.
5) Comportement des macropores/micropores
6) Travaux à venir.
2
Présentation
Localisation de3 la Morcille
Présentation
Présentation globale du bassin de la Morcille
Surface totale : 877 ha.
Surface du sous bassin les Versauds : 450 ha (285 ha cultivé
de vignes).
Débit de la Morcille : 32 L/s (varie entre 5 et 700L/s).
Pente très variées et importantes. (pente moyenne de
8%).
Instrumentation : 4 puits, 3 pluviomètres, 12
piézomètres, seuil et capteur de pression.
4
Plan globale de l’étude
Objectifs
(1) Collecte et préparation des
données.
Mettre les données sous format
exploitable par les logiciels.
(2) 1ière simulation Cemafor
-calibration de la simulation.
-Tester la sensibilité de la simulation aux
paramètres hydrologiques issus de la mesure et
des fonctions de pédotransfert.
(3) 2ième simulation Cemafor
-Tester la sensibilité de la simulation aux
caractéristiques (DT 50 et Zkd) des produits
phytosanitaires.
(4) Simulation sous
Macro.
Comprendre les phénomènes
physiques des simulations
(3) 3ième simulation Cemafor
-Simuler un maximum de cas possible pour
disposer de connaissance sur les transferts de
pesticides sur des parcelles types (présentes ou
non sur la Morcille).
5
Travaux déjà réalisés
Par Romain Van Den Bogaert.
Analyse des 10 horizons.
Découpage en 3 Unités Cartographiques de Sols :
UCS 1 : composé de l’UTS 1 et 2 (47 % de la surface totale).
sols sableux sur altérite de granite.
UCS 2 : composé de l’UTS 3 (19 % de la surface totale).
sols sableux sur argile ; sur plateau en rive droite.
UCS 3 : composé de l’UTS 4 et 5 (34 % de la surface totale).
sols de bas de pente et de talwegs.
Caractérisation sur la nature des sols également adapté aux
caractéristiques hydrodynamiques.
Mesures des caractéristiques hydrodynamiques.
6
7
Carte de répartition
des UCS
Travaux déjà réalisés
Etude des phytosanitaires :
Diuron, Glyphosate, Tébuconazole
Par Paul Randriambololohasinirina.
Mesure des coefficients en matière organique (Koc).
Utilisés pour le calcul du Kd (coef de sorption).
Par Pierre Benoit.
Mesure des valeurs de DT 50.
8
Travaux déjà réalisés
Réalisé Par Nadia Carluer :
Paramétrages des fpt (logiciels Macro/Footprint).
Prise en compte de la pente pour le logiciel Macro :
Remplacement des pentes par un drain virtuel.
Réalisé par Véronique Gouy
Enquêtes sur les viticulteurs (calendriers culturaux).
Valeurs de paramètres vignes.
9
Influences des paramètres
hydrodynamiques
Simulation réalisé sur Macro.
Utilisation de 3 jeux de paramètres :
FPT Macro.
FPT Footprint
Valeurs mesurées
Simulation d’une application :
Diuron, 1200 g/ha, 5 avril.
Année : 2006 et 2008 et 2009.
Pente : 7 et 21 %.
Sols : 5 UTS.
10
Influences des paramètres
hydrodynamiques
Répartition des volumes d’eau :
Données issues de la
mesure
Ftp mesurées
Mesures
Volume (en mm)
Lame d’eau
estimée.
Volume
précipité.
242
840
100%
840
100%
840
100%
pourcentage
(/précipitation)
FPT Footprint
Volume (en mm)
242
pourcentage
(/précipitation)
FPT MACRO
Volume (en mm)
pourcentage
(/précipitation)
242
Données issues de simulation
Somme des volumes
Volume
(ruisselés + percolés
evapotranspiré .
+ drainés).
606
72%
595
71%
734
87%
234
28%
245
29%
96
12%
Ecart entre les volumes simulées
et évaluées (année 2009) :
11
Influences des paramètres
hydrodynamiques
On constate que :
Les FPT Macro sous évaluent les volumes d’eau
Les FPT Footprint et les valeurs mesurés évaluent
correctement les volumes d’eau.
12
Influences des conditions
météorologiques
Evaluation de la lame d’eau sur le Sous bassin des Versauds :
Volume d’eau
Lame d’eau estimée en mm/m² sur le sous bassin des Versauds.
2006
2008
202
397
2009
2010
242
2011
253
170
Ecart entre les volumes simulées et évaluées (année 2006 et 2008, para hydro
mesurés)
Résultats issus de la simulation (2008)
Résultats issus de la simulation (2006)
Total des volume Ecart au volume
d'eau (ruis + perco estimé avec le
+ drainage)
débit Morcille
Fpt Macro
Fpt Footprint
Données Mesure
UTS 1
UTS 2
UTS 3
UTS 4
UTS 5
UTS 1
UTS 2
UTS 3
UTS 4
UTS 5
UTS 1
UTS 2
UTS 3
UTS 4
UTS 5
11
11
15
36
33
209
193
221
178
209
175
122
211
180
210
94
94
93
82
84
-3
4
-9
12
-3
14
39
-4
11
-4
13
Total des volume
Ecart au volume
d'eau (ruis + perco + estimé avec le débit
drainage)
Morcille
213
211
294
259
284
384
371
396
366
379
380
332
378
398
394
46
47
26
35
28
3
7
0
8
5
4
16
5
0
1
Influences des paramètres
hydrodynamiques
On constate que :
Les résultats sont cohérents entre les années sèches et
humides (2006 et 2008).
14
Influences des paramètres
hydrodynamiques
Répartition des bilans en eau :
Résultats issus de la simulation
Mesures
Volume
précipité
Mesures
Volume (en mm/m²)
pourcentage
(/précipitation)
FTP Footprint
Volume (en mm/m²)
pourcentage
(/précipitation)
FTP MACRO
Volume (en mm/m²)
pourcentage
(/précipitation)
Volume
Volume ruisselé Volume percolé Volume drainé
evapotranspiré
840
606
69
16
202
100%
72%
5%
2%
24%
840
595
182
4
61
100%
71%
22%
0%
7%
840
734
0
13
83
100%
87%
0%
2%
10%
15
Influences des paramètres
hydrodynamiques
On constate que :
FPT Footprint : Forte part de ruissèlement.
Valeurs mesurés : Forte part de drainage.
FPT Macro : Pourcentage élevé de ruissèlement.
Forte influence sur les quantités de phytosanitaires
16
Influences des paramètres
hydrodynamiques
Répartition des volumes non-évapotranspirés :
Evolution des volumes d'eau (UTS 1, param hydro mesurés)
Volume cumulé (en mm)
2.50E+02
Volume écoulé
de subsurface
(en mm)
Volume percolé
(en mm)
2.00E+02
1.50E+02
1.00E+02
Volume ruisselé
(en mm)
5.00E+01
pluie
0.00E+00
24/12/2008
03/04/2009
12/07/2009
20/10/2009
Date (2009)
17
Influences des paramètres
hydrodynamiques
Le ruissèlement et l’écoulement de subsurface augmentent
significativement à la suite d’un évènement pluvieux
intense.
L’augmentation de volume de ruisselement est immédiat après
une pluie intense.
On peut expliquer l’augmentation exclusif lors du’ne pluie
moyenne en début d’année par la plus faible ETP à cette
période.
L’écoulement de subsurface est étalé dans le temps.
18
Influences des paramètres
hydrodynamiques
Estimation des volumes expulsés hors de la parcelle (UTS 1, 2006) :
Valeurs
Mesurées
Masse (en g/ha)
Issus des enquêtes
Issus des simulations
Masse de soluté
appliquée sur une
parcelle
dose total sur
Masse de
Masse de
Masse de
Masse de
la parcelle au
Masse de exporté
soluté
soluté
soluté
soluté
prorata des
perdu UTS 5
exporté UTS exporté UTS exporté UTS exporté UTS
surfaces d'UTS
(g/ha)
1 (g/ha)
2 (g/ha)
3 (g/ha)
4 (g/ha)
(g/ha)
1200
Pourcentage de soluté
exporté hors du BV
FPT Footprint
Masse (en g/ha)
4.07 %
1200
Pourcentage de soluté
exporté hors du BV
FPT MACRO
Masse (en /ha)
Pourcentage de soluté
exporté hors du BV
48.85
1200
461
3
4
304
362
0.15 % 0.17
2.95
1
19
2
0.00 % 0.00 % 0.12 % 0.00 %
38.22 %
0.75 %
254
339
192
0.16 % 0.09 %
3
38
5
0.00 %
268
0.13 %
0
0.00 % 0.00 % 0.02 % 0.00 %
2
0.00 %
Influences des paramètres
hydrodynamiques
Les masses de solutés sont globalement cohérentes avec
les résultats évoqués dans la littérature (dose évoquée : 1 à
12 %).(thèse de Xavier Louchart, 2009).
Résultat de prélèvement 2007 Morcille (M. Rabiet, 2009) :
Entre 5.7 * 10^-3 g/ha et 0,34 g/ha (Etude sur l’année 2007).
90 % des exports dans la Morcille sont dues aux évènements de
pluies intenses.
20
Influences des paramètres
hydrodynamiques
Conclusion :
Volumes d’eau :
Volumes d’eau cohérents avec FPt Footprint / mesures
Masses de solutés :
Quantité sur-évaluée de pesticide à l’exutoire.
Comportement des solutés cohérents.
21
Influences des caractéristiques des
phyto.
Utilisation des paramètres mesurés sur le terrain pour
Zkd (Paul R.) et DT 50 (Pierre Benoit).
UTS
Origines des DT 50 et
soluté dans le
soluté percolé (g/ha)
Zkd
ruisselement (g/ha)
soluté drainé
(g/ha)
Total des solutés (g/ha)
UTS 1
PPDB
0
0
0.816
1
UTS 2
PPDB
0
0
3.290
3
UTS 3
PPDB
323
0
0.175
323
UTS 4
PPDB
0
0
0.108
0
UTS 5
PPDB
0
0
0.644
1
5.033
Total
328.033
UTS 1
Observées
0
0
0.086
0.0861
UTS 2
Observées
0
0
1.380
1.38
UTS 3
Observées
324
0
0.552
324.552
UTS 4
Observées
0
0
0.007
0.00734
UTS 5
Observées
0
0
0.079
0.0789
2.104
Total
22
326.104
Influences des caractéristiques des
phyto.
L’essentiel des phyto provenant du ruissellement 
influence de l’origine des valeurs est faible sur le total de
soluté exporté.
Il faut déterminer si les quantités de phytos dans le
ruissellement sont cohérentes (Macro n’est pas un modèle
ruisselant).
23
Comportement physique dans les
macropores/micropores.
4.00E-01
Concentration en eau (m3/m3)
3.50E-01
Concentration en eau Micro 5-8 cm
horizon 1
3.00E-01
Concentration en eau Micro 58-61
cm horizon 3
2.50E-01
2.00E-01
Concentration en eau Macro 5-8 cm
horizon 1
1.50E-01
1.00E-01
Concentration en eau Macro 33-36
cm horizon 2
5.00E-02
0.00E+00
28/12/2008
-5.00E-02
07/04/2009
16/07/2009
24/10/2009
Concentration en eau Macro 58-61
cm horizon 3
date
Concentration en eau micropores/macropores (UTS 1,
2009, param mesurées).
24
Comportement physique dans les
macropores/micropores.
1.80E-01
Flux d'eau dans les macropores (mm/h)
1.60E-01
1.40E-01
1.20E-01
1.00E-01
flux d'eau (macro) 33-36 cm
8.00E-02
flux d'eau (macro) 58-61 cm
flux d'eau (macro) 79-82 cm
6.00E-02
4.00E-02
2.00E-02
0.00E+00
28/12/2008
-2.00E-02
07/04/2009
16/07/2009
24/10/2009
Date
Flux en eau macropores (UTS 1, 2009, param
mesurées).
25
Comportement physique dans les
macropores/micropores.
8.00E-01
Flux d'eau dans les macropores (mm/h)
7.00E-01
6.00E-01
5.00E-01
4.00E-01
flux d'eau (micro) 33-36 cm
flux d'eau (micro) 58-61 cm
3.00E-01
flux d'eau (micro) 79-82 cm
2.00E-01
1.00E-01
0.00E+00
28/12/2008
-1.00E-01
07/04/2009
16/07/2009
24/10/2009
Date
Flux en eau micropores (UTS 1, 2009, param
mesurées).
26
Comportement physique dans les
macropores/micropores.
Flux de diuron (UTS 1, param hydro
mesurés, 2009) :
soluté percolé
total
soluté percolé
micropores
soluté percolé
macropores
soluté drainé
total
0.091
75.77
1.30
soluté drainé
micropores
soluté drainé
macropores
FTP Mesure
mg/m² (2009)
%
0.1204
0.029
24.22
0.0708
5.43
Les solutés utilisent les macropores pour circuler dans les
horizons.
27
1.233
94.56
Comportement physique dans les
macropores/micropores.
Flux de diuron dans les Micropores
(UTS 1, param hydro mesurés, 2009) :
0.55
flux de soluté (mg/m²/h)
5.50E-04
0.45
Soluté MICROPORES (mg/m²/h)
horizon surface
4.50E-04
0.35
3.50E-04
0.25
2.50E-04
0.15
1.50E-04
0.05
5.00E-05
28/03/2009
-0.05
17/05/2009
06/07/2009
25/08/2009
date
28
14/10/2009
-5.00E-05
Soluté MICROPORES (mg/m²/h)
horizon 1 5-8 cm
pics de pluies intenses
Soluté MICROPORES (mg/m²/h)
horizon 2 26-29 cm
Comportement physique dans les
macropores/micropores.
Flux de soluté (mg/m²/h)
Flux de diuron dans les Macropores
(UTS 1, param hydro mesurés, 2009) :
0.14
1.40E-04
0.12
1.20E-04
0.1
1.00E-04
0.08
8.00E-05
0.06
6.00E-05
0.04
4.00E-05
0.02
2.00E-05
0
28/03/2009
-0.02
0.00E+00
14/10/2009
06/07/2009
-2.00E-05
date
29
Soluté MACROPORES
(mg/m²/h) horizon
surface
Soluté MACROPORES
(mg/m²/h) horizon 1
5-8 cm
Pics d'intensité de
pluie
Soluté MACROPORES
(mg/m²/h) horizon 2
26-29 cm
Comportement physique dans les
macropores/micropores.
Concentration de diuron dans les Macropores
(UTS 1, param hydro mesurés, 2009) :
Concentrations en soluté Macropores et Micropores
600
concentration en
soluté Micro
horizon 1 0-3 cm
mg/m3 d'eau
500
400
concentration en
soluté Micro
horizon 1 5-8 cm
300
concentration en
soluté Macro
horizon 1 0-3 cm
200
100
0
06/02/2009
concentration en
soluté Macro
horizon 1 5-8 cm
17/05/2009
25/08/2009
date
30
03/12/2009
Comportement physique dans les
macropores/micropores.
Conclusion :
L’eau utilise les macropores en profondeur (à partir de 30 cm) pour
se déplacer. Dans les horizons de surface, ce sont les micropores
qui sont utilisés.
On a un flux permanents de solutés via les macropores mais pas les
micropores.
Lors d’évenements de pluies intenses :
Les micropores permettent également le transport de l’eau (meme en
profondeur).
Les flux augmentent de manière importante (ce qui explique les fait que
90% de l’export de soluté (en masse) est du aux evenements intenses.).
Quand les micropores sont saturés, on a remonté éventuel des solutés
dans les micropores supérieurs.
31
Travaux restants à évaluer.
Validation du bilan en eau FPT Footprint / paramètres
hydrodynamiques mesurées. (A l’aide des travaux
actuels de Xavier).
Comprendre les écarts avec les concentrations de
solutés.
Procéder aux simulations multiples pour remplir les
entrepôts de données.
Agréger les parcelles entre elles avec les informations
des entrepôts de données.
32
Comportement physique dans les
macropores/micropores.
soluté
soluté
Horizon 1
V eau
eau
Vsol stocké
0-30 cm
Msol stockée
soluté
soluté
Horizon 2
Msol stockée
Vsol stocké
30-50 cm
soluté
eau
V eau
soluté
Msol stockée
Horizon 3
Vsol stocké
50-65 cm
soluté
V eau
eau
Drain
virtuel
soluté
Horizon 4
65-200 cm
Vsol stocké
soluté
eau
Macropores
Micropores
Schéma résumé fonctionnement horizon Macropores/micropores
33