L’écoulement terrestre (ou le ruissellement de surface) se produit dans deux cas:
1. lorsque l’intensité des précipitations qui atteignent la surface dépasse la capacité d’infiltration du sol. Ce processus est connu sous le nom d’écoulement terrestre hortonien.
2. lorsque la combinaison de l’intensité et de la durée des précipitations (et de l’écoulement à partir de zones plus élevées) sature le sol et soulève la nappe phréatique à la surface. Ce processus est connu sous le nom de flux de saturation par voie terrestre.
Études de cas : Pays-Bas; Belgique; Espagne; Kenya; Ghana, Kenya et Mali
Voir aussi:
- Puits
- Flux hortonien et saturation par voie terrestre (infiltration)
Informations techniques
Le module d’érosion hydrique et de sédimentation du modèle repose sur deux hypothèses fondamentales: 1) l’énergie potentielle du débit d’eau de surface est la force motrice du transport des sédiments et 2) la différence entre l’entrée et la sortie des sédiments d’une cellule de grille est égale à l’augmentation nette du stockage (équation de continuité pour le mouvement des sédiments) (Schoorl et al., 2000). La description du processus est dérivée des premiers travaux de Kirkby (Kirkby, 1971) et de Foster et Meyer (Foster et Meyer, 1972a; Foster et Meyer, 1972b), qui utilisent des formules 2D pour calculer l’érosion hydrique et la sédimentation. Pour le modèle LAPSUS, les formules sont adaptées pour pouvoir simuler l’érosion et la sédimentation spatiales (3D) de l’eau (Schoorl et al., 2000). Les formules décrites ci-dessous sont basées sur les formules 2D de Kirkby et Foster et Meyer et avec les unités qui les accompagnent (Foster et Meyer, 1972a; Foster et Meyer, 1972b; Kirkby, 1971).
Après calcul du débit Q, la capacité de transport des sédiments C (temps m2-1) dans la cellule de grille peut être calculée en fonction du débit et de la pente suivante:
(1.1) C = α ·Qm*Λn
Où Λ est le gradient de pente (∂z/∂x)(-) et m(-) et n(-) sont des constantes donnant une indication du système étudié : m = 0 et n = 1 suggèrent un fluage du sol, tandis que m = n = 3 suggère de grandes rivières (Kirkby, 1971). Aucune limite stricte ne peut être donnée car l’effet de m et n dépend des interactions avec d’autres paramètres du modèle. La variable factice α est utilisée pour corriger les unités.
Le taux de transport des sédiments S (temps m2 -1) est calculé en suivant l’équation de continuité intégrée pour le mouvement des sédiments (Eq. 1.2 et 1.3). La composition du terme e-power utilisé dans la formule dépend de l’équilibre entre la vitesse de transport des sédiments déjà dans le transport S0 (temps m2 -1) (flux de sédiments entrants de tous les voisins supérieurs de la cellule de grille) et la capacité de transport des sédiments C: si l’érosion de S0 < C résulte, tandis que lorsque la sédimentation de S0 > C résulte. Lorsque la cellule de grille est érodée, la formule suivante pour le taux de transport des sédiments S est utilisée:
(1.2) S = C + (S0-C) * e-dx * D / C
Lorsque des sédiments sont déposés dans la cellule de la grille, la formule suivante pour le taux de transport des sédiments S est utilisée:
(1.3) S = C + (S0-C) · e-dx · T / C
Le taux de transport des sédiments S sur la taille de la cellule de grille dx (m) est calculé en comparant la capacité de transport des sédiments C avec la vitesse de transport des sédiments déjà en transport S0 (m2 temps -1) moins la capacité de transport des sédiments C, réduite par une puissance e résultant de la taille de la cellule de grille, de la capacité de détachement D ou de la capacité de tassement T et de la capacité de transport des sédiments C.
La capacité de détachement D (temps m-1), représentant la facilité avec laquelle les sédiments sont érodés de la surface, est calculée en fonction du débit et de la pente suivante:
(1.4) D = Kes * Q * Λ
où Kes(m-1) est un facteur de surface regroupé indiquant l’érodabilité de la surface. La capacité de tassement T (temps m- 1), représentant la facilité avec laquelle les sédiments se déposent à la surface, est calculée comme suit:
(1.5) D = Pes * Q* Λ
où Pes(m-1) est un facteur de surface indiquant des caractéristiques de sédimentation groupées.
En comparant le taux de transport des sédiments S de la cellule de grille avec le sédiment déjà en transport S0, la variation du taux de transport des sédiments dS, et donc l’érosion ou la sédimentation, peut être calculée comme suit:
(1.6) dS = S-S0
dS peut être recalculé en érosion ou sédimentation en mètre en le divisant par la longueur de la grille dx (m) et en le multipliant par le pas de temps (temps). La valeur résultante est utilisée pour corriger le modèle numérique d’élévation et la carte de profondeur du sol pour le pas de temps suivant.
La comparaison de la puissance e détermine dans quelle mesure la différence entre la capacité de transport C et la vitesse de transport des sédiments S peut être « satisfaite » dans la cellule de grille. Selon les valeurs des variables impliquées, la résultante de la puissance e varie entre 0 et 1. Dans des situations extrêmes où dx et D / T combinés sont beaucoup plus grands que C, la puissance e s’approche de zéro et le taux de transport des sédiments S est égal à la capacité de transport des sédiments C. Alors l’érosion ou la sédimentation maximale est atteinte. Cependant, à l’autre extrême, lorsque dx et D /T combinés sont beaucoup plus petits que C, la puissance e s’approche de 1 et le taux de transport des sédiments S est égal au taux de transport des sédiments déjà en transport S0 et aucune érosion ou dépôt ne se produit. Dans des situations moins extrêmes, le modèle est susceptible de simuler le taux de transport des sédiments S proche de la capacité de transport C. Dans le cas S0 > C, plus de sédiments sont transportés que ce qui serait autorisé sur la base des cellules de grille ci-dessus et moins que le sédiment maximum est déposé. L’e-power se traduit donc par des écoulements sous-concentrés et super-concentrés dans le modèle, lissant l’érosion et le dépôt sur la pente. De toute évidence, le résultat de la comparaison e-power est très influent sur l’érosion et la sédimentation. Comparaison de l’égalisation. 1.1 et 1.4 / 1.5 il est clair que la décharge et la pente sont impliquées à la fois dans la capacité de transport C et dans les calculs de la capacité de détachement D ou de la capacité de tassement T. Cela signifie que dans une situation où m = n = 1, le terme dans la puissance e se réduit à dx · Kes ou dx · Pes. Comme la taille des cellules de la grille est une valeur constante, l’érodibilité Kes et la sédimentabilité Pes sont les variables les plus importantes dans une situation avec de faibles valeurs m et n. Lorsque m et n sont plus grands, l’effet de la capacité de transport C sur le terme de puissance e augmente. Le résultat du terme e-power est dans cette situation plus difficile à prédire.