Projet ENRHY : Evaluation nationale du potentiel de ...enrhy.unistra.fr/Photos_logos/ENRHY_GFP2011.pdf · SDZ GG GFHGF 13 m 0.4 m Inlet 1 m 8 m Protection contre les Volume bassin

Projet ENRHY : Evaluation nationale du potentiel de réduction des

produits phytosanitaires dans les eaux de surface par les Ouvrages de

Rétention et de Remédiation (OR2)

Développement d’outils d’aménagement et d’implantation de Développement d’outils d’aménagement et d’implantation de

nouveaux OR2

Cyrielle Regazzoni, Sylvain Payraudeau et Caroline Grégoire

Laboratoire d’Hydrologie et de Géochimie de Strasbourg (LHyGeS)

27/05/2011 1

http://enrhy.u-strasbg.fr

Introduction

I. Objectif et phases du projet ENRHY

II. Les Ouvrages de Rétention et de Remédiation (OR2)

III. Outil d’analyse pour l’aménagement de bassins de rétention en OR2

IV. Outil d’aide à la décision pour la localisation de nouveaux OR2

V. Perspectives

27/05/2011 2

ENRHY - « Evaluation nationale du potentiel de réduction des produits

phytosanitaires dans les eaux de surface par des OR2 »

MARS 2010 MARS 2013

Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation

Phase 1 (2010) : Développement de la méthode d’implantation et d’aménagement de nouveaux

OR2 à l’échelle de la région Alsace

Phase 2 (2011) : Transposition, Amélioration et Validation de la méthode d’aménagement etPhase 2 (2011) : Transposition, Amélioration et Validation de la méthode d’aménagement et

d’implantation sur deux sites (Gard et Seine-Maritime)

Phase 3 (2012) : Transposition de la méthode développée sur d’autres hydrosystèmes sur le

territoire national

Piémont viticole et bassin de

rétention de Rouffach

Bassin versant de Bourville

et couple BV-BO de Saint-

Pierre de Varangeville

Seine-Maritime

Alsace

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La finalité du projet est de proposer un guide méthodologique permettant

l’aménagement et l’implantation d’OR2

Bassin versant du Briançon Gard


Localisation :

- Interface entre zones de pollution diffuse d’origine agricole et les milieux aquatiques

Rôles :

- Stocker temporairement les eaux de ruissellement

- Augmenter le temps de résidence de l’eau � Processus biotiques et abiotiques de

Ouvrage artificiel situé à l’exutoire d’un bassin versant (ou sous-bassin versant) agricole

- Augmenter le temps de résidence de l’eau � Processus biotiques et abiotiques de

dégradation des pesticides

Caractéristiques :

- Double fonctionnalité

(Hydraulique + Remédiation)

Aménagement Implantation- Simple fonctionnalité

(Remédiation)

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� Rétention : Conserver degré de protection

� Remédiation : Maximiser temps de séjour

hydraulique / temps de demi-vie pesticides

� Localisation : Optimiser l’emplacement d’OR2

� Remédiation : Maximiser le pourcentage de

surface agricole contrôlée

Rouffach, Grégoire, 2008 Loches, Tournebize, 2009

Outil d’analyse du système en série bassin versant – bassin de rétention

Hydrologie HydrauliqueSuperficie

Occupation du sol

Curve Number

Temps de concentration


Couplage de méthodes hydrologiques et hydrauliques et paramètres d’entrée de l’outil

Temps de concentration

Echelle événementielle ou pluriannuelle

27/05/2011

Méthode des volumes

Méthode du SCS-CN (SCS, 1972)

Hydrogramme unitaire de Nash (Nash,

1957)

Sans aménagement : Ecoulement à surface libre

avec orifice connue

Avec aménagement (Filtre) : Ecoulement milieux

poreux (Loi de Darcy)

Quel volume ? Quelle période de retour ? Quel temps de séjour hydraulique ?

Echelle événementielle ou pluriannuelle


Mise en œuvre de l’outil sur le couple bassin versant du Hohrain et bassin de rétention du

Waldweg (Rouffach, Alsace)Hydrologie du bassin versant

48 événements pluie-débit

entre 24 et 692 m3

Nash = 0.7Temps (min)

Plu

ie (

mm

/6m

in)

Q (m

3/h

)

Unités Sans filtre Avec filtre

20 ans (m3) 255 434

50ans (m3) 308 518

Outlet

18 m

GF SDZ G HGFG

13 m

0.4 m

Inlet

8 m1 m

Volume bassin = 1400 m3Protection contre les

inondations / pesticides1719 événements de pluie-débit observés (1998 – 2010)

Episode du 14/07/2009

Nash moyen : 0.68 ±0.18

Plu

ie (

mm

/6m

in)

Q (m

3/h

)

Hydraulique du bassin

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50ans (m3) 308 518

100 ans (m3) 347 582

TSH (h) 0.14 26

18 m26 m

8 m1 m

• TSH pour atteindre le Temps de ½ vie des

pesticides (photolyse/hydrolyse)

• Ex : Cymoxanil ≈ 1 jours / Glyphosate > 40 jours

• Moyen de favoriser les processus d’atténuation

mais n’est pas la seule condition pour réduire les

pesticides (ex : microorganismes)

Plu

ie (

mm

/6m

in) Q

(m3

/h)

Temps (min)

Nash = 0.9

TSH = 10 h

Episode du 14/07/2009

TSH = 6 min


Transposabilité de l’outil d’analyse à un hydrosystème karstique

Rouffach Seine Maritime

Chronique de pluie Oui Oui

Superficie du BV Oui Oui

Occupation du sol Oui Oui

Composition du sol Oui Oui

Données acquises sur le site

(prospection terrain), par SIG

ou statistiques

Données sur site ou à proximité

BV

Composition du sol Oui Oui

Curve Number Oui Oui

Temps de montée de l'Hydrogramme Unitaire (HU) Oui Oui

Nombre de réservoir de l'HU Oui Oui

Présence de fonction de perte (bétoire) Non Oui

Variation annuelle de l'occupation du sol Non Oui

OR

2

Surface de l'OR2 Oui Oui

Relation Hauteur volume dans l'ouvrage Oui Oui

Description de l'ouvrage de vidange Oui Oui

Valeurs de calage sur la base

de valeurs observées sur le site

ou un site « modèle »

Fonction calée par assimilation

du comportement aux

déversoirs

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Description de l'ouvrage de vidange

Les études ont montré que les prospections terrains sur le site d’étude sont indispensables

pour vérifier les hypothèses émises. L’application de l’outil sur des couples « bassins

versants – bassin de rétention » non jaugés doit bénéficier d’un calage sur un site

expérimental spécifique à la région à laquelle il appartient.


Méthodologie d’optimisation de l’implantation et structure de l’outil d’aide à la décision

Etude de la contribution de zones

homogènes au ruissellement de surface

et point de convergence de ces flux :

�Système étudié : hydrosystème / région

agricole

Outil d’aide à la décision (codage python – ArcGIS 10)

BASES DE DONNEES

GEOGRAPHIQUES

RUISSELLEMENT DE SURFACE

CONDITIONS

HYPOTHESES agricole

� Méthode hydrologique : Soil

Conservative Service – Curve Number

DEBIT

PLUIE

RUISSELLEMENT DE SURFACE

Contribution des zones

homogènes spatialisées

ACCUMULATION DES FLUX

Propagation du ruissellement

selon les directions d’écoulement

DETERMINATION DES EXUTOIRES

Statistiques zonales sur les flux

accumulés

HYPOTHESES

HYDROLOGIQUES ?

PLUIE TRAITEE ?

VOLUME DE STOCKAGE

SOUHAITE ?

TYPE DE SURFACES

CONTROLEES ?

27/05/20118

Quelle pluie à traiter ?

Quel volume de stockage ?

EXUTOIRES / BASSINS VERSANTS

Et caractéristiques associées

CONTROLEES ?

Analyse de la faisabilité d’implantation

(technique, financier et juridique)


Données d’entrée de l’outil : pluie à traiter, volume de stockage souhaité et bases de données

géographiques

Nombre d’événements Pluie cumulée Pourcentage d’événements inférieurs au seuil de pluie cumulée

1 1.2 = nombre de l’événement / nombre totale d’événements (N) * 100

2 1.2 0.2%

Quelle pluie collecter/traiter ?

2 1.2 0.2%

… … …

682 25.2 80%

N = 242 103.5 100%

Tous les événements inférieures à 25.2 mm vont être collectés / traités

� Disponibilité foncière faible

� Conception et gestion à bas coût

� Hauteur d’eau maximale (OR2 simple fonctionnalité) : 1 m (atténuation des pesticides)

Quel volume de stockage souhaité ?

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Quelles informations géographiques en entrée ?

� Topographie (MNT)

� Base de données de l’occupation du sol et du type de sol (détermination du CN)

� Réseau hydrographique et/ou réseau routier (si hypothèse hydrologique)

� Bases de données de faisabilité d’implantation (ex : Zones de protection de l’environnement)


Bases de données géographiques : Incertitudes

Mise en évidence des :

- Incertitudes spatiales

- Incertitudes thématiques

Données d’entrée de l’outil

Informations géographiques

Résolution spatiale/Date

Source Niveau thématique

Topographie MNT, Altimétrie à 25 m (inclut dans

BD TOPO)

1/25 0002006

IGNAucun

Réseau de routes/chemins et hydrographique

BD TOPO 1/5 000 au 1/50 0002006

IGN Toutes catégories représentées

Type de sol BD SOL 1 1/250 0002006

SIG-LR Texture du sol parfois absente

Type de sol BD SOL 2 1/10 000 à 1/15 000 Bureau d’étude Texture du sol

BD SOL 1 / BD SOL 2 : 56 % de zones

communes spatialement et

thématiquement

Exemple :

Végétation

(%)

Routes

(%)

Vignes

(%)

Urbains

(%)

Comparaison BD OCS

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Type de sol BD SOL 2 1/10 000 à 1/15 0002011

Bureau d’étude Géosoleau (Gard)

Texture du sol détaillée

Occupation du sol BD OCS parcellaire

1/15 0002011

LHYGES à partir de la BD parcellaire et TOPO

de l’IGN et terrainDétaillée

Occupation du sol BD OCS brute 1/50 000 à 1/500 0002009

SIG-LR Peu détaillée, grand ensemble

Occupation du sol BD OCS brute incrémentée des routes et chemins

1/50 000 à 1/500 0002009

Adaptation par le LHYGES à partir de la

BD OCS brute

Peu détaillée, grand ensemble

(%) (%) (%) (%)

BD OCS

parcellaire

11.6 2.5 67.0 5.5

BD OCS

brute

2.9 0 72.0 9.0

BD OCS

incrémentée

2.9 2.45 70.1 8.6

Importance des BD OCS et SOL ��

définit le CN (pouvoir ruisselant du sol)


Bases de données géographiques : Influence des incertitudes sur les résultats

Scénarios testés

Tests Combinaison des bases de

données OCS/SOL

Pluie et

volume testés

Test 1 OCS parcellaire/SOL 1 (Référence)

Déclenchement du ruissellement

Test 1 OCS parcellaire/SOL 1 (Référence)

P = 25.2, 37.6

et 52.4 mm

V = 100, 300 et

600 m3

Test 2 OCS brute/SOL 1

Test 3 OCS incrémentée/SOL 1

Test 4 OCS parcellaire/SOL 2

Test 5 OCS brute/SOL 2 (Plus dégradée)

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Plus les BD OCS et SOL sont dégradées, moins les zones du bassin versant contribue

au premier ruissellement (pour une pluie de 25.2 mm, Test 1 = 17 % et Test 5 = 5%)


Bases de données géographiques : Influence des incertitudes sur les résultats

Pluie efficace sur le bassin versantRéférence – Test 5 (OCS

brute/SOL 2 (BD dégradée)

Référence – Test 4 (OCS

parcellaire / SOL 2 (DB dégradée)

Référence – Test 2 (OCS

brute/ SOL 1 (BD précise)

Référence = BD OCS parcellaire / SOL 1

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Erreur relative(%) Test 1 - Test 2 Test 1 -Test 4 Test 1 - Test 5

Pluie 25.2 mm (80%) 20,2 38,7 67,7

Pluie 37.6 mm (90%) 8,5 26,9 40,9

Pluie 52.4 mm (95%) 3,0 19,0 25,6

Volume ruisselé à l’exutoire du bassin versant du Briançon- Sous estimation des volumes à l’exutoire

- Influence majeure d’une BD sol dégradée

- Influence moins importante d’une BD OCS dégradée


Perspectives

AMENAGEMENT

Outil BV-BO :

- Explorer de nouveaux types d’aménagement

- Envisager la création d’un module pesticide - Envisager la création d’un module pesticide

IMPLANTATION

Outil d’aide à la décision :

- Intégrer les calculs de coût d’implantation en fonction des critères analysés

- Prise en compte de la ré-infiltration et évaluation des volumes générés par comparaison avec

ceux observés sur site jaugé

- Evaluation de la prise en compte des éléments fins du paysage (surtout lorsqu’il y a ré-

infiltration possible)

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Phase 3 (2012) : Transposabilité des outils à d’autres territoires (quels critères à identifier clés ?)

Création de guides d’aménagement et d’implantation

Coûts liés à l’étude d’aménagement et réalisation ou l’implantation

Merci pour votre attention (http://enrhy.u-strasbg.fr)

Documents

Projet ENRHY : Evaluation nationale du potentiel de ...enrhy.unistra.fr/Photos_logos/ENRHY_GFP2011.pdf · SDZ GG GFHGF 13 m 0.4 m Inlet 1 m 8 m Protection contre les Volume bassin