Paramétrisation

La paramétrisation du modèle WaterSed consiste à combiner la cartographie de l’occupation des sols, la cartographie des axes de ruissellement et la cartographie des sols puis de définir pour chaque combinaison les propriétés hydrodynamiques (capacité d’infiltration, profondeur du sol, etc.) et érosives (érodibilité, etc.) utilisables par le modèle.

1. Principe

Pour définir les propriétés de chaque combinaison, le CODE_LU et le CODE_SOIL vont être concaténés pour former un nouveau CODE.

Un CODE de 11 se traduit par une culture d’hiver sur sol limoneux et un CODE de 51 se traduit par une culture de pomme de terre (PDT) sur sol limoneux. Cette technique permet d’avoir un identifiant unique par combinaison. Des propriétés hydrodynamiques et érosives vont être définies pour chacun de ces codes.

Lancer SAGA GIS. Bouton Open et pointer vers le fichier propriete_hydrosed_occsol.txt.

/TUTORIEL/PREPROCESSING/REGLES/propriete_hydrosed_occsol.txt

Appuyer sur Open en bas à droite de la fenêtre. Clique-droit sur la table puis Show.

Chaque CODE est caractérisé par une capacité d’infiltration (INFILT_MMH), une concentration en MES dans les eaux de ruissellement (MES_GL), un coefficient de Manning (MANNING) et une érodibilité (EROD).

Note : La définition des valeurs des propriétés par CODE doit être adaptée en fonction du site d’étude et en fonction du type d’évènement pluviométrique.

Pour générer les 4 grilles correspondantes de capacité d’infiltration, de concentration en MES, de coefficient de Manning et d’érodibilité, il suffit alors de procéder à une reclassification du CODE selon cette table.

Cette reclassification est réalisée à l’aide de l’outil Inputs Generator, présenté dans la suite de ce tutoriel.

2. Inputs Generator

2.1. Fonctionnement

L’outil Inputs Generator permet de générer automatiquement les 4 grilles de propriétés à partir des 3 cartographies shapefile d’occupation des sols, d’axe de ruissellement et de sol, et de la table des propriétés hydrodynamiques et érosives. Ces grilles sont générées selon le Grid Sytem du MNT utilisé.

Le fonctionnement de Input Generator est décrit suivant le schéma suivant.

Note : après avoir converti les cartographies d’occupation des sols et d’axe de ruissellement en grille selon le CODE_LU, les deux grilles sont combinées en remplaçant le CODE_LU de l’occupation des sols par le CODE_LU des axes aux emplacement des axes.

L’outil permet également de générer les 4 autres grilles permettant de définir les caractéristiques des pluies et l’humidité initiale du sol (ce point fait l’objet d’un tutoriel dédié).

2.2. Description de l’interface

L’outil Inputs Generator est accessible depuis l’onglet Téléchargement et est contenu dans le zip WaterSed.zip. Si vous suivez correctement l’ordre des tutoriels, vous l’avez rangé dans TUTORIEL/MODELE. Il porte le nom WS_INPUT_v1.2.xml. Installer l’outil par glisser-déposer du fichier xml dans la fenêtre Tools de SAGA GIS.

Lancer l’outil Inputs Generator depuis :

Onglet Tools <> Tool Chains <> WaterSed <> Inputs Generator

L’interface de l’outil est organisée en menus afin de structurer les données d’entrée et de sortie. Les données en entrée se répartissent selon 4 menus : INPUTS, TERRAIN PROPERTIES, INITIAL CONDITIONS et RAINFALL CHARACTERISTICS. Les grilles en sortie de l’outil sont toutes regroupées dans le menu OUTPUTS.

Menu INPUTS

Filled DEM : Modèle Numérique de Terrain (MNT) avec correction hydrologique
Data type : format des cartographies d’occupation des sols, d’axe de ruissellement et de sol. Deux cas de figure :

Cas 1 (Shapes) : les cartographies sont au format shapefile avec un champ CODE_LU (Code Land Use) dans la table attributaire de la cartographie d’occupation des sols, un champ CODE_LU dans la cartographie des axes de ruissellement et un champ CODE_SOIL (Code Texture) dans la table attributaire de la cartographie des sols.

Land use map : cartographie de l’occupation des sols
Code Land Use : champ de la table attributaire correspondant au CODE_LU

Network map (optionnelle) : cartographie des axes de ruissellement
Code Land Use : champ de la table attributaire correspondant au CODE_LU

Soil map : cartographie des sols
Code Texture : champ de la table attributaire correspondant au CODE_SOIL

Cas 2 (Grid) : les 3 cartographies shapefiles ont été préalablement transformées en grille selon le champ CODE_LU et CODE_SOIL.

Land use map : cartographie de l’occupation des sols décrite selon le CODE_LU
Network map (optionnelle) : cartographie de l’occupation des sols décrite selon le CODE_LU
Soil map : cartographie de l’occupation des sols décrite selon le CODE_SOIL

Menu TERRAIN PROPERTIES

Properties table : table .txt détaillant les valeurs de capacité d’infiltration, de coefficient de Maninng, de concentration en MES et d’érodibilité pour chaque CODE.
Reclassification Code : colonne où sont stockées les valeurs de CODE
Infiltration capacity (mm/h) : colonne où sont stockées les valeurs de capacité d’infiltration
Manning roughness coefficient (-) : colonne où sont stockées les valeurs de coefficient de Manning
Suspended sediment concentration in the flow (g/l) : colonne où sont stockées les valeurs de concentration en MES dans les eaux de ruissellement
Erodibility (-) : colonne où sont stockées les valeurs d’érodibilité

Menu INITIAL CONDITIONS

Initial soil moisture table : table .txt détaillant les valeurs d’imbibition pour chaque valeur de capacité d’infiltration
Infiltration capacity (mm/h) : colonne où sont stockées les valeurs de capacité d’infiltration
Imbibition (mm) : colonne où sont stockées les valeurs d’imbibition
Maxmimum water storage (mm) : capacité maximale de stockage en eau du sol. Cette capacité peut être déterminée selon trois méthodes :

Méthode 1 – Constant value : capacité maximale de stockage en eau du sol constante sur l’ensemble du bassin. Dans ce cas de figure, spécifier la valeur dans Value (mm).

Méthode 2 – IBK method : capacité maximale de stockage en eau du sol déterminée selon la méthode IBK (détaillée dans le tutoriel sur la pluie et l’humidité initiale du sol). Spécifier les valeurs minimum (Minimum water storage (mm)) et maximum (Maximum water storage (mm)).

Méthode 3 – Distributed : l’utilisateur dispose d’une cartographie shapefile de capacité maximale de stockage en eau du sol. Spécifier la cartographie shapefile à la ligne Soil map et le champ Water storage (mm).

MENU RAINFALL CHARACTERISTICS

Rainfall depth (mm) : hauteur totale de pluie de l’évènement
Rainfall time (min) : durée effective de l’évènement

Menu OUTPUTS

Code : CODE issu de la concaténation du CODE_LU et du CODE_SOIL
Infiltration capacity (mm/h) : valeur limite du taux d’infiltration si le sol est saturé et homogène (perte continue) ; ce taux d’infiltration est fonction notamment de la texture et de la structure du sol ;
Manning’s roughness coefficient : coefficient traduisant les forces de frottement à la surface du sol, en fonction de la rugosité du sol et du couvert végétal ;
Potential sediment concentration in the flow (g/l) : concentration en MES dans les eaux de ruissellement (g/l) ; sensibilité du sol à l’arrachement sous l’action de la pluie (« effet splash ») ;
Erodibility (-) : érodibilité du sol (valeur entre 0 et 1) ; sensibilité du sol à l’arrachement sous l’action du ruissellement ;
Imbibition (mm) : perte initiale avant l’apparition du ruissellement ; l’imbibition est fonction de la texture et de la structure du sol mais aussi de l’humidité initiale du sol ;
Water storage (mm) : hauteur d’eau maximum équivalente à un remplissage total de la porosité du sol ; fonction de l’épaisseur du sol et de sa porosité ;
Rainfall depth (mm) : hauteur totale de l’évènement de pluie
Rainfall time (min) : durée effective de l’évènement

Note : toutes les données demandées doivent être renseignées sauf la cartographie des axes de ruissellement qui est optionnelle (exemple d’une modélisation sur un îlot de culture sans axe de ruissellement).

2.3. Application au cas d’étude

Importer les fichiers occ_sol.shp, axe_ruissellement_modif.shp, sol.shp , mnt_fill.sgrd , propriete_hydrosed_occsol.txt et regle_imbibition.txt.

/TUTORIEL/PREPROCESSING/OCC_SOL/occ_sol.shp
/TUTORIEL/PREPROCESSING/OCC_SOL/sol.shp
/TUTORIEL/PREPROCESSING/REGLES/propriete_hydrosed_occsol.txt
/TUTORIEL/PREPROCESSING/REGLES/regle_imbibition.txt
/TUTORIEL/PREPROCESSING/TOPOGRAPHIE/mnt_fill.sgrd
/TUTORIEL/PREPROCESSING/TOPOGRAPHIE/axe_ruissellement_modif.sgrd

Lancer l’outil Inputs Generator et renseigner les différentes couches demandées.

Laisser les valeurs par défaut dans le menu INITIAL CONDITIONS et RAINFALL CHARACTERISTICS (ces menus sont présentés en détail dans le tutoriel sur la pluviométrie et l’humidité initiale du sol). Renseigner tout de même la Initial soil moisture table et les deux champs associés. Cliquez sur Okay.

Les 9 grilles produites apparaissent dans l’onglet Data, puis Data, Grids. Pour visualiser une grille, Clique-Droit puis Add to Map.

Sauvegarder les grilles code.sgrd, infiltration_capacity.sgrd, manning.sgrd, suspended_sediment.sgrd et erodibility.sgrd dans le dossier INPUT. Les autres grilles sont produites lors du tutoriel sur la pluviométrie et l’humidité initiale du sol.

/TUTORIEL/PREPROCESSING/INPUT/code.sgrd
/TUTORIEL/PREPROCESSING/INPUT/infiltration_capacity.sgrd
/TUTORIEL/PREPROCESSING/INPUT/manning.sgrd
/TUTORIEL/PREPROCESSING/INPUT/suspended_sediment.sgrd
/TUTORIEL/PREPROCESSING/INPUT/erodibility.sgrd

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