Outil d`Evaluation du Sol et de l`Eau

Outil d’Evaluation du Sol et de l’Eau dans la Région France (Manche) Angleterre
1.0 Introduction
Depuis son commencement en 2000, la Directive de la structure EU de l’eau [EU Water
Framework Directive (WFD)] a encouragé une transformation dans la gestion des bassins
versants. Pour accomplir le désir de la directive pour des plans de bassins versants holistiques,
des modèles hydrologiques de bassins versants sont utilisés de plus en plus pour prédire
l’impact du changement environnemental sur les caractéristiques d’écoulement et de la qualité
de l’eau dans les rivières Européennes.
Le modelage de la qualité d’eau des bassins versants qui fait partie de l’Action 2.4 (La Prédiction
du Risque) du projet RiskManche a été entreprit en utilisant l’Outil d’Evaluation du Sol et de
l’Eau (ODESE) [Soil and Water Assessment Tool (SWAT) en anglais]. Le modèle ODESE est un
modèle continue et demi-distribué qui s’opère de façon quotidienne et peut prédire le
mouvement de l’eau et les polluants associés (microbiens et chimiques) dans des bassins
versants compliqués par des sols divers, des usages de la terre et des méthodes de gestion
varies sur de longues périodes. Le modèle a été utilisé dans l’interface du Système
d’Informatique Géographique (SIG) comme extension au logiciel ArcMap (Arc SWAT). Une fois
que le modèle a été calibré et validé, on l’a fait fonctionner avec de multiples scénarios (basés
sur des niveaux différents et des intensités de précipitation différentes, des options d’usage du
terrain par exemple, l’usage d’engrais, et des interventions dans le courant de la gestion du
bassin versant).
La capacité du logiciel ArcSWAT a été combine avec le Traçage de Sources Microbiennes (TSM)
utilisant des marqueurs à base de phages, avec une collection de données sur plusieurs années
pour prédire le surgissement et concentrations de phages (et de pathogènes virales potentiels)
dans les eaux de surface. Le modèle est particulièrement adapté pour des bassins versants
dominé par l’agriculture comme ceux de la région France (Manche) Angleterre et a été utilisé
pour examiner l’influence de l’usage du terrain, les changements dans la population et la
précipitation sur les niveaux et les sources de contamination fécale, des organismes indicateurs
et les marqueurs TSM.
2.0 Protocole
Des travaux dirigés pour installer ArcSWAT et le modèle, ainsi que d’autres aides se trouvent en
suivant le lien http://swat.tamu.edu/.
2.1 Le matériel informatique: SWAT2012/ArcSWAT a besoin du suivant:

Un ordinateur avec processeur récent (2008 ou plus récent) qui fonctionne à 2 gigahertz

Un minimum de2 GB RAM.

Au moins 1 giga byte de mémoire libre sur le matériel informatique pour l’installation
minimale et jusqu’à 2 giga byte pour l’installation complète (y inclus des collections de
données exemples et les données US STATSGO).
2.2 Le logiciel (ArcSWAT pour versions ArcGIS 10.0 ou10.1):

Microsoft Windows (ex., XP, Windows 7, Server 2008) avec le noyau le plus récent.

Microsoft .Net Framework 3.5.

Adobe Acrobat Reader version 8 (ou plus haut).

ArcGIS: ArcView 10.0 avec Service Pack 5 (Build 4400) ou ArcView (Basic) 10.1 (avec let
Service Pack le plus récent).

ArcGIS Spatial Analyst extension (version ArcGIS 10.0 ou 10.1).

Alors que 1 GB est suffisant pour l’installation de l’interface de base, il faudra bien plus
de mémoire pour pouvoir enregistrer des tableaux qui sont générées quand l’interface
traite les collections de données spatiales. Notre expérience pendant le projet
RiskManche est qu’il faut avoir de 4 à 6 GB de libre en plus pour les projets ArcSWAT
plus grands.
3.0 Exigences de données
3.1 Données du Système d’Informatique Géographique (SIG – GIS en anglais)

Modèle d’élévation numérique (format grille)

Données sur l’usage du terrain (format polygone)

Données sur le sol (format polygone)

D système de rivières (format ligne)
3.2 Autres données

Des données météorologiques (quotidiennes)
o
La quantité de précipitation dans la journée (mm/jour).
o
La moyenne quotidienne d’humidité exprimée en fraction.
o
La moyenne quotidienne de la vitesse du vent (k/v).
o
La température maximum par jour et la température minimum par jour (oC).
o
La radiation solaire totale par jour (MJ/m2).
Des données pour au moins 5 ans doivent être fournies pour pouvoir calculer une moyenne par
mois.

Coordonnées géographiques pour les stations climatiques (X, Y et Z).

Flow data (des données continues).

Des données sur la qualité des eaux (indicateurs fécaux, marqueurs de traçage de sources
microbiennes) dans les échantillons fluviaux/littoraux, ainsi que des informations sur
les sources diffuses et ponctuelles.

Des données sur la gestion du terrain (statistiques agricoles par exemple les données
des recensements agricoles,
l’application des engrais, les rotations de cultures, la
gestion des prairies).

L’abstraction de l’eau(ou augmentation).
4.0 Etapes importantes pour l’Outil d’Evaluation du Sol et de l’Eau (ODESE/SWAT en
anglais)
1. L’établissement du projet
2. Délinéation du bassin versant
3. Analyse de la réponse hydraulique [Hydraulic Response Unit (HRU)]
4. Saisie des données météorologique
5. Création des données
6. Modification des données
7. Simulation ODESE/SWAT
8. Calibration
9. Validation
5.0 Considérations pour la région France (Manche) Angleterre
Le modèle SWAT a été développé aux Etats Unis ou des collections de données compatibles sont
facile a obtenir pour utiliser avec le logiciel. Un des grands défis pour utiliser ce modèle hors des
Etats Unis est donc de préparer les saisies de données compatible avec le logiciel SWAT. Y
compris dans l’action 2.4 du projet RiskManche le modelage de données
de TSM a été
entreprise utilisant les données collectionnées du sud de l’Angleterre (la rivière Ouse). Par ce
moyen toutes les données utilises dans le modelage ODESE/SWAT a été obtenu de sources du
Royaume Uni. Etant sûr que les informations des terrains at des cultures sont représentant du
bassin versant est d’une haute importance si le modèle est utilisé dans la région France
(Manche) Angleterre.
5.1 Saisie des données sur le sol
En Angleterre la seule carte des sols disponible qui couvraient cette région est la carte intitule
National Soil Map of England and Wales. Toutes les collections de données ont été obtenues de
LandIS (http://www.landis.org.uk/index.cfm), Université de Cranfield. La collection SIG (GIS en
anglais – vecteur NATMAP) fourni par by LandIS montre les associations de sols dans
l’Angleterre et le Pays de Galles. Des associations de sols sont des groups de types de sols, ou
des series des sols, qui se trouvent normalement ensemble, mais qui peuvent contenir des
séries de sols avec des comportements ou texture hydrologiques contrastés. Pour la saisie dans
l’ODESE/SWAT la série de sol dominante a été utilisé pour caractériser l’association de sols. Il
est probable que dans une grande proportion des associations de sols, la série de sol dominante
occupera moins de 50% du terrain. Il est donc important de considérer les implications pour les
combinaisons de séries de sol/usage du terrain non-représentées (mais active de façon
hydrologique) [Holman, 2012]. Il est recommandé que l’effet du changement sur la série de sol
choisie pour représenter l’association du sol soit examiné avant la saisie de données.
5.2 Saisie des données sur les cultures
Pour s’assurer que les rotations de cultures sont représentées avec précision dans
l’ODESE/SWAT les fichiers de gestion doivent être révisés pour représenter la partie couverte
par des cultures dans chaque zone. On peut obtenir cette information des sondages en
Angleterre dans les données EDINA Agcensus. C’est important que les rotations de cultures
s’accordent avec les types de sols présents dans le bassin versant. Les valeurs par défaut dans
ODESE/SWAT penchant vers les variétés de cultures d’Amérique du Nord alors il est important
de trouver l’information pour les conditions européennes (Breuer et al. 2003; Holman, 2012).
6.0 Données de sortie
Après l’installation du modèle, la saisie des données, la calibration et validation, de multiples
scenarios au futur ont été mis en marche pour des paramètres microbiens (basé sur des niveaux
et intensités de précipitation différentes, l’usage des engrais, et des interventions de gestion
dans les bassins versants). Les données généré par le modèle ODESE/SWAT, avec une collection
de données sur plusieurs années, pour prédire l’occurrence et les concentrations de phages (et
de pathogènes virales potentiels) dans l’eau de surface, ont été utilisés pour construire des
cartes de risques des bassins versants interpolées dont Fig 1 en est un exemple.
Pour tout autre détail voir le protocole transfrontalier de communication de risques structuré.
Figure 1: Carte Interpolée pour la présence de GB124 dans le bassin versant de la rivière
Ouse
Réferences
Breuer, L. Eckhardt, K. and Frede, H.G. (2003). Plant parameter values for models in temperate
climates. Ecological modelling, 169 (2-3), 237-293.
Holman, Ian. (2012). SWAT modelling guidance. Cranfield University.