gestion de l’eau · USLE Facteur de couverture végétale du sol • LS USLE Facteur...

A.R. Michaud1, A. Drouin1, J-D. Sylvain2, J. Deslandes1, I. St-Laurent1,

M. Sunborg3 G. Gagné1, L. Grenon3 et I. Beaudin1

1 Institut de recherche et de développement en agroenvironnement inc.,

IRDA.QC.CA 2 Université de Sherbrooke, Département de géomatique appliqué 3 Agriculture et Agroalimentaire Canada, St-Jean-sur-Richelieu.

La cartographie numérique des sols en appui à la

gestion de l’eau

Plan de la présentation

• Contexte:

Sols, Eau, Cultures: Des enjeux inter-reliés

• Outils de diagnostic et de gestion des champs:

• Les données:

Images, Relief, Sols, Débits et qualité de l’eau

• Les Indices et modèles:

Ruissellement, érosion et mobilité du

phosphore

• Conclusion et perspectives

Constat No 1:

De bonnes conditions physiques du sol: Une prémisse à la productivité des cultures.

Quelques constats…

La condition physique du profil cultural

Source: Anne Weill, CRAAQ, 2009.

Constat No 2:

L’égouttement, facteur déterminant de la condition physique du sol


L’égouttement de la parcelle

Constat No 3:

Les zones de champs mal égouttées sont aussi à la source du ruissellement de surface, principal vecteur de la contamination diffuse des eaux en milieu rural.


Ruissellement et pollution diffuse

Mauvais

égouttement

Ruissellement

Usages de

l’eau, habitats

Baisse de

rendement

Érosion

Dégradation

du cours

d’eau Envasement

Drainage

souterrain

Constat No 4:

La condition physique du sol, l’égouttement de la parcelle, le rendement des cultures et la qualité de l’eau:

DES ENJEUX INTERRELIÉS

Constat No 5:

L’action concertée à l’échelle du ruisseau et de la rivière:

Pour assurer des résultats tangibles et durables dans

l’égouttement des terres et la qualité de l’eau.

Lauzier, 2007. Projet Lisière Verte, Rivière Au Brochet.

ACCUMULATION

ÉVACUATION DE L’EAU

Les outils diagnostiques…

Interpréter les trois facteurs déterminants de

l’égouttement et de la condition du profil cultural

CONDITION PHYSIQUE DU PROFIL CULTURAL

PAYSAGE

(RELIEF)

+

PROPRIÉTÉS

DES SOLS

+

RÉGIE:

PRATIQUE

CULTURALE ET

AMÉNAGEMENT

DES TERRES

Les outils diagnostiques…

Avant et sur le terrain…

PAYSAGE

(RELIEF)

PROPRIÉTÉS DES SOLS

RÉGIE

AVANT LE TERRAIN:

• Études pédologiques

• Entrevues

• Plans de drainage

• Données et outils à référence

spatiale

SUR LE TERRAIN:

• Description des profils

de sol

Des outils à référence spatiale complémentaires en

gestion des sols et de l’eau

Les images: Où?

Les relevés altimétriques: Pourquoi?

Les indices et les modèles hydrologiques:

Combien?

Les territoires à l’étude

Ruisseau Ewing

(Rivière aux Brochets)

Ruisseau Fourchette

(Rivière Le Bras)

Petite rivière Pot-au-Beurre

et rivière Saint-Louis

(Baie Lavallière)

• Plate-forme :

– Aéroportée

– Satellitaire

Propriétés et types d’images

• Sensibilité du capteur :

(longueurs d’ondes)

– Noir et blanc

– Couleur

– Multispectrale

• Période

d’acquisition:

– Printanière

– Estivale

Les outils diagnostiques à référence spatiale

Les images numériques

Champ avec un système de drainage efficace

dans sa partie sud et non efficace dans sa

partie nord

Indice de brillance Image

multispectrale

Secteur Fourchette

Secteur Ewing


Les images numériques

IMAGE ESTIVALE

Les images numériques printanières et estivales

Michaud et coll. 2009. Action concertée, bassin Walbridge.

http://www.irda.qc.ca/resultats/publications/204.html

IMAGE PRINTANIÈRE

IMAGE ESTIVALE


Les relevés altimétriques (MNE/MNS)

Cartes de base

(RNCan, BDTQ)

Modèles stéréoscopiques

(DVP, Correlator 3D)

Relevés LiDAR (laser)

Capteurs GPS

LIDAR

Elevation contours

LIDAR

Runoff path

LIDAR

Depressions

LIDAR

Micro-watersheds

1 point /28 m²

1 point / m²

MNE : GPS vs LIDAR

Classe d'erreur!( Inférieure à 5 cm!( Entre 5 et 10 cm!( Entre 10 et 15 cm!( Superieure à 15 cm

< 15 cm

7%

< 5 cm

53%

5 -10 cm

27%

10-15 cm

13%

DIFFÉRENCES ENTRE LES DONNÉES

PONCTUELLES

MNE : GPS vs LIDAR

Patron d’écroulement -LIDAR Patron d’écroulement -GPS Sous-bassins -LIDAR Sous-bassins -GPS

MNE : GPS vs LIDAR COMPARAISON DES RELEVÉS EN TERRAIN ONDULÉ

Bassin

Walbridge,

Pike River,

Québec

COMPARAISON DES MODÈLES NUMÉRIQUES D’ÉLÉVATION

GPS

LIDAR

22.40 23.85

Élévation (m)

MNE : GPS vs LIDAR

Bassin Baie Lavallière, Québec

LIDAR

GPS

22.40 23.85

Élévation (m)

COMPARAISON DES MICRO-BASSINS

MNE : GPS vs LIDAR


GPS

LIDAR

22.40 23.85

Élévation (m)

COMPARAISON DES PARCOURS DE L’EAU

MNE : GPS vs LIDAR


MNE : LIDAR vs Correlator 3-D

LIDAR CORRELATOR 3D

Micro-bassin

parcellaire

Parcours

de l’eau

Modélisation du Parcours de l’eau au champ

Secteur Baie Lavallière


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2008

-04-

01

2008

-04-

15

2008

-04-

29

2008

-05-

13

2008

-05-

27

2008

-06-

10

2008

-06-

24

2008

-07-

08

2008

-07-

22

2008

-08-

05

2008

-08-

19

2008

-09-

02

2008

-09-

16

2008

-09-

30

2008

-10-

14

2008

-10-

28

2008

-11-

11

2008

-11-

25

ME

S (

kg

jo

ur-1

ha

-1)

et

déb

it (

mm

jo

ur

-1)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pré

cip

ita

tio

ns (

mm

)

Précipitation en pluie Écoulement de surface Écoulement souterrain Sédiments exportés

Débits journaliers, Bassin Ewing,

Green Belt Project

Les indices et modèles hydrologiques Associer la réponse hydrologique à l’hydroactivité du

parcellaire

Modèle numérique de terrain

dérivé du LiDAR

Les indices et modèles hydrologiques Combiner les pouvoirs interprétatifs de l’image et du modèle numérique

de terrain

Indice de brillance dérivé d’une

image multispectrale (Duncan)

Bassin Ewing, Projet Lisière Verte

Les indices et modèles hydrologiques

Modéliser les critères de conception des ouvrages

hydro-agricoles

Bassin Ewing, Projet Lisière Verte



hydro-agricoles

Délimitation des micro-bassins



hydro-agricoles

Brillance indice



hydro-agricoles

Parcours

d’écoulement



hydro-agricoles

Critères hydrologiques

de conception

Julie Deslandes

IRDA 2008

(Moore et al. 1991; Wolock 1993)

Indice topographique de la tendance naturelle au

ruissellement de surface à l’échelle du micro-bassin =

ln (Aire du micro-bassin / tan-Inclinaison)

TWI faible : zone humides

TWI élevé : haut de pente

Selon cette équation, les portions du paysage qui drainent de

grandes zones en amont ou qui sont très planes se voient

attribuées de fortes valeurs de l'indice TWI.

Secteur Baie Lavallière


Indice topographique « Wetness Index »

Dépressions

)]([tan(B

aLn


Indice topographique « Wetness Index »

Bassin Baie Lavallière

Géomont, IRDA. Projet PCVC Yamaska

Diagnostic des marques

d’érosion


Indices topographiques vs Erosion

0

1

2

3

4

5

0 2 4 6 8 10 12

ln Superficie

ln S

r

ln Sr = 0,496 ln Superficie – 1,091

R² = 0,68

ln (Superficie du micro-bassin)

ln (Superficie du ravin)

ln Sr = 0,496 (ln superficie) – 1,091

R² = 0,68

La sévérité du ravinement tributaire de la superficie

contributive au ruissellement

Sunborg, Michaud

et Fournier, 2009.

Bassin Lavallière



5.0 à 10.0 ha

17%

>10.0

15%

2.5 à 5.0 ha

27%

<1.0 ha

17%

1.0 à 2.5 ha

24%

Inférieur à 1.0

De 1.0 à 2.5

De 2.5 à 5.0

De 5.0 à 10.0

Supérieur à 10 ha

Les superficies contributives au

ruissellement



Bassin Baie Lavallière

Bassin Ewing

• A Pertes de sol annuelles moyennes (tonnes ha-1 an-1 )

• Qsurf Ruissellement journalier (mm)

• Qpeak Débit pointe du ruissellement (m³s-1)

• Aire-sbv Superficie du micro-bassin

• KUSLE Facteur d’érodabilité du sol (0,013 t m2 h/ m3 t cm)

• CUSLE Facteur de couverture végétale du sol

• LSUSLE Facteur topographique

USLEUSLEUSLEsbvpeaksurf LSCK)aireq(Q11.8A


Indices d’érosion par ruissellement

Intrants Traitements Résultats

Climat • Station météo

Pédologie • Unité cartographique

• Données génériques

Relief • Pente

• Longueur de pente

Régie sols et cultures • Culture et précédent

• Travail du sol

• Fertilisation

Condition du drainage • Drainage souterrain

• Drainage de surface

• Etat du profil cultural

• Gestion du ruissellement

Module hydrologie

• Ruissellement

• Drainage souterrain

Module érosion

• Exportation nette

de sédiments

Module phosphore

• Phosphore particulaire

• Phosphore dissous

• Phosphore au drain

• Phosphore des engrais

• Biodisponibilité du P

Bilan au champ

• Ruissellement

• Écoulement aux drains

• Érosion

• Phophore total

• Phosphore particulaire

• Phosphore biodisponible

• Phosphore dissous

Bilan de l’entreprise

Interprétation

Scénarios alternatifs

de gestion

Banque de données

hydro-pédologiques


Indexation des pertes de phosphore – Projet ODEP

Michaud et col. 2009

Drainage Yields

Surface runoff yields

Enright et Madramootoo, 2004. Bassin de Pike River


Retracer les cheminements hydrologique du

phosphore

Enright et Madramootoo, 2004

Site Eau au drain Ruissellement

Loam sableux 0,065 1,079

Loam argileux 0,227 1,212

Concentrations moyennes en

Ptotal (mg/L)



phosphore

Monitoring à l’échelle parcellaire:

• 10 champs:

•5 loams sableux / maïs-soya

•3 loams argileux / maïs-soya

•2 loams argileux / prairies

(amendés lisiers bovins)

• 19 échantillons (drains + avaloirs)

21sept. 2008 – 21 mai 2009

Le projet pilote LISIÈRE VERTE de la Coopérative de solidarité du bassin versant de la rivière aux

Brochets sur la rétribution des biens et services environnementaux a profité du soutien financier du

programme PAASCA (AAC).

Photo: Richard Lauzier


Retracer les cheminements

hydrologique du phosphore

Poirier, Michaud Whalen, 2012

Monitoring à l’exutoire du

bassin

• Suivi en continu au 15 min:

•Débit

•Conductivité électrique

•Turbidité

•Température

• 72 échantillons ponctuels:

21sept. 2008 – 21 juin 2009 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

23 24 25 26 27 28 29 30 31 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

Octobre-novembre 2008

Ha

ute

ur d

'eau

(m

m/j

ou

r)

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

Co

nd

ucti

vit

é (

mS

/cm

)Ewing2008

Qdrain

Qsurface

Campagne 2

Campagne 3

Campagne 4

Campagne 5

Campagne 6

Campagne 7

Conductivité

B)

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

23 24 25 26 27 28 29 30 31 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

Octobre-novembre 2008

Ha

ute

ur d

'eau

(m

m/j

ou

r)

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

Co

nd

ucti

vit

é (

mS

/cm

)Ewing2008

Qdrain

Qsurface

Campagne 2

Campagne 3

Campagne 4

Campagne 5

Campagne 6

Campagne 7

Conductivité

B)



phosphore

La conductivité électrique: un traceur éloquent du

cheminement préférentiel et de la composition du P dans

les eaux de drainage

La CE moyenne des eaux du ruissellement de surface: 0.22 ± 0.08 mS cm-1.

Préférentiel [Ptotal]↑, [PP]/ [Ptotal]↑

Matriciel [Ptotal]↓, [P réactif]/[Ptotal]↑


Retracer les cheminements hydrologique du phosphore

Les indices et modèles

hydrologiques

Retracer les

cheminements

hydrologique du

phosphore

Jean-Daniel Sylvain1,2, Aubert R. Michaud2, Michel C. Nolin3 and Goze Bertin Bénié1

1 Université de Sherbrooke 2 Institut de recherche et développement en agroenvironnement 3 Agrifood and agriculture Canada


Détecter les propriétés des sols

Data

Indices

Production et

Validation du

modèle


Détecter les propriétés des sols

Complémentarité des images numériques, des MNE

et donées morphologiques sur les sols

Contexte d’opportunités favorable à l’accessibilité

aux données, aux applications et aux SIG:

Percées technologiques récentes:

Nouvelles données et nouvelles applications,

Accessibilité aux données:

Regroupement dans l’acquisition et partage,

Accessibilité aux SIG:

Communauté de développement «Open Source »

Références et publications: www.irda.qc.ca

Conclusion et perspectives

Projets en cours…

REZOTAGE: Validation opérationelle de la gestion localisée

du parcellaire

A. Drouin, CSSS, Mercredi 10:45

WEB’s II: Combiner les images, NEM et données

morphologiques: ID et gérer les zones critiques

A. Michaud, CSSS Lundi 14:45

OURANOS: Critères hydrologiques de conception des

ouvrages hydro-agricoles

A. Michaud, CSSS Poster

SWAT-Qc: Adapter le modèle hydrologique SWAT-Qc aux

migrations souterraines et préférentielles du phosphore

D. Poon, A. Michaud, I. Beaudin et J. Whalen (McGill)

Conclusion et perspectives

PARTENAIRES DE RÉALISATION • Agence géomatique montérégienne GéoMont

• MAPAQ, Direction de la Montérégie-Est

• Faculty of Agricultural and Environmental Sciences McGill University

• Département de géomatique appliquée, Université de Sherbrooke

• Département des sols et génie agroalimentaire, Université Laval

• Club de fertilisation de la Beauce

• Dura-Club

• Club agroenvironnemental La Vallière

• Coop de solidarité du bassin versant de la rivière au Brochet

• LandMapper Environmental Solutions Inc.

• Lasermap Image Plus

PARTENAIRES DE FINANCEMENT • CDAQ, Défi solution

• Programme de couverture végétale du Canada (PCVC), AAC

• Programme WEB et PAASCA, AAC

• Fonds d’action québécois pour le développement durable FAQDD

• Fonds québécois pour la Nature et le technologies FQRNT

Remerciements

Partenaires de financement et de réalisation

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