L'écoulement souterrain - Td corrigé

Exercice n° 1 hydrogéologie éco-systèmes

(((


nappe alluvionnaire - isochrone de teneur en eau du sol -
évapotranspiration


(((

(

Tracez le profil en travers représentant une rivière et sa nappe
alluvionnaire en période estivale où la rivière ne présente plus qu'un
faible tirant d'eau, la nappe quant à elle restant très puissante.

(

Sachant que les fossés d'une chaussée permettent d'évacuer l'eau tombée
dessus ladite chaussée même en cas d'orage violent, expliquez à partir du
croquis infra, par quel phénomène les chaussées d'un secteur géographique,
où la nappe alluvionnaire s'avère très puissante, peuvent être noyées par
orage violent.
























(


Dans la zone non saturée l'on trouve les trois éléments : eau, air, terre,
dans


la zone saturée l'on en trouve seulement deux : terre, eau


oui non
Les processus intervenant dans le milieu non saturé caractérisent les
échanges
hydriques du continuum climat - sol - plante
oui non
Le niveau de l'eau souterraine dans un sol est déterminé par le régime de
percolation de la pluie à travers la zone non saturée
oui non

Cerclez la réponse correspondant à votre opinion



(

Dans une région à climat continental, les sols arables présentent une
texture sablo-argileuse avec une structure contenant 30 % en cailloux et
graviers laissant donc facilement passer l'eau.

Sur ces sols est cultivé un maïs planté en mai et récolté en octobre et
bien entendu irrigué puisque son cycle végétatif correspond à la plus
faible pluviométrie.

En effet du mois de mai au mois d'octobre, les précipitations pluvieuses
s'élèvent seulement à...... 280 mm


41.
A partir du tableau infra, tracez les courbes représentant en octobre et en
mai, la teneur en eau du sol ? (exprimée en m3 eau par m 3 de terre) en
fonction de la profondeur exprimée en mètres donc orientée vers le bas.



|Profondeur du sol |? en octobre |? en mai |
|0,25 |0,05 |0,21 |
|0,50 |0,07 |0,24 |
|0,75 |0,16 |0,26 |
|1,00 |0,23 |0,28 |
|1,25 |0,30 |0,30 |


L'on obtient deux courbes isochrones de la teneur en eau se rejoignant au
point ( z = 1,25 m et ? = 0,30) représentant le profil hydrique du sol aux
profondeurs considérées en mai et en oct.
42
L'aire, comprise entre les deux courbes, de forme algébrique : (0 z (
? mai - ? octobre ) dz
représente le volume d'eau perdue entre mai et oct. par m ²

Cerclez la réponse correspondant à votre opinion
oui non

43

Calculez la réserve d'eau en mai et celle en octobre par tranche de 0,25m
3 de terre,
en m 3 d'eau / m 2de sol et totalisez pour chacun de ces deux mois.


44

En plus des pluies citées à la page précédente il a été apporté par
irrigation ...... 220 mm d'eau.

Il a été aussi mesuré en case lysimétrique la percolation qui s'est
élevée à ... 65 mm d'eau

Transformez d'abord les réserves, calculées supra, en mm d'eau
représentant une lame fictive sur le sol en sachant que :

1 mm d'eau sur 1 hectare = 10 m 3 et que 1 ha = 10 4
m ²

45

L'équation de la continuité s'écrivant :


Pluies naturelles et artificielles (irrigation) + réserve du sol en mai =
percolation + évapotranspiration + réserve en octobre

Calculez l'évapo-transpiration










Corrigé de l'exercice n°1 hydrogéologie éco-systèmes


(((

(


La relation nappe rivière est illustrée par le croquis infra

Relation nappe - rivière


















Exercicehydrogéo1
Bouloc



(
Dans le cas de fortes pluies, l'eau tombée sur la chaussée est évacuée par
les fossés .......jusqu'à ce que la nappe phréatique remonte, envahisse les
fossés lesquels n'abondant plus, le niveau montera et submergera la
chaussée.

(

Dans la zone non saturée l'on trouve les trois éléments : eau, air, terre,


dans la zone saturée l'on en trouve seulement deux : terre , eau

oui non

Les processus intervenant dans le milieu non saturé caractérisent les
échanges
hydriques du continuum climat - sol - plante
oui non

Le niveau de l'eau souterraine dans un sol est déterminé par le régime de
percolation de la pluie à travers la zone non saturée
oui non

Cerclez la réponse correspondant à votre opinion


(
41

Les deux courbes représentent les isochrones de la teneur en eau ,
exprimée en m 3 eau / m 3 de terre,
en mai et en octobre


cf. graphique ci-contre


42
L'aire, comprise entre les deux courbes, de forme algébrique :
(0 z ( ? mai - ? octobre ) dz

représente le volume d'eau perdue entre mai et oct. par m ²




Cerclez la réponse correspondant à votre opinion oui
non

43
La réserve en mai , calculée par tranche de 0, 25 m 3 de terre devient
alors :
0,21 + 0,24 + 0,26 + 0,28 + 0,30 = 0, 32 m 3 d'eau / m ² de sol
4 4 4 4 4
La réserve d'eau en octobre calculée par tranche de 0,25 m 3 de terre
s'écrit donc :
0,05 + 0,07 + 0,16 + 0,23 + 0,30 = 0, 20 m 3 d'eau / m ² de sol
4 4 4 4 4
44
Transformons ces teneurs en eau en lame d'eau fictive sachant que 1 mm
d'eau sur 1 ha = 10 m 3 d'eau


0, 32 m 3 d'eau / m ² de sol ( 3 200 m 3 d'eau / 10 000m ² de sol
soit une lame fictive de ... 320 mm
0, 20 m 3 d'eau / m ² de sol ( 2 000 m 3 d'eau / 10 000m ² de
sol soit une lame fictive de ...200 mm


45
L'équation de la continuité
Pluies naturelles et irrigation artificielle + réserves en mai =
évapotranspiration + percolation + réserves en octobre
devient alors :

280 mm (pluie) + 220 mm (irrigation) + 320 mm = évapotranspiration + 65 mm
(percolation) + 2 00 mm
évapotranspiration = 555
mm

ce qui correspond bien à la fourchette de consommation d'un maïs 4 00 à 7
00 mm d'eau .










Exercice n° 2 hydrogéologie éco-systèmes

(((

loi de Darcy - lame d'eau - déficit d'écoulement - piézométrie

(((
(

L'écoulement souterrain soutient


le débit d'étiage quand

la nappe communique avec la rivière
oui non

Dans un milieux terreux, avec un liquide en
charge le champ des vitesses de filtration
dérive d'un potentiel hydraulique dit aussi charge oui
non


Cerclez la réponse que vous estimez juste


(
Le bassin de la Broye présente une très forte imperméabilité et couvre une
superficie de .... 392 km ².
L'on dispose à son sujet des données suivantes :

- évapotranspiration annuelle en mm calculée selon la formule de Turc,

- la pluviométrie annuelle en mm, recueillie à la station de Romont,

- le débit moyen annuel en m 3 /sec
cf. tableau infra établi après 14 ans de mesures

|année |ET mm |lame précipitée mm|débit moyen m 3 |
| | | |/sec |
|1978 |468 |1213 |9,7 |
|1979 |518 |1201 |10,0 |
|1980 |488 |1250 |10,8 |
|1981 |521 |1272 |10,4 |
|1982 |554 |1386 |10,4 |
|1983 |552 |1244 |9,5 |
|1984 |518 |1241 |9,0 |
|1985 |569 |1145 |5,2 |
|1986 |540 |1176 |8,2 |
|1987 |521 |1468 |10,0 |
|1988 |574 |1417 |10,5 |
|1989 |614 |892 |4,6 |
|1990 |635 |1373 |8,1 |
|1991 |603 |1118 |7,3 |



21. Calculez la lame d'eau écoulée année par année

22. Calculez le débit moyen sur la période de 14 ans considérée, en
inférer la lame d'eau moyenne écoulée sur la même période

23 Etablissez le déficit d'écoulement année par année

24 Reportez les chiffres obtenus du déficit d'écoulement sur un
graphique


Pistes


la lame d'eau écoulée en rivière s'obtient par la formule
l mm / an = Q m 3 /sec. 365. 86400 . 10 - 3
S km ²
Sur un bassin imperméable le déficit s'écrit : flux entrant - flux
sortant
Si l'on considère la variation du stock d'eau négligeable car pas
d'infiltration, il vient :

déficit mm = pluviométrie mm - (évapotranspiration mm + écoulement mm)


Pour le graphique l'on placera les années en abscisse et le déficit en
ordonnée qui oscillera autour de zéro.

(

Le bassin-versant de la Haute-Mentue faisant l'objet de recherches en
hydrologie, il a été nécessaire de mettre en place un réseau
d'instrument : pluviographes, limnigraphes, échantillonneurs d'eau et
piézomètres.

L'un d