Dual permeability modeling of tile drain management influences on hydrology and nutrient transport in macraoporous soil.

Frey, S.K., Hwang, H-T., Park, Y-J., Hussain, S., Gottschall, N., Edwards, M., et Lapen, D.R. (2016). « Dual permeability modeling of tile drain management influences on hydrology and nutrient transport in macraoporous soil. », Journal of Hydrology, 535, p. 392-406. doi : 10.1016/j.jhydrol.2016.01.073  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Le drainage agricole souterrain est considéré comme une pratique de gestion bénéfique (PGB) qui réduit les charges en éléments nutritifs dans les eaux de surface. Dans cette étude, nous avons élaboré des modèles bidimensionnels à double perméabilité pour simuler l’écoulement d’eau et le transport de solutés après l’application de lisier de porc et du traceur très sorbant rhodamine WT sur des loams argileux macroporeux soumis à un régime de drainage souterrain contrôlé (DSC) ou libre (DSL). Les modèles ont bien simulé les principales caractéristiques de l’écoulement et du transport, notamment le débit plus fort et plus constant et les teneurs maximales de l’effluent en rhodamine WT plus faibles pour le DSL que pour le DSC, dans lequel le débit était intermittent, les teneurs maximales en rhodamine plus élevées, et le transfert de masse depuis les macropores à la matrice du sol plus élevé. Il était essentiel de représenter explicitement l’écoulement préférentiel puisque les macropores transmettaient plus de 98 % d’infiltration en surface, du débit de drainage et des charges en solutés de l’eau de drainage, tant pour le DSL que pour le DSC. Il était également impératif d’intégrer une condition limite inférieure du troisième type, facilitant les interactions avec l’eau souterraine locale, pour simuler le DSC, car la nappe phréatique plus élevée (par rapport au DL) augmentait la migration d’eau et d’éléments nutritifs dissous du sol vers l’eau souterraine plus profonde. L’analyse de scénarios montre que, lorsqu’il existe un léger gradient hydraulique vers le haut sous les drains, la remontée d’eau souterraine peut influer sur la concentration des solutés provenant de la surface dans le DSL. Dans le cas du DSC, par contre, la nappe phréatique plus élevée et plus plate peut restreindre la remontée d’eau souterraine. Nos résultats montrent que le DSC permet de réduire le débit de drainage, mais qu’il peut aussi augmenter les concentrations des éléments nutritifs (provenant des engrais appliqués en surface) dans l’effluent de drainage, et donc dans les eaux de surface réceptrices, et favoriser l’apport de NO3 dans l’eau souterraine. Notre étude démontre l’utilité de modèles à double perméabilité pour accroître notre compréhension conceptuelle des PGB du drainage souterrain.

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