Prédiction de la profondeur de sol humidifié sous goutteur Wetting front depth prediction beneath a drip irrigation device

Résumé

A partir de résultats expérimentaux, des équations d'infiltration et de continuité, nous avons établi une équation permettant de prédire la profondeur maximale humidifiée par un goutteur à la surface du sol. Connaissant l'humidité initiale du sol Ø_i, la conductivité hydraulique K_f et la teneur en eau au niveau du front Ø_i ; l'équation établie permet de calculer la profondeur du front d'humectation Z_f(t) à partir du suivi du rayon du front d'humectation R_f(t) à la surface du sol. Pour tester la validité de cette nouvelle approche, des essais ont été menés sur deux types de sol (sableux et limono-argileux) et avec trois débits différents. Les valeurs de Z_f(t) mesurées (par deux techniques différentes) ont été comparées à celles calculées par cette équation, les résultats étaient, dans tous les cas, quasi-identiques (coefficient de corrélation R², dans tous les cas, supérieur ou égal à 0.94).

Mots-clés:

• Irrigation goutte-à-goutte,
• prédiction,
• profondeur du front d'humectation,
• rayon du front d'humectation,
• infiltration

Abstract

In trickle irrigation, the wetted soil volume fraction (P) is a fundamental parameter for both network design and irrigation scheduling. However, methods used to determine such parameter (P) are still limited and unaccurate. Further, numerical models established for predicting wetted soil volume (or bulb) dimensions remain onerous, complex, expensive, and therefore hardly used.

Experimental and numerical results performed on water infiltration from point source on the soil surface show a close relationship between the horizontal and vertical bulb dimensions.

This study which was based on continuity and cumulative infiltration equations allowed to establish a new and simple equation for predicting wetted soil depth. This equation enables, knowing initial and wetting front water content and K(h_f) (soil hydraulic conductivity on the wetting front), to calculate the front depth Z_f(t) beneath a point source with only measuring the front radius R_f(t) on the soil surface. The established equation verifies physical conditions of axisymmetric water infiltration into the soil.

The established equation was tested by performing trials on two different soil types and three discharge rates. Two different procedures were simultaneously used for determining R_f(t) and Z_f(t).

i) observing bulb dimensions evolution on the soil surface and along the symmetry axis.

ii) R_f(t) and Z_f(t) values were inferred from the horizontal and vertical suction profiles respectively.

The Z_f(t) values calculated, using such equation, are compared with those measured. The results obtained showed good agreement between calculated and measured data (R² >=0.94).

This study was performed during an axisymmetric water infiltration into bare, homogeneous, and isotropic soil. It needs to be extended to heteregeneous, anisotropic and cultivated soils.

Keywords:

• Drip-irrigation,
• prediction,
• wetting front depth,
• wetting front radius,
• infiltration