Muddy floods in the Belgian loess belt : problems and solutions
Les inondations boueuses dans la région limoneuse belge: Problèmes et solutions
Résumé
The first part of this thesis aims at defining the conditions triggering muddy floods in the Belgian loess belt. On average, each municipality is confronted with 3.6 muddy floods each year. Annual costs associated with their off-site impacts are estimated at € 16-172 millions for the entire Belgian loess belt. A topographic threshold is derived to predict the source areas of muddy floods. Furthermore, the storms required to produce a flood are, on average, smaller in May and June (25 mm) than between July and September (46 mm). This difference is explained by the variability of soil surface characteristics that determine the runoff potential of cultivated soils (soil cover by crops and residues, soil surface crusting and roughness). Steady state infiltration rates of cropland and grassed areas were characterised in the field using a 0.5 m2-portable rainfall simulator. Overall, grassed areas have a lower infiltration rate (16-23 mm h-1) than croplands (25-52 mm h-1). Muddy floods are mostly observed between May-September because of the coincidence of critical soil surface conditions for runoff generation with the most erosive storms. After an adaptation of its decision rules to the local conditions, the STREAM expert-based model provides satisfactory runoff/erosion predictions at the catchment scale. The second part of the thesis aims at evaluating the effectiveness of measures to control muddy floods. A modelling case-study showed that peak discharge was reduced by more than 40% by installing a grassed waterway and a dam at the outlet of a 300 ha-catchment. Monitoring the same catchment (2002-2007) demonstrated that the grassed waterway as well as three dams prevented any muddy flood in the downstream village despite the occurrence of several extreme storms (with a maximum return period of 150 years). Peak discharge was reduced by 69%. Specific sediment yield dropped from 3.5 t ha-1 yr-1 to a mean of 0.5 t ha-1 yr-1 after the installation of the control measures, thereby reducing drastically sediment transfer to the alluvial plain. Finally, a methodology is provided to implement grassed waterways and earthen dams in other dry valleys in the Belgian loess belt and comparable environments.
La première partie de cette thèse vise à définir les conditions déclenchant les inondations boueuses dans la ceinture lœssique belge. En moyenne, chaque municipalité est confrontée à 3,6 inondations boueuses chaque année. Les coûts annuels associés à leurs impacts sont estimés à 16-172 millions d'euros pour l'ensemble de la ceinture lœssique. Un seuil topographique est calculé pour prévoir les zones sources des inondations boueuses. En outre, les pluies nécessaires pour produire une inondation sont, en moyenne, plus faibles en mai et juin (25 mm) qu'entre juillet et septembre (46 mm). Cette différence s'explique par la variabilité des caractéristiques de la surface des sols qui déterminent le potentiel de ruissellement des sols cultivés (couverture du sol par les cultures et les résidus, encroûtement et rugosité de la surface du sol). Les taux d'infiltration des terres cultivées et des zones enherbées ont été caractérisés sur le terrain à l'aide d'un simulateur de pluie portable de 0,5 m2. Dans l'ensemble, les zones enherbées ont un taux d'infiltration plus faible (16-23 mm h-1) que les terres cultivées (25-52 mm h-1). Les inondations boueuses sont surtout observées entre mai et septembre en raison de la coïncidence des conditions critiques de la surface du sol pour la production de ruissellement et de l'occurrence des pluies les plus érosives. Après une adaptation de ses règles de décision aux conditions locales, le modèle STREAM fournit des prévisions satisfaisantes de ruissellement et d'érosion à l'échelle du bassin versant. La deuxième partie de la thèse vise à évaluer l'efficacité des mesures de contrôle des inondations boueuses. Une étude de cas de modélisation a montré que le débit de pointe a été réduit de plus de 40% en installant un chenal enherbé et un barrage à l'exutoire d'un bassin versant de 300 ha. Le suivi hydro-sédimentaire du même bassin versant (2002-2007) a permis de démontrer que le chenal enherbé ainsi que trois barrages ont empêché toute inondation boueuse dans le village en aval malgré l'occurrence de plusieurs événements de pluie extrêmes (avec une période de retour maximale de 150 ans). Le débit de pointe a été réduit de 69 %. De plus, le taux de production de sédiments est passé de 3,5 t ha-1 an-1 à une moyenne de 0,5 t ha-1 an-1 après l'installation des mesures de contrôle, réduisant ainsi considérablement le transfert de sédiments vers la plaine alluviale. Enfin, une méthodologie est fournie pour mettre en place des chenaux enherbés et des digues dans d'autres vallées sèches de la ceinture lœssique belge et dans des environnements similaires.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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