Les sols sont définis comme étant caillouteux à partir d’une proportion supérieure à 35 % d’éléments grossiers. Les sols caillouteux - dont certains supportent des zones de grandes cultures - couvrent environ 30% de la superficie de l’Europe occidentale. Outre le fait qu’ils sont plus contraignants pour la production agricole car les opérations culturales y sont plus délicates, les sols caillouteux sont souvent des sols peu épais ; ils contribuent ainsi de façon significative à la recharge des nappes mais sont a priori très sensibles au lessivage hivernal du nitrate et des produits phytosanitaires. Malgré leur grande étendue géographique et leurs propriétés spécifiques, les sols caillouteux ont été peu étudiés. Devant ce déficit de connaissances et devant les problèmes spécifiques posés par les sols caillouteux (variabilité de la phase caillouteuse, échanges entre la phase caillouteuse et la fraction fine des sols), tant en termes de production végétale qu’en termes de protection de l’environnement, ce projet de thèse a eu pour objectifs de : i) déterminer la réserve utile des éléments grossiers de sols caillouteux d’origine sédimentaire ; ii) d’évaluer qualitativement et quantitativement la pierrosité de sols caillouteux à l’échelle parcellaire ; et iii) d’estimer la réserve utile effective de sols caillouteux et leur fonctionnement hydrique sur de grands territoires agricoles. Grâce à des analyses au laboratoire, nous avons montré que les cailloux étaient saturés en eau à -100 hPa et que les teneurs en eau à la capacité au champ et au point de flétrissement pouvaient s’exprimer simplement en fonction de la masse volumique, ce qui a permis de définir des fonctions de pédotransfert robustes et opérationnelles pour le calcul de l’humidité utile des éléments grossiers. Grâce à l’analyse du bruit du signal de la résistivité électrique, mesurée in situ par prospections géophysiques, il a été possible d’évaluer leur pierrosité volumique à l’échelle d’une parcelle. Enfin, à l’échelle régionale, nous avons montré que la non-prise en compte du volume de la phase caillouteuse et/ou de ses propriétés conduisait à des sous-estimations de 20 % de la réserve utile, ce qui avait pour conséquence une surestimation du déficit hydrique de 20 mm par an en moyenne, avec une grande variabilité spatiale. Ces travaux permettront, à terme, une meilleure gestion spatialisée des agrosystèmes, aux échelles locales et régionales. En effet, les nouvelles propriétés hydriques calculées permettront d’améliorer la compréhension du fonctionnement environnemental spatialisé des sols afin de mieux estimer certains risques (lessivage de nitrate, émissions de gaz à effet de serre par les sols, etc.). / Stony soils are soils containing a proportion of rock fragments larger than 35%. These soils - including intensive agricultural areas - cover about 30% of the surface of Western Europe. Stony soils are not only more stringent for agricultural production because the farming operations are usually more difficult, but also they are often thin; they then significantly contribute to the groundwater recharge, but are they are very sensitive to winter leaching of nitrate and pesticides. Despite their geographical spread and their specific properties, the stony soils have not been largely studied whereas they present specific scientific problems (variability of phase stony, exchanges between the stony phase and the fine fraction of soil). In that context, this thesis aimed at: i) determining the available water content of rock fragments from rock fragments of sedimentary origin; ii) assessing qualitatively and quantitatively the stoniness of stony soils at field scale; and iii) estimating the effective available water content of stony soils and their hydric functioning for large agricultural areas. From laboratory experiments, we demonstrated that rock fragments were saturated for a water potential of -100 hPa and that their water content at field capacity and at permanent wilting point could be easily estimated from their bulk density, which enable to define robust and operational pedotransfer functions for the estimation of the available water content of rock fragments. Thanks to the analysis of the signal noise of the electrical resistivity, measured in situ by geophysical prospectings, it was possible to assess the stoniness of stony soils at the plot scale. Finally, at the regional scale, we demonstrated that the available water content could be underestimated of about 20 % when the volume and/or properties of rock fragments were not taken into account, which induced overestimations of the hydric deficit of about 20 mm as a mean, with high spatial variability. This work will ultimately be used for a better spatial management of agricultural soils, at local and regional scales. Indeed, the new hydric properties will help in improving our knowledge of the environmental spatial soil functioning in order to better estimate some risks (nitrate leaching, greenhouse gas emissions from soils).

Vários trabalhos relacionados ao tema produção de água estão sendo realizados, tendo em comum a associação da cobertura florestal com o escoamento em bacias hidrográficas. Entretanto, não existem estudos onde foram verificados os locais onde esta cobertura tem efeito ótimo, pois, este é dependente das condições edafoclimáticas de cada bacia. O objetivo deste trabalho é avaliar as alterações na produção de água ocasionadas pela posição das áreas com cobertura florestal em relação às de solos rasos em uma bacia hidrográfica. Os estudos foram realizados na Bacia Hidrográfica do Ribeirão dos Marins em Piracicaba, SP, Brasil, por meio da modelagem hidrológica utilizando o modelo distribuído GSSHA. Para a calibração foram utilizados dados meteorológicos, fluviométricos e pluviométricos dos anos de 1999 e 2000, além da obtenção, em laboratório, da condutividade hidráulica e da curva de retenção dos solos da bacia. Foram realizadas sondagens SPT e testes de infiltração de água no solo para determinar a espessura dos solos na bacia e a condutividade hidráulica da zona saturada (lençol freático) desta. A espessura dos solos foi representada por um modelo numérico, elaborado a partir das espessuras medidas e da utilização do modelo HAND. A profundidade do lençol freático foi representada por outro modelo numérico, elaborado a partir da espessura do solo e da profundidade deste lençol medida em campo. Uma nova metodologia que, a partir do coeficiente CN, estima o coeficiente de rugosidade de Manning foi utilizada, apresentando resultados satisfatórios. Nos processos de calibração e validação o modelo apresentou coeficientes de índices de correlação adequados. Foram feitas simulações hidrológicas para 15 anos em três cenários de uso e ocupação do solo, que foram elaborados de modo a comparar uma mesma área de cobertura florestal em diferentes posições da bacia, em função da presença de solos rasos nas proximidades dos cursos d\'água. Foram analisados, entre os cenários para todo o período simulado: o escoamento total e o de base; parâmetros dos hidrogramas (em eventos selecionados da série histórica); posição do lençol freático; umidade do solo; e, curva de permanência. Os resultados permitiram concluir que na área de estudo não há influência da posição da cobertura florestal em relação aos solos rasos para a produção de água. Devido à existência de poucos trabalhos a campo e, também, de modelagem que abordem o efeito da localização da cobertura florestal na produção de água, incentiva-se a realização de novas pesquisas, necessárias, entre outras razões, para a determinação dos locais prioritários a reflorestar ou manter florestado em programas de conservação ambiental. / Several works related to the theme of water production are being made, having in common the association of forest cover with runoff in watersheds. However, no studies were found where the places where this land cover has optimum effect, because it is dependent on climatic and physiographic conditions of each watershed. The objective of this study is to evaluate changes in water yield caused by the spatial distribution of forest cover in relation to the shallow soils in a watershed. The studies were conducted in the watershed \"Ribeirão dos Marins\" in Piracicaba, SP, Brazil, through the hydrologic modeling using the distributed model GSSHA. For calibration were used data of meteorological, rainfall and stream flow to the years 1999 and 2000, in addition of the hydraulic conductivity and soil water retention curve obtained in laboratory. SPT tests and water infiltration tests were conducted to determine the thickness of the soils and hydraulic conductivity of the saturated zone (water table) in the watershed. The thickness of the soil was represented by a numerical model, based on those thicknesses measures and the model HAND. The depth of the water table was represented by another numerical model, drawn from the soil thickness and depth of field measured. A new methodology that estimates the Manning coefficient from the CN coefficient was used with satisfactory results. In the processes of calibration and validation of the model, the coefficients showed adequate correlation indexes. Hydrological simulations were made for 15 years in three land cover and land use scenarios, which have been prepared in order to compare the same area of forest cover in different positions of the basin, due to the presence of shallow soils near watercourses. Were analyzed, among the scenarios simulated for the entire period: total flow and baseflow; parameters of hydrographs (in selected events of the series); position of the water table, available water content; and flow duration curves. The results showed that in the study area there is no influence of the position of forest cover in relation to shallow soils to the water yield. Because there are few studies that address the effect of the location of forest cover in water yield is encouraged to conduct further research, among other reasons, for the determination of the priority sites to the reforestation in environmental conservation programs.

Vários trabalhos relacionados ao tema produção de água estão sendo realizados, tendo em comum a associação da cobertura florestal com o escoamento em bacias hidrográficas. Entretanto, não existem estudos onde foram verificados os locais onde esta cobertura tem efeito ótimo, pois, este é dependente das condições edafoclimáticas de cada bacia. O objetivo deste trabalho é avaliar as alterações na produção de água ocasionadas pela posição das áreas com cobertura florestal em relação às de solos rasos em uma bacia hidrográfica. Os estudos foram realizados na Bacia Hidrográfica do Ribeirão dos Marins em Piracicaba, SP, Brasil, por meio da modelagem hidrológica utilizando o modelo distribuído GSSHA. Para a calibração foram utilizados dados meteorológicos, fluviométricos e pluviométricos dos anos de 1999 e 2000, além da obtenção, em laboratório, da condutividade hidráulica e da curva de retenção dos solos da bacia. Foram realizadas sondagens SPT e testes de infiltração de água no solo para determinar a espessura dos solos na bacia e a condutividade hidráulica da zona saturada (lençol freático) desta. A espessura dos solos foi representada por um modelo numérico, elaborado a partir das espessuras medidas e da utilização do modelo HAND. A profundidade do lençol freático foi representada por outro modelo numérico, elaborado a partir da espessura do solo e da profundidade deste lençol medida em campo. Uma nova metodologia que, a partir do coeficiente CN, estima o coeficiente de rugosidade de Manning foi utilizada, apresentando resultados satisfatórios. Nos processos de calibração e validação o modelo apresentou coeficientes de índices de correlação adequados. Foram feitas simulações hidrológicas para 15 anos em três cenários de uso e ocupação do solo, que foram elaborados de modo a comparar uma mesma área de cobertura florestal em diferentes posições da bacia, em função da presença de solos rasos nas proximidades dos cursos d\'água. Foram analisados, entre os cenários para todo o período simulado: o escoamento total e o de base; parâmetros dos hidrogramas (em eventos selecionados da série histórica); posição do lençol freático; umidade do solo; e, curva de permanência. Os resultados permitiram concluir que na área de estudo não há influência da posição da cobertura florestal em relação aos solos rasos para a produção de água. Devido à existência de poucos trabalhos a campo e, também, de modelagem que abordem o efeito da localização da cobertura florestal na produção de água, incentiva-se a realização de novas pesquisas, necessárias, entre outras razões, para a determinação dos locais prioritários a reflorestar ou manter florestado em programas de conservação ambiental. / Several works related to the theme of water production are being made, having in common the association of forest cover with runoff in watersheds. However, no studies were found where the places where this land cover has optimum effect, because it is dependent on climatic and physiographic conditions of each watershed. The objective of this study is to evaluate changes in water yield caused by the spatial distribution of forest cover in relation to the shallow soils in a watershed. The studies were conducted in the watershed \"Ribeirão dos Marins\" in Piracicaba, SP, Brazil, through the hydrologic modeling using the distributed model GSSHA. For calibration were used data of meteorological, rainfall and stream flow to the years 1999 and 2000, in addition of the hydraulic conductivity and soil water retention curve obtained in laboratory. SPT tests and water infiltration tests were conducted to determine the thickness of the soils and hydraulic conductivity of the saturated zone (water table) in the watershed. The thickness of the soil was represented by a numerical model, based on those thicknesses measures and the model HAND. The depth of the water table was represented by another numerical model, drawn from the soil thickness and depth of field measured. A new methodology that estimates the Manning coefficient from the CN coefficient was used with satisfactory results. In the processes of calibration and validation of the model, the coefficients showed adequate correlation indexes. Hydrological simulations were made for 15 years in three land cover and land use scenarios, which have been prepared in order to compare the same area of forest cover in different positions of the basin, due to the presence of shallow soils near watercourses. Were analyzed, among the scenarios simulated for the entire period: total flow and baseflow; parameters of hydrographs (in selected events of the series); position of the water table, available water content; and flow duration curves. The results showed that in the study area there is no influence of the position of forest cover in relation to shallow soils to the water yield. Because there are few studies that address the effect of the location of forest cover in water yield is encouraged to conduct further research, among other reasons, for the determination of the priority sites to the reforestation in environmental conservation programs.

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