Measuring runoff by plots at different scales: Understanding and analysing the sources of variation

The decrease of runoff with the increase in area is not a new fact. The scale effect depends on the spatial and temporal variability of different factors, including the surface characteristics and hydrodynamic properties of the soil and the vegetation development. The purpose of our work is to study the relative influence of the sources of variation of runoff from a small Sahelian catchment on several types of soil surfaces features. Plots of different sizes (1, 50 and 150 m2) on cultivated soils and degraded soils (non-cultivated with three different types of crusts) were monitored for two consecutive years. The results show that the runoff coefficients of rainfall events range from 4 to 65% on cultivated soils and 16 to 96% on uncultivated bare and degraded soils. A statistical and dimensionless analysis shows that in degraded environments, the processes generating runoff on plots of 50 and 150 m2 are identical and significantly different from the unit plot (1 m2). The decrease in runoff with increasing scale becomes more pronounced when rainfall duration decreases. In cultivated areas, this result is not observed. Additional measurements are needed to better understand the differences in functioning at various scales of observations.

RésuméLa diminution de la lame d’eau ruisselée avec l’accroissement de la superficie n’est pas un fait nouveau. L’effet d’échelle dépend de la variabilité spatiotemporelle de différents facteurs, y compris les états de surface, les propriétés hydrodynamiques des sols et la croissance de la végétation. L’objectif de notre travail est d’étudier le rôle relatif des sources de variation du ruissellement d’un petit bassin sahélien, sur plusieurs types d’états de surface. Des parcelles de différentes tailles (1, 50 et 150 m2) sur sols cultivés et sur sols dégradés (non cultivés avec trois différents types de croûtes) ont été suivies pendant deux années consécutives. Les résultats montrent que les coefficients de ruissellement par événements varient entre 4 et 65 % sur les sols cultivés et 16 et 96 % sur les sols non cultivés dégradés. Des analyses statistiques et dimensionnelles montrent qu’en milieu dégradé, les processus de génération de ruissellement sur les parcelles de 50 et 150 m2 sont identiques et significativement différents de la parcelle unitaire (1 m2). La diminution du ruissellement avec l’augmentation de l’échelle devient plus prononcée avec la décroissance de la durée de pluie. En milieu cultivé, ce résultat n’est pas observé. Des mesures complémentaires sont nécessaires pour mieux appréhender les différences de fonctionnement aux différentes échelles d’observations.