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Abstract
On the slopes of the embankment of the Al-Khod groundwater recharge–flood protection dam (Oman), a band of scrub vegetation community emerged after torrential rains and temporary filling of the dam reservoir. Species composition differs markedly on both sides of the embankment, with many exotics found on the reservoir side and more typical gravel-desert species on the outside. Hydro-ecologically, the vegetation is interpreted as the footprint of a temporary storage of water, which is a small-sized groundwater mound within the permeable shoulder of the levee. The levee, as an anthropogenic landform, induces a U-turn (gravitational slumping–lateral seepage–transpirational moisture ascent) topology of seepage. The Lembke method of successive variations of steady states is used in modelling the water table dynamics. In the early stage of the mound decay, outflow through a seepage face of the shoulder is modelled by the Barenblatt slumping parabola of the phreatic-zone part of the flow domain, which is perfectly matched with the Youngs exact solution for a purely horizontal flow through a porous wedge. At the stitching cross-section, the flow rates and saturated depths in the two zones coincide. The late stage of mound evolution is characterized by transpiration by the plant roots projected onto a shrinking free surface, with the Barenblatt and Youngs solutions conjugated but without the outcrop of the saturated mound on the levee slope. Ordinary differential equations for the sliding or descending locus of the intersection of the parabola and the triangle hypotenuse are integrated in a closed form or by the Runge-Kutta method. The dwindling saturated volume and the rate of drainage are obtained. They can be used in assessments of the hydro-ecological sustainability of slope-rooted shrubs (vegetation survival between rare rainfall episodes).
Editor D. Koutsoyiannis; Associate editor A. Porporato
Résumé
Sur les pentes de la digue du barrage Al-Khod (Oman), construit pour la recharge de nappe et la protection contre les inondations, une bande de végétation arbustive est apparue après des pluies torrentielles et le remplissage temporaire de la retenue du barrage. La composition végétale diffère nettement des deux côtés de la digue, avec de nombreuses espèces exotiques sur le bord du réservoir et des espèces plus typiques des déserts caillouteux à l’extérieur. Hydro-écologiquement, la végétation est interprétée comme l’empreinte d’un stockage temporaire de l’eau, c’est-à-dire un petitdôme piézométriquedans un épaulement perméable de la digue. La digue, relief anthropique, induit une percolation en U (descente gravitationnelle-cheminement latéral-remontée par transpiration). La méthode de Lembke (1886) de successions d’états permanents est utilisée pour modéliser la dynamique de la nappe phréatique. Au stade précoce de baisse du dôme, le flux sortantau travers d’une surface de percolation de l’épaulement est modélisé par la parabole de décroissance de Barenblatt dans la partie phréatique, ce qui correspond parfaitement à la solution exacte de Youngs (1974) pour un écoulement purement horizontal à travers un coin poreux. Au raccord des sections, les débits et les épaisseurs saturées dans les deux zones coïncident. La dernière étape de l’évolution du dôme est caractérisée par la transpiration par les racines des plantes projetée sur une surface libre décroissante, avec les solutions de Barenblatt et Youngs conjuguées mais sans affleurement du dôme saturé sur la pente de la digue. Des équations différentielles ordinaires pour le glissement ou la descente du lieu de l’intersection de la parabole et de l’hypoténuse du triangle sont intégrées par la méthode de Runge-Kutta ou une forme proche. On obtient ainsi la perte de volume saturé et le taux de drainage. Ils peuvent être utilisés pour évaluer la durabilité hydroécologique d’arbustes enracinés sur la pente (survie de la végétation entre les rares épisodes de précipitation).
Acknowledgements
The helpful comments of the anonymous referees are highly appreciated.
