Demande de renouvellement (2007-2010) - Cesbio

Deux modèles hydrologiques distribués ont été mis en oeuvre.Le premier modèle résulte du couplage du modèle hydrologique TOPMODEL avec le schéma desurface ISBA. TOPMODEL (TOPography based hydrological MODEL) a été originellement conçupar Beven et Kirby en 1979 pour décrire l’hydrologie de petits bassins versants écossais. TOPMODELse propose de décrire des phénomènes hydrologiques ciblés à partir d’un nombre limité de paramètreset moyennant le respect des hypothèses simplificatrices suivantes :• le régime hydrique est à l’équilibre pendant le pas de temps,• la pluie est considérée comme uniforme sur le bassin versant (recharge uniforme), du moinsdans la version utilisée,• le gradient hydraulique est parallèle à la pente localement,• la conductivité hydraulique à saturation suit une décroissance exponentielle avec la profondeur.ISBA, modèle vertical (version 2 couches de sol), et TOPMODEL, modèle de transferts latéraux,ont été couplés pour représenter la dynamique d’un bassin versant. Chacun a sa spécificité etreprésente de façon partielle une réalité du cycle hydrologique sur un bassin. L’intérêt du couplage, estde représenter le contenu en eau du sol grâce à ISBA en particulier au moment où débutent lesépisodes pluvieux et de gérer le ruissellement et l’infiltration sur le bassin grâce à TOPMODEL. Lecouplage ISBA/TOPMODEL a été réalisé par Jennifer Pellenq au cours de sa thèse (1999-2002) etcompte 32 paramètres à renseigner.Le second modèle hydrologique utilisé est SWAT (Soil Water Assessment Tool, Arnold et al.,1994). SWAT permet de prédire les effets de changements d’occupation des sols sur l’eau, lessédiments et les composés chimiques. C’est un modèle à base physique, semi-distribué car tous lesprocessus sont calculés à l’échelle d’une unité hydrologique de référence (HRU) définie comme uneportion de sous bassin ayant une combinaison sol-couverture-gestion unique. Pour déterminer lessorties de chaque sous bassin, les calculs faits sur chacune des HRU sont sommés ou pondérés (lesHRU sont indépendantes : elles n’interagissent pas entre elles). SWAT intègre des modules simplesdécrivant l’évapotranspiration, la croissance de la végétation, et les transferts de matière.5.6.1 Simulation de l’hydrologie du bassin versant d’AuradéLes écoulements sur un sous-bassin versant ont été simulés (Sivade, 2002) à l’aide de deuxmodèles, ISBATOP et SWAT, forcés pas des données météorologiques acquises localement par leCESBIO en 1999. En outre, l’occupation du sol a été introduite dans SWAT, ce qui n’est pas le caspour ISBATOP qui discrétise l’espace selon un indice de similitude hydrologique. Notons que la priseen compte de l’occupation des sols améliore notablement l’efficience de SWAT, évaluée sur lesdébits, par rapport à une simulation supposant une occupation des sols uniforme.La Figure 51 présente les simulations de débit obtenues avec chaque modèle. Les principauxenseignements de cette comparaison sont les suivants. Les deux modèles sous-estiment les débits, etSWAT tend à surestimer les crues, en particulier leur durée. L’essentiel du débit est constitué dansISBATOP par le drainage latéral de sub-surface, la contribution du ruissellement de surface au débit àl’exutoire est beaucoup plus réduite. La même configuration se retrouve pour le modèle SWAT mais àla différence notable que les flux profonds, à dynamique plus lente, contribuent au débit de base aucours de la période estivale. Ceci traduit une différence importante entre SWAT et ISBATOP, cedernier ne prenant pas en compte les flux profonds participants au débit de base. Ainsi à la mi-juin onatteint la limite du modèle ISBATOP car les pluies sont faibles, le ruissellement sur surfacescontributives et le drainage latéral sont réduits, d’où l’annulation du débit simulé par ISBATOP tandisque SWAT maintient un débit de base à l’exutoire.Il semble donc qu’ISBATOP convienne à la simulation des débits de crue mais ne soit pas bienadapté aux régions où le stress hydrique est important. SWAT paraît de plus mieux adapté à la prise encompte de l’occupation des sols, et au couplage avec des modèles de végétation et des schémas desurface.107