2) Hydrologie Alpine - CHy

Impacts potentiels du changement climatiquesur l’hydrologieAlpineet la gestion de l’eauBettina Schaefli

Plan1. Introduction2. Hydrologie Alpine3. Gestion de l’eau en milieu Alpin4. Prédiction de l’hydrologie future5. Impacts sur la gestion de l’eau6. Regard critique sur les projections7. Conclusion3

Gestion de l’eau …… et changement global en milieu AlpinQuel rôle pour l’hydrologue ?ClimatEnneigementartificiel ?Limite & composition dela végétation ?Urbanisation ?Tourisme?Haute Engadine, Déc. 20084

1) IntroductionClimat globalClimat localHydrologie AlpineSensibilité climatique ?Gestion de l’eauSensibilité hydrologique ?Consommation5

2) Hydrologie Alpine• Particuliarités hydrologiquesExample: Régime hydrologique glaciaireDébit moyen(m 3 /s)Cycle annuel prononcé(Abfluss)Mois6

2) Hydrologie Alpine• Particularités hydrologiquesDébit(Abfluss)Crues en automneJour de l’année7

2) Hydrologie Alpine• Particularités hydrologiques Processus saisonniers “lents”- Accumulation de neige Réponses “pluie-débit” (parfois) très rapides8

2) Hydrologie Alpine• Particularités hydrologiques Processus saisonniers “lents”- Accumulation de neige Réponses “pluie-débit” (parfois) très rapides Equilibre entre processus hydrologiques à seuil(Schwellenwert-Prozesse)- “Tout ou rien”- Fonte de neige et de glace, écoulement de surface, .. Variabilité spatio-temporelle de l’atteinte de ces seuils9

2) Hydrologie AlpineModélisationDébitSoilGWIceSnowGround WaterJour de l’année10

2) Hydrologie Alpine• Particularités pour la modélisationA) Prédiction d’évènements extrêmes- Probabilité d’atteinte de plusieurs seuils en même temps ?(Wahrscheinlichkeit eines gleichzeitigen Erreichens derSchwellenwerte ?)B) Prévision en temps-réel (“forecast”)- Degrée de saturation avant un évènement ?(initialer Sättigungsgrad ?)- Volume prédit de l’évènement de pluie / fonte ?(Qualität der Input-Vorhersage ?)11

2) Hydrologie Alpine• Particularités pour la modélisationC) Simulation de régimes hydrologiques “Grands inconnus” dans le bilan hydrologique• Précipitation moyenne ?• Distribution de la température ?• Evaporation –Transpiration (ET) ?• Fonte nette des glaciers?(Netto Gletscherschmelze?)12

3) Gestion de l’eauBarrage de Mauvoisin13

3) Gestion de l’eau• Particularités du point de vue de la gestion “Régimes saisonniers très constants”Remplissage desbarrages CH(GWh)(Füllung derSpeicherseen)Année 2003MoisSource: OFEN14

3) Gestion de l’eau• Particularités du point de vue de la gestion Surprises récentesBodensee, février 200615

3) Gestion de l’eau• Particularités du point de vue de la gestion Surprises récentesRemplissage desbarrages CH(GWh)(Füllung derSpeicherseen)Année 2007Mois16

3) Gestion de l’eau• Régimes futurs: questions clés Variabilité interannuelle du débit ? Evènements extrêmes: Moment de l’occurrence ?(Auftrittszeitpunkt von Extrem-Ereignissen?) Volumes exploitables & débits résiduels(Verfügbare Wassermengen & Restwasser)17

4) Projections futuresGlacier de Morteratsch, Août 2005Glacier de Giétroz, Août 200818

4) Projections futuresPrédictions changements climatiques PRUDENCE(19 runs de modèles climatiques sous A2 & B2)• Modification précipitation Alpes Suisses (2070 – 2099): Valeur médiane ~ - 7 % hiver ~ + 15 % été ~ - 28 %• Réchauffement (2070 – 2099): Valeur médiane ~ + 3.5°CSources: Christensen et al., 2002, Hingray et al., 2007, Horton et al., 200619

4) Projections futures• Effets sur régimes hydrologiques ?• Processus clés: Accumulation saisonnière de neige Fonte des glaciers Evaporation• Projections hydrologiques: Modèles conceptuels calibrés Validation?- e.g. Zappa et al., 2007: validation en 2003 20

4) Projections futuresExemple: projection avec PRUDENCE(19 runs de modèles climatiques sous A2 & B2)• Réduction des débits simulés pour 11 bassins versants(Horton et al., 2006) Valeur médiane (2070 – 2099) ~ - 16 %Source: Horton et al., 200621

4) Projections futuresExample: Rhône à Gletsch, ~ 40 km 2 , 50% glacierAltitude: 1760 – 3610 m a.s.l. (moyenne 2700 m)22

4) Projections futuresBassin du Rhône à Gletsch: scénario B2Grande différence entreRéchauffement °Cmodèles régionauxChangement de température saisonnière23

Climate change impact predictionBassin du Rhône à Gletsch: scénario B2Réchauffement en °CRelative changeChangement saisonnier de températureChangem. saisonnier de précipitation24

4) Projections futuresScénario B2Période de contrôle (1960 – 1989): régime glaciaireRégimes futures (2070 - 2099), chaque ligne = 1 modèle climatique régionalChangem. climatique médian: +3°C, -4% précipitation, 5 % glacier surface25

4) Projections futuresScénario B2Fonte de neige & glace Fonte de neige plus tôtGrande variabilité entremodèles climatiquesHivers plus chauds, débit Moins de débit annuel moyen: moins de pluie en été, plus d’évaporation26

4) Projections futuresScénario A2Tous les effets plus prononcés pour scénario A2(changem. climatique médian: + 3.9°C, -6% précipitation, 0% glacier27

4) Projections futuresVariabilité interannuelle renforcée (Rhône à Gletsch)Débit mensuel moyen, 1 ligne par annéeMédianSource: Horton et al., 200628

5) Impacts sur la gestion• Variabilité interannuelle- Fiabilité des entrées des réservoirs - Occurrence de crues• Fonte de neige plus tôt et plus tard• Evènements de fortes pluies toute l’année• Couche de neige “tampon” plus faibleChangement de la saisonnalité du risque de crues29

5) Impacts sur la gestion• Débits résiduelsMauvoisinQ347 actuel: toujoursdépassé dans scénario30

5) Impacts sur la gestion• Risque de sécheresse ?Example: résultat avec un modèlerégional avec réchauffement global1.5°C pour 2070-99 (glaciationrésiduelle : 10 %)Bassin à débit d’étiage hivernal: pas de risque de sécheresse(Einzugsgebiete mit Winterniedrigwasser, kein Problem)31

5) Impacts sur la gestion• Risque de sécheresse ? Bassins à débit d’étiage estival ? (Sommerniedrigwasser)- 2003: déficits locaux (OFEG, 2004)- Futur? Conclusions similaires en Autrich (Vanham et al., 2009)- Impact sur la qualité ?32

Bernina5) Regard critique … que valent ces projections ?Bernina, août 200333

5) Regard critique• Réduction des débits annuels… c’est pour quand? Voir présentation par Andreas Bauder34

5) Regard critique• Evaporation future Présent- Model & observations:• 150 - 250 mm pour les bassins de Horton et al., 2006• 5 to 15 % de la précipitation annuelle Futur- B2: 15 – 30 % de la précipitation annuelle- A2: 20 – 40 % de la précipitation annuelle35

5) Regard critiqueExample: Bassin versant de MauvoisinET(mm/jour)ET(mm/an)Réchauffement global36

5) Regard critiqueExample: Bassin versant de MauvoisinEvapotranspiration mm / anOrdre de grandeur = valeurs observées• Wieser et al., 2008: 2.2 mm/jour pour Alpages• de Jong et al., 2002: 1 - 6 mm/jour à 2000 m (Dischma)Réchauffement global37

5) Regard critiqueExample: Bassin versant de MauvoisinEvapotranspiration mm / an???Réchauffement global38

5) Regard critiqueExample: Bassin versant de MauvoisinEvapotranspiration mm / anSurfaces libérées : surface disponiblePartie non glacier du bassin: énergie disponible, durée d’enneigementRéchauffement global39

5) Regard critiqueCourbe hyposgraphique des communes Valaisanneset évaporation moyenne selon Atlas Hydro CH énergie disponible, durée d’enneigement40

Conclusion• Sensibilité climatique des processus hydrologiques Partiellement comprise Régimes futurs- Saisonnalité modifiée,Variabilité - Changements quantitatifs projetés≈ ordre de grandeur des erreurs d’estimation (?)≈ ordre de grandeur des “débits résiduels ennégociation”Impacts sur la qualité de l’eau ?41

Dankä för d’Ufmerksamkeit !42b.schaefli@tudelft.nl