Amélioration de la représentation des écoulements en rivière par l'intégration des barrages-réservoirs et l'apport de la mission altimétrique SWOT
Sadki, Malak
Improved river flow modeling with the integration of dams-reservoirs and the use of the SWOT altimetry mission
La ressource en eau est considérée comme un enjeu majeur du siècle à venir, en particulier dans le contexte du changement climatique et de la pression démographique. Elle est directement liée au cycle continental de l'eau, dont les processus sont principalement étudiés à grande échelle par des modèles hydrologiques tels que ISBA-CTRIP développé au CNRM. Les impacts anthropiques sur les ressources en eau, et notamment les effets des barrages-réservoirs sur les écoulements dans le réseau hydrographique, sont encore mal connus et sont généralement négligés ou fortement simplifiés dans ces modèles.Un modèle de réservoir paramétré, appelé DROP (Dam-Reservoir OPeration), a été développé dans cette thèse pour calculer les lâchers hebdomadaires en tenant compte des débits entrants, des demandes en eau et de l'objectif de gestion. L'Espagne a été choisie comme zone d'étude, en raison de sa position stratégique dans la production agricole en Europe et dont les bassins fluviaux sont fortement anthropisés. La simulation des lâchers de barrages et des variations de stockage d'eau dans leurs réservoirs a été comparée aux observations in-situ sur l'ensemble de la période 1979-2014. Les résultats ont révélé la contribution positive du modèle à la représentation du cycle saisonnier de la variation du débit et du stockage d'eau, en particulier pour les réservoirs d'irrigation à grande capacité de stockage pour lesquels le modèle arrive à reproduire le déphasage saisonnier causé par les règles de gestion de l'irrigation. Le modèle DROP a été ultérieurement implémenté dans le modèle de routage global CTRIP et une évaluation régionale a été réalisée sur les débits des rivières des bassins de la péninsule ibérique pour la même période 1979-2014. Une amélioration significative des scores statistiques a été constatée pour 80\% des 1,024 stations de mesure évaluées.Afin de permettre une application globale du modèle de réservoir, une analyse de sensibilité exhaustive a été menée pour identifier les paramètres les plus influents en utilisant la méthode de Sobol. Les résultats révèlent les paramètres essentiels à retenir selon les caractéristiques du réservoir et la variable de sortie d'intérêt (lâchers, volumes de stockage).Par ailleurs, la mission spatiale SWOT, dont le lancement a eu lieu le 16/12/2022, fournira pour la première fois des cartes d'élévation de la surface de l'eau sur la quasi-totalité des rivières, lacs et réservoirs du globe. Ces précieuses données à haute résolution permettront de caractériser la dynamique des barrages-réservoirs, à travers leur courbe de remplissage, ainsi que d'améliorer la paramétrisation des modèles globaux de routage en rivière comme CTRIP.La contribution potentielle des données SWOT dans la calibration du modèle DROP sur l'Espagne a été évaluée sur la base d'estimations des volumes des réservoirs dérivés d'observations de hauteur et de surface d'eau telles que vues par SWOT. Des tests de sensibilité ont été effectués sur plusieurs types d'erreurs de mesure et la calibration a montré une plus grande sensibilité aux erreurs aléatoires. Néanmoins, la caractérisation des paramètres du modèle se rapproche assez fidèlement des résultats obtenus avec les observations in-situ, avec une plus grande précision et convergence dans le cas des réservoirs d'irrigation à grande capacité relative.En définitive, l'intégration de ce modèle de réservoir dans les modèles de routage en rivière couplés aux modèles de surface, eux-mêmes intégrés dans des modèles de climat et de système Terre constitue une avancée majeure dans la compréhension du cycle hydrologique en climat passé et permettra une représentation plus réaliste des scénarios futurs sous changement climatique. </p>
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