OHM-CV : Modélisation hydrologique

TOPMODEL TOPMODEL (Beven and Kirkby 1979 ; Beven et al. 1995 ; Beven 1997) est un modèle hydrologique distribué fondé sur le concept d'aires contributives variables, initialement proposé par Cappus (1960). Ce modèle prédit, à chaque pas de temps, la distribution spatiale du contenu en eau au sein des différentes mailles du modèle numérique de terrain (MNT) du bassin versant considéré. Ce contenu en eau est calculé en fonction de la distribution d'un indice de similarité hydrologique et du déficit en eau moyen sur le bassin versant. Initialement, l'indice de similarité hydrologique était un indice topographique "pur" exprimé comme k = ln(a/tanb) où a est l'aire drainée par unité de largeur de versant (m) et tanb (-) la pente topographique locale utilisée comme approximation du gradient hydraulique de la nappe perchée. Le déficit moyen est calculé à partir d'un bilan d'eau à chaque pas de temps (Beven et al. 1995).

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TOPODYN

TOPODYN est un nouveau modèle hydrologique résultant des travaux réalisés au LTHE pour l'adaptation de TOPMODEL au contexte de l'hydrologie des régions méditerranéennes. Deux nouvelles fonctionnalités sont à signaler :

1. une évaluation améliorée du bilan en eau permettant une meilleure satisfaction de la conservation de la masse (Saulnier et Datin 2000, Habets and Saulnier 2001).
2. La prise en compte explicite de la variabilité spatiale de la pluie (Datin 1998) par le biais d'un indice dynamique de similarité hydrologique défini comme :

   

   où a i,t (m) est la surface drainée par unité de largeur de versant, tanb i (-) la pente topographique locale et R i,t (m/h) la recharge de la nappe perchée. Celle-ci est autorisée à varier dans l'espace en fonction de la pluie, ce qui conduit également à considérer des aires drainées variables (entre 0 et la surface drainée "topographique") pour chaque pixel.

TOPODYN est utilisé en mode "événementiel" et peut éventuellement prendre en compte la variabilité des caractéristiques des sols sur le bassin versant. Comme TOPMODEL, il requiert le calage de 4 paramètres : Ko (m/h) et m (m), la conductivité à saturation et le paramètre de forme de la courbe de décroissance exponentielle de la transmissivité du sol avec la profondeur, SRMax (m), le niveau maximal d'un réservoir représentant les pertes par interception et dans la zone racinaire, Inter (m/h), le taux maximum de perte par interception et évapo-transpiration. A chaque pas de temps, les flux drainés depuis les réservoirs de sub-surface sont transférés à l'exutoire par un algorithme de routage fondé sur le concept de courbes isochrones. Le ruissellement direct des zones contributives est par ailleurs convolué avec l'hydrogramme unitaire déduit de la méthode DPFT-Erudhit (Duband et al., 1993).

La figure ci-contre, extraite de Datin (1998) illustre les différences de fonctionnement de TOPMODEL et TOPODYN pour l'un des 35 événements modélisés sur l'Ardèche à Vogüé (635 km2), événement présentant une forte variabilité spatiale de la pluie. La prise en compte de cette variabilité par TOPODYN a permis une bonne reconstitution du débit de pointe largement sous estimé par TOPMODEL.

On se propose de poursuivre le développement de TOPMODEL et TOPODYN dans le cadre de l'OHM-CV et, en particulier, de tester l'influence de la variabilité spatiale de la pluie (observée à l'aide des radars et des réseaux de pluviomètres et simulée à l'aide des modèles atmosphériques) sur la réponse d'un ensemble de bassins versants cévenols.