Dissertations / Theses: 'Modélisation hydrologique'

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Duranel, Arnaud. "Hydrologie et modélisation hydrologique des tourbières acides du Massif Central (France)." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSES012/document.

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Abstract:

L'objet de la présente thèse est de caractériser, quantifier et modéliser les flux d'eau au sein de la Réserve Naturelle Nationale de la Tourbière des Dauges, située en Limousin (Massif Central, France) et qui inclue une tourbière acide de fond de vallon et son bassin versant. Un ensemble de techniques, incluant la description de coupes superficielles existantes, la réinterprétation de sondages géologiques profonds, la tomographie de résistivité électrique et une modélisation de la distribution spatiale des formations affleurantes, ont été utilisées pour caractériser la nature et la géométrie des formations d'altération du granite. Les dépôts alluviaux et tourbeux ont été caractérisés et cartographiés par sondage à la tarière et à la tige filetée, et leur conductivité hydraulique estimée par choc hydraulique. Les précipitations, les paramètres météorologiques nécessaires au calcul de l'évapotranspiration potentielle, les débits et niveaux dans les ruisseaux, et les niveaux piézométriques dans la tourbe et les formations minérales sous jacentes ont été mesurés en continu pendant trois ans. Le modèle hydrologique distribué à base physique MIKE SHE / MIKE 11 a été utilisé pour modéliser les écoulements et les niveaux piézométriques au sein de la tourbière et de son bassin versant avec un pas de temps quotidien et une résolution spatiale de IO m. Il est montré que les apports souterrains issus de la zone fissurée du granite et suintant au travers du dépôt tourbeux constituent une part quantitativement importante et fonctionnellement essentielle de la balance hydrique de la zone humide. La présence d'une nappe affleurante entraîne une évacuation rapide vers les cours d'eau des apports par ruissellement ou par précipitation directe du fait de la saturation des histosols. Toutefois, il est montré que le fonctionnement hydrologique à l'échelle locale peut s'éloigner de ce schéma général du fait d'une grande hétérogénéité du taux d'humification et de la conductivité hydraulique de la tourbe, de la présence de dépôts alluviaux très perméables sous ou au sein du dépôt tourbeux et de perturbations anthropiques passées. Une fois calibré, le modèle hydrologique, qui représente la zone fissurée du socle granitique comme un milieu poreux équivalent, donne des résultats satisfaisants à très bons selon les indicateurs de performance utilisés: il est capable de reproduire les débits dans les cours d'eau au niveau des quatre stations de jaugeage disponibles, et le niveau de la nappe dans la plupart des piézomètres installés. A l'échelle du bassin versant étudié, le niveau moyen de la nappe simulé par le modèle montre une très bonne concordance avec la distribution observée des végétations de zone humide, cartographiée de manière indépendante. Les analyses de sensibilité ont montré que la porosité efficace et la conductivité hydraulique horizontale de la zone fissurée du granite sont les paramètres auxquels les débits et les niveaux de nappe (y compris dans la tourbe) simulés par le modèle sont les plus sensibles, ce qui démontre l'importance d'une meilleure caractérisation des formations d'altération du granite dans tout le bassin versant pour la compréhension et la modélisation du fonctionnement hydrologique de ce type de zone humide. Le modèle a été utilisé pour simuler l'impact potentiel d'un changement d'occupation des sols au sein du bassin versant sur la balance hydrique et les niveaux de nappe dans la zone humide, ainsi que sur les débits dans les cours d'eau. Le modèle suggère que le remplacement des végétations conduirait à une réduction substantielle des apports de surface et souterrains à la tourbière et à un abaissement conséquent des niveaux de nappe dans les histosols en période estivale
This thesis identifies, quantifies and models water fluxes within the Dauges National Nature Reserve, an acidic valley mire in the French Massif Central. A range of techniques were used to investigate the nature and geometry of granite weathering formations and of peat deposits. Rainfall, reference evapotranspiration, stream discharge, stream stage, groundwater table depths and piezometric heads were monitored over a three-year period. The distributed, physics-based hydrological model MIKE SHE / MIKE 11 was used to model water flow within the mire and its catchment. lt was shown that the mire is mostly fed by groundwater flowing within the densely fissured granite zone and upwelling through the peat deposits. Upwelling to the peat layer and see page to overland flow were highest along the mire boundaries. However hydrological functioning differs from this general conceptual model in some locations due to the high variability of the peat hydraulic characteristics, the presence of highly permeable alluvial deposits of past human interference including drainage. The equivalent porous medium approach used to mode groundwater flow within the fissured granite zone gave satisfactory results : the model was able to reproduce discharge at several locations within the high-relief catchment and groundwater table depth in most monitoring points. Sensitivity analyses showed that the specific yield and horizontal hydraulic conductivity of the fissured zone are the parameter to which simulated stream discharge and groundwater table depth, including in peat, are most sensitive. The model was forced with new vegetation pararneters to assess the potential impacts of changes in catchment land use on the mire hydrological conditions. Replacement of the broad leaf woodlands that currently cover most of the catchment with conifer plantations would lead to a substantial reduction in surface and groundwater intlows to the mire and to a substantial drop in summer groundwater table depths, particularly along the mire margins

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Furusho, Carina. "Modélisation hydrologique des bassins versants périurbains." Ecole centrale de Nantes, 2011. http://www.theses.fr/2011ECDN0035.

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Abstract:

Les changements les plus rapides et les plus marquants dus à l’urbanisation se produisent dans les zones de transition entre la ville et la campagne, en milieu périurbain. Afin de comprendre et de reproduire le comportement hydrologique des cours d’eau périurbains, modifiés par leur aménagement progressif, de nouveaux modèles doivent être développés. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre du projet AVuPUR (Assessing the Vulnerability of Peri-Urban Rivers) qui vise à proposer des outils pour quantifier l’impact de l’artificialisation des bassins versants sur leur régime hydrologique et les chemins de l’eau associés. L’approche choisie part d’un modèle développé à Météo France, appartenant à une plateforme couplée aux modèles météorologiques de prévision et de recherche. Le travail a consisté à ajouter les éléments artificiels principaux tels que les surfaces imperméabilisées et les réseaux d’assainissement, pour prendre en compte les spécificités urbaines des écoulements de l’eau. Le modèle est appliqué sur le bassin versant de la Chézine, localisé dans la périphérie de Nantes. Une étude de sensibilité aux paramètres du modèle permet de mieux appréhender son fonctionnement et de déterminer l’influence de chacun des paramètres sur les débits à l’exutoire mais aussi sur les différents termes du bilan hydrique. Le modèle est testé dans des situations différentes afin d’une part de mieux comprendre l’impact de l’urbanisation sur les processus simulés et sur le bilan hydrique et d’autre part de tester les capacités du modèle à reproduire la réponse hydrologique selon différents scénarios d’aménagement
The greatest changes caused by the fast growing urbanization are concentrated in the transition between the cities and the countryside, in peri-urban areas. In order to enhance the knowledge and to reproduce the hydrological behavior of peri-urban rivers, new models must be developed. This PhD work takes part of the AVuPUR project (Assessing the Vulnerability of Peri-Urban Rivers). The objective of the project is to deliver adapted tools for quantifying the impact of artificial surfaces and urban structures within the catchments on its hydrological regime and pathways. The base model has first been developed by Météo France and it is part of a platform coupled to meteorological models that are used in both forecasts and research. Our contribution consists on the introduction of the main artificial elements, such as impervious surfaces and the sewer network, in order to represent urban zones water flow specific processes. The model is applied to the Chezine watershed, in the suburbs of Nantes, western France. A sensitivity analysis has been carried out, enhancing the comprehension on how the model works and also to identify the influence of each parameter on simulated discharges and on the components of the water budget. The model is tested under different land-use scenarios so that we could study the impact of urban zones in the simulated processes and on the annual water budget. Furthermore, the study evaluates the model capability of simulating and providing a hydrological analysis to compare different land-use scenarios

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Cauduro, Dias de Paiva Rodrigo. "Hydrologie du bassin amazonien : compréhension et prévision fondées sur la modélisation hydrologique-hydrodynamique et la télédétection." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2009/.

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Abstract:

Le bassin Amazonien est connu comme le plus grand système hydrologique du monde et pour son rôle important sur le système terre, influençant le cycle du carbone et le climat global. Les pressions anthropiques récentes, telles que la déforestation, les changements climatiques, la construction de barrage hydro-électriques, ainsi que l'augmentation des crues et sècheresse extrêmes qui se produisent dans cette région, motivent l'étude de l'hydrologie du bassin Amazonien. Dans le même temps, des méthodes hydrologiques de modélisation et de surveillance par observation satellitaire ont été développées qui peuvent fournir les bases techniques à cette fin. Ce travail a eu pour objectif la compréhension et la prévision du régime hydrologique du bassin Amazonien. Nous avons développé et évaluer des techniques de modélisation hydrologique-hydrodynamique de grande échelle, d'assimilation de données in situ et spatiales et de prévision hydrologique. L'ensemble de ces techniques nous a permis d'explorer le fonctionnement du bassin Amazonien en terme de processus physiques et de prévisibilité hydrologique. Nous avons utilisé le modèle hydrologique-hydrodynamique de grande échelle MGB-IPH pour simuler le bassin, le forçage précipitation étant fourni par l'observation spatiale. Les résultats de la modélisation sont satisfaisants lorsque validés à partir de données in situ de débit et de hauteurs d'eau mais également de données dérivées de l'observation spatiale incluant les niveaux d'eau déduits de l'altimètrie radar, le contenu en eau total issu de la gravimétrie satellitaire, l'extension des zones inondées. Nous avons montré que les eaux superficielles sont responsables en grande partie de la variation du stock total d'eau, l'influence des grands plans d'eau sur la variabilité spatiale des précipitations et l'influence des plaines d'inondation et des effets de remous sur la propagation des ondes de crues. Nos analyses ont montré le rôle prépondérant des conditions initiales, en particulier des eaux superficielles, pour la prévisibilité des grands fleuves Amazoniens, la connaissance des précipitations futures n'ayant qu'une influence secondaire. Ainsi, pour améliorer l'estimation des variables d'état hydrologiques, nous avons développé, pour la première fois, un schéma d'assimilation de données pour un modèle hydrologique-hydrodynamique de grande échelle, pour l'assimilation de donnèes de jaugeages in situ et dérivées de l'altimètrie radar (dèbit et hauteur d'eau), dont les résultats se sont montrés satisfaisants. Nous avons également développé un prototype de système de prévision des débits pour le bassin Amazonien, basé sur le modèle initialisé avec les conditions initiales optimales fournies par le schéma d'assimilation de données, et en utilisant la pluie estimée par satellite disponible en temps réel. Les résultats ont été prometteurs, le modèle étant capable de prévoir les débits dans les principaux fleuves Amazoniens avec une antécédence importante (entre 1 et 3 mois), permettant d'anticiper, par exemple, la sècheresse extrême de 2005. Ces résultats démontrent le potentiel de la modélisation hydrologique appuyé par l'observation spatiale pour la prévision des débits avec une grande antécédence dans les grands bassins versant mondiaux
The Amazon basin is known as the world's main hydrological system and by its important role in the earth system, carbon cycle and global climate. Recent anthropogenic pressure, such as deforestation, climate change and the construction of hydropower dams, together with increasing extreme floods and droughts, encourage the research on the hydrology of the Amazon basin. On the other hand, hydrological methods for modeling and remotely sensed observation are being developed, and can be used for this goal. This work aimed at understanding and forecasting the hydrology of the Amazon River basin. We developed and evaluated techniques for large scale hydrologic-hydrodynamic modeling, data assimilation of both in situ and remote sensing data and hydrological forecasting. By means of these techniques, we explored the functioning of the Amazon River basin, in terms of its physical processes and its hydrological predictability. We used the MGB-IPH large scale hydrologichydrodynamic model forced by satellite-based precipitation. The model had a good performance when extensively validated against in situ discharge and stage measurements and also remotely sensed data, including radar altimetry-based water levels, gravimetric-based terrestrial water storage and flood inundation extent. We showed that surface waters governs most of the terrestrial water storage changes, the influence of large water bodies on precipitation spatial variability and the importance of the floodplains and backwater effects on the routing of the Amazon floodwaves. Analyses showed the dominant role of hydrological initial conditions, mainly surface waters, on hydrological predictability on the main Amazon Rivers, while the knowledge of future precipitation may be secondary. Aiming at the optimal estimation of these hydrological states, we developed, for the first time, a data assimilation scheme for both gauged and satellite altimetry-based discharge and water levels into a large scale hydrologic-hydrodynamic model, and it showed a good performance. We also developed a forecast system prototype, where the model is based on initial conditions gathered by the data assimilation scheme and forced by satellite-based precipitation. Results are promising and the model was able to provide accurate discharge forecasts in the main Amazon rivers even for very large lead times (~1 to 3 months), predicting, for example, the historical 2005 drought. These results point to the potential of large scale hydrological models supported with remote sensing information for providing hydrological forecasts well in advance at world's large rivers and poorly monitored regions

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Yonaba, Harouna. "Modélisation hydrologique hybride : réseau de neurones - modèle conceptuel." Thesis, Université Laval, 2009. http://www.theses.ulaval.ca/2009/26583/26583.pdf.

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Wotling, Geoffroy. "Caractérisation et modélisation de l'aléa hydrologique à Tahiti." Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20170.

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Abstract:

L'île volcanique tropicale de Tahiti se caractérise par des contrastes hydro-climatiques et une exposition au risque pluvial particulièrement prononcés. Dans ce contexte, l'aléa hydrologique est analyse à travers ses trois principaux aspects : la distribution spatio-temporelle des pluies extrêmes, la transformation pluie-débit et les flux de matières associes aux écoulements. Par inférence des régressions multiples établies entre les composantes principales de l'environnement topographique et les paramètres de Gumel, on aboutit à la cartographie de l'aléa climatique dans un milieu fortement anisotropique ou l'instationnarité spatiale ne pouvait être restituée par les techniques usuelles de géostatistique. L'approche progressive (descriptive statistique, systémique globale, conceptuelle spatialisée) des relations pluie-débité étudiées sur trois sites expérimentaux a permis d'identifier les principaux facteurs influençant la genèse des écoulements, de définir la nature analytique de la transformation et de préciser la localisation des zones productives à partir de certains concepts originaux sur le transfert. Il en ressort un fonctionnement hydrologique très hétérogène, valide en extrapolation par des enregistrements exceptionnels de crues extrêmes et apparemment transposable d'un site à l'autre uniquement sur des critères géographiques simples. Les mesures de concentrations confirment que les rejets pluviaux sont essentiellement particulaires, étroitement liés aux activités anthropiques et à l'intensité des processus de ruissellement. Par une modélisation simple, on montre également qu'un évènement extrême peut générer en 24h une charge équivalente à plusieurs années hydrologiques moyennes. Cette approche essentiellement spatialisée a largement contribue à l'avancée des connaissances sur l'hydrologie des versants tahitiens. Il est probable que des principes similaires puissent être appliques sur d'autres milieux contrastes notamment ceux de type volcanique insulaire tropical.

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Saadi, Mohamed. "Représentation de l’urbanisation dans la modélisation hydrologique à l’échelle du bassin versant." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS374.

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Abstract:

Afin de déterminer l'impact hydrologique de l'étalement urbain à venir, la modélisation hydrologique est très utile car elle permet de traduire les scénarios d'urbanisation en scénarios hydrologiques en tenant compte de la variabilité climatique. Malgré la diversité actuelle des modèles hydrologiques applicables sur les bassins urbanisés, ces modèles sont en général développés sur un nombre limité de bassins versants, ce qui pose la question de leur robustesse. L'objectif de cette thèse est de chercher une structure de modèle hydrologique capable de reproduire la relation pluie-débit pour un large échantillon de bassins versants urbanisés, situés en France et aux États-Unis, et caractérisés par différents niveaux d'étalement urbain. Pour ce faire, nous sommes partis d'une structure de modèle conceptuel (GR4H), fonctionnant au pas de temps horaire mais non dédiée aux bassins versants urbanisés. Pour arriver à nos objectifs, nous avons considéré quatre étapes : (1) la collecte et la préparation d'un large échantillon de données pour plus de 2000 bassins versants situés en France et aux États-Unis. L'analyse de la variabilité des coefficients de ruissellement de 852 bassins nord-américains a montré une dépendance non seulement au taux moyen d'imperméabilité totale (TIA), mais aussi aux conditions d'humidité du sol quel que soit le niveau d'étalement urbain du bassin versant ; (2) le test de la structure de départ sur les bassins fortement urbanisés. Cette étape a montré l'aptitude des paramètres du modèle GR4H à traduire les spécificités du comportement hydrologique en contexte urbanisé ; (3) la régionalisation des paramètres de la structure de départ GR4H pour les lier à la fraction du couvert urbain. Les relations de régression obtenues ont été performantes mais peu sensibles à la caractérisation du couvert urbain ; (4) la modification pas-à-pas de la structure de GR4H en rajoutant le ruissellement sur les surfaces imperméables, et en variant le partage entre écoulement rapide et écoulement lent en fonction de chaque bassin. L'évaluation de ces modifications sur 273 bassins versants urbanisés a indiqué une amélioration de la simulation des écoulements surtout lors des périodes sèches et des périodes de crue. Les paramètres rajoutés ont montré une forte dépendance au taux moyen d'imperméabilité totale. Les travaux de cette thèse montrent un exemple de démarche constructive de développement de modèle hydrologique, par laquelle nous avons réussi à améliorer la représentation de l'urbanisation au sein du modèle tout en obtenant de meilleurs résultats en comparant avec des séries observées. Un effort de régionalisation de la nouvelle structure en exploitant des mesures de fragmentation du paysage urbain permettra une étude d'impact de différents schémas d'urbanisation future sur la réponse hydrologique
In order to determine the hydrological impact of future urban development, hydrological modeling is very useful because it allows obtaining hydrological scenarios from urbanization scenarios by considering climate variability. Despite the current diversity of applicable hydrological models to urbanized catchments, those models were generally tested on few catchments, which raises the question of their robustness. The objective of this thesis is to look for a hydrological model structure that is able to reproduce the rainfall-runoff relationship for a large sample of urbanized catchments, located in France and the United States, and characterized by a wide variety of urban sprawl. To do so, we started from an hourly conceptual model structure (GR4H) which was not specifically developed nor tested on highly urbanized catchments. We followed four steps: (1) The collection and preparation of a large sample of data for more than 2000 catchments located in France and the United States. The analysis of the variability of event runoff ratio for 852 US catchments showed the dependence of catchment response not only on mean total impervious area (TIA), but also on antecedent soil moisture conditions regardless of the level of urban sprawl in the catchment; (2) The test of the starting model structure on highly urbanized catchments. This step showed the ability of GR4H parameters to reflect the behavioral specificities of urbanized catchments; (3) The regionalization of GR4H parameters in order to relate them to the fraction of urban cover in the catchment. The obtained regression relationships performed well but showed weak sensitivity to change in the fraction of urban cover, which impeded their use for scenario prediction; (4) The step-by-step modification of the GR4H model structure by including excess rainfall on impervious surfaces, and by varying the partitioning between quick flow and slow flow depending on each catchment. The evaluation of these modifications on 273 urbanized catchments indicated an improvement in reproducing the observed flows in comparison to the original structure, especially during dry and flooding periods. The added parameters showed a strong dependence on the mean total impervious area. This thesis work illustrates a constructive modeling approach by which we have succeeded in both (1) improving the representation of urbanization within the model and (2) obtaining better simulation of catchment response. An effort of regionalizing the new model structure using measures of urban landscape fragmentation will allow to better estimate the impact of different urban planning schemes on the hydrological behavior at the catchment scale

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Kittavong, Sisouvanh. "Exploration de nouvelles structures de modélisation hydrologique globale conceptuelle." Doctoral thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66670.

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Abstract:

Plusieurs modèles hydrologiques ont été développés au cours des dernières décennies. Un modèle hydrologique devrait être capable de représenter tous les bassins versants. Les performances des modèles dépendent des caractéristiques du bassin versant étudié; aucun modèle ne convient à toutes les tâches de modélisation. Cette thèse de doctorat a pour but de proposer une méthode de sélection de modèles parmi un grand nombre de candidats. Elle prend en compte : l'identification d'une banque de modèles performants pour des conditions climatiques différentes et la sélection de modèles appropriés selon les conditions climatiques du bassin versant (aride, tempéré ou continentale) et les objectifs de modélisation (débits élevés, moyens ou faibles). La recherche est basée sur 1446 modèles construits en utilisant l‘approche multistructure empirique (Ensemble Multistructure Framework, EMF) et 100 bassins versants états-uniens aux conditions climatiques diversifiées. L'objectif de cette étude est de valoriser les approches flexibles afin d'identifier des modèles performants pour une diversité de climats. La sélection des modèles est ainsi basée sur les performances individuelles de 1446 modèles en les comparant avec un modèle de référence (GR4J). Sur la base de cette étude, une banque de 80 modèles diversifiés, issus des 1446 modèles initiaux, a été proposée pour d‘autres applications. Pour évaluer l'impact du climat et de la métrique sur la performance du modèle, les 80 modèles présélectionnés ont été évalués sur les trois types de climat et sur les trois objectifs de modélisation. Cette étude propose au final quatre nouveaux modèles hydrologiques conceptuels, adaptés à des conditions climatiques et hydrologiques spécifiques. La modélisation hydrologique demeure imparfaite en raison d'un grand nombre d'incertitudes liées notamment à la description de la transformation pluie-débit par les structures du modèle hydrologique. L'approche multimodèle est une solution alternative, parce que la combinaison de modèles existants peut mener à de meilleurs résultats par rapport aux modèles individuels. La diversité des structures des modèles constitue souvent un des premiers principes du fonctionnement d‘un multimodèle de manière à compenser les erreurs et à améliorer les performances. Les 80 modèles présélectionnés et l'algorithme Backward Greedy Selection (BGS) sont ainsi utilisés afin de sélectionner l‘ensemble des modèles à combiner. Les tests ont été effectués sur six critères (MCRPS, KGEsqrt, Mlogs, NRD, PIT et RDmse). Les résultats montrent que l'optimisation par MCRPS est la plus intéressante.
Many hydrologic models were developed in the last few decades. They should be capable of simulating all of the catchments but, in practice, their performance is dependent on the geology and climate, so no model structure is suitable for all modeling tasks. This doctoral thesis aims at proposing a model selection method, from a grand pool of candidates, which accounts for the identification of a pool of successful models in diversified climates conditions and the selection of appropriate models for the catchment climatic conditions (arid, humid, and continental) and modeling objectives (high, medium and low flows). It is based on 1446 models constructed using the Ensemble Multistructure Framework (EMF) and 100 climatically diversified American catchments. The focus of this study is to value flexible modeling approaches to identify successful models for a variety of climates. The model selection is first based on the individual performance of the 1446 models, comparing them to a reference model (GR4J). A pool of 80 diversified models is then identified for further investigation. To evaluate the impact of climate and metric on model performance, the 80 preselected models are evaluated on the three types of climates and three modeling objectives. At the end, four new lumped conceptual hydrologic models are tailored for specific climate and flow conditions. Hydrological modeling remains imperfect due to a large number of uncertainties, particularly related to the description of rainfall-flow transformation by hydrological model structures. The multimodel approach is an alternative solution, because the combination of existing models gives better results than individual ones. The diversity of model structures touches one of the first principles of the operation of a multimodel is the compensation of the errors to improve the performances. The 80 preselected models and the Backward Greedy Selection (BGS) algorithm are then used to select the models set to combine. Tests are performed on six optimizations (MCRPS, KGEsqrt, Mlogs, NRD, PIT and RDmse). Results show that, the optimization by the MCRPS is most interesting when compare to other criterions.

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Le, Lay Matthieu. "Modélisation hydrologique dans un contexte de variabilité hydro-climatique : une approche comparative pour l'étude du cycle hydrologique à méso-échelle au Bénin." Grenoble INPG, 2006. http://www.theses.fr/2006INPG0012.

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Abstract:

Ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), vise à modéliser le fonctionnement hydrologique de la Haute Vallée de l'Ouémé (14400 km²) au Bénin. Il a pour but de réaliser une première estimation des bilans hydrologiques et de contribuer au développement d'outils capables de simuler les impacts climatiques et anthropiques sur la ressource en eau. Dans un premier temps, nous avons cherché à caractériser le fonctionnement hydrologique de la région, et à quantifier les principaux termes du bilan hydrologique à méso-échelle. Pour conceptualiser ces bassins versants, une démarche comparative a été adoptée, et deux modélisations parcimonieuses ont été mises en oeuvre: GR4J, structure empirique et générique, et TOPAMMA, formalisme dérivé de TOPMODEL et développé au cours de ce travail. Un cadre d'évaluation complet a été défini, permettant de juger les modèles en terme: (i) de performances, (ii) d'incertitudes associées à leurs prédictions ; (iii) de réalisme. Ainsi, bien que leurs performances pour simuler la relation pluie-débit soient comparables, ces modèles se distinguent lorsque les incertitudes sur les simulations et les autres composantes du cycle hydrologique sont considérées. La variabilité hydro-climatique observée dans la région au cours de 50 dernières années a également permis d'évaluer le pouvoir d'extrapolation des modèles et leur application dans des conditions non stationnaires. Nous nous sommes en particulier intéressés aux aspects méthodologiques de la détection de changements de la relation pluie-débit à partir des modèles hydrologiques. Enfin, une première estimation de la sensibilité de la réponse hydrologique au régime de mousson a été réalisée, à travers différents scénarios de forçage pluviométrique
The aim of this PhD is to model the hydrological behaviour of the Upper Ouémé catchment (14400 km²) in Benin. It is a part of the AMMA project (African Monsoon Multidiciplinary Analysis). We estimate the water balance and develop tools to predict climatic and anthropogenic impacts on water resources. First, the hydrological behaviour of the catchments and the main parts of the mesoscale water balance have been characterized. To represent the catchments under study, two parcimonious models have been applied : GR4J, an empirical generic structure, and TOPAMMA, a modified version of TOPMODEL developed during this work. To evaluate these models, a complete framework has been defined, to assess the two models in term of : (i) performance, (ii) uncertainties, (iii) realism. Although runoff simulations are similarly good, the two models show significantly different uncertainties and water balance estimations. The hydro-climatic variability experienced by the region over the last fifty years allows us to study the application of models in non stationary conditions. First, we focused our work on the use of models to detect changes in hydrological behaviour. Finally, the sensitivity of the hydrological response to changes in monsoon regime has been explored through various rainfall scenarios

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Giangola-Murzyn, Agathe. "Modélisation et paramétrisation hydrologique de la ville, résilience aux inondations." Phd thesis, Université Paris-Est, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01060497.

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Abstract:

L'évolution constante des villes passe par l'urbanisation des zones encore disponibles induisant des effets sur les bilans hydriques des celles-ci. De plus, le changement climatique susceptible d'exacerber les extrêmes (dont les inondations) influence lui aussi ces bilans. La ville est donc un objet hydrologique spécifique qu'il faut replacer dans son contexte évolutif, ce qui élargit considérablement la gamme d'échelles spatio-temporelles à prendre en compte pour son analyse et sa simulation. L'Union Européenne considère que la gestion du risque d'inondation doit remplacer la défense classique contre celle-ci. Cette nouvelle approche est plus holistique : elle prend en compte toutes les composantes du risque et cherche a réduire la vulnérabilité des récepteurs (habitants, bâtiments et infrastructures). Elle débouche sur la question de la résilience des systèmes urbains où les technologies correspondantes doivent être intégrées en des systèmes résilients aux inondations. Il est donc indispensable de développer des outils permettant l'évaluation de la performance de ces derniers, et ce à différentes échelles. Ces préoccupations ont défini l'axe de développement de Multi-Hydro : faire interagir des modèles déjà éprouvés représentant une composante du cycle de l'eau, permettre d'effectuer ainsi des progrès substantiels dans la modélisation de l'eau en ville avec une facilité d'utilisation. Multi-Hydro est ainsi basé sur des équations physiques supportées par des modèles distribués couplés. Grâce à un outil SIG dédié, MH-AssimTool, les informations géographiques et physiques nécessaires à la modélisation sont facilement assimilés pour chaque zone et résolution. En effet, une attention particulière été portée sur les observables ayant le moins de dépendance en échelle. L'emploi d'outils d'analyse multi-échelles permet de représenter leur variabilité et de définir des paramétrisations robustes du fonctionnement hydrologique à différentes échelles. L'ensemble de ces développements a été utilisé pour aborder la question de la résilience face aux inondations à différentes échelles d'un système urbain, dans le cadre de différents projets européens (SMARTeST, RainGain, BlueGreenDream) ou nationaux (Ville Numérique), à l'aide d'une approche systémique sur des scénarios pour plusieurs cas d'étude :- un petit bassin versant de Villecresnes (Val-de-Marne) qui a servi a l'évaluation des impacts de chaque modification apportée au modèle au cours de son développement.- la partie Est de la commune de Saint-Maur-des-Fossés (Val-de-Marne) qui a subi un audit de l'état du réseau d'assainissement (cartographie précise des canalisations et campagnes de mesures) et dont les résultats préliminaires ont permis de poser la problématique de la modélisation des rivières.- un quartier d'Heywood (grande banlieue de Manchester, Royaume Uni), qui a subi plusieurs inondations durant la dernière décennie et demande une modélisation assez fine pour permettre l'évaluation de l'impact de quatre scénarios de protection.- le bassin versant de la Loup, dont l'exutoire est occupé par un bassin de stockage des eaux de pluie, a été modélisé pour quatre évènements d'intensités et de durées variables et a permis de débuter la validation du modèle.- la zone de Spaanse Polder (Rotterdam, Pays Bas), pose la problématique de la modélisation des zones très planes au système de drainage complexes (pompes, exutoires multiples). Cette zone permet de guider les développements futurs de Multi-Hydro. Dans le contexte de l'amélioration de la résilience des villes face aux inondations, Multi-Hydro se place comme étant un outil qui offre la possibilité de simuler des scénarios permettant l'évaluation des impacts à l'échelle globale de modifications à plus petites échelles. Grâce a sa facilité de mise en place que lui confère MH-AssimTool, ainsi que sa structure modulaire et sa liberté de licence, Multi-Hydro est en train de devenir un outil d'aide à la décision

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Garcia, Florine. "Amélioration d'une modélisation hydrologique régionalisée pour estimer les statistiques d'étiage." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066653/document.

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Abstract:

L'estimation d'indices d'étiage est d'une grande importance pour une meilleure connaissance de la ressource en eau disponible et en déduire des règles de gestion de cette ressource et des risques associés. Idéalement, ces indices sont calculés en sites jaugés à partir de longues chroniques de débits mesurés. En sites non jaugés, ces indices doivent être estimés. Cette thèse s'inscrit dans le projet d'amélioration de l'outil informatique " LoiEau " utilisé par les DREAL et les Agences de l'eau. Le principal objectif est de développer un modèle hydrologique simple et flexible pour estimer tous les indices d'étiage souhaités à des intervalles de temps journaliers ou supérieurs en sites non jaugés. La simplicité du modèle repose sur l'hypothèse forte que deux paramètres plus facilement régionalisables suffisent à estimer les indices avec une précision voulue. Cette précision dépend de la fonction objectif qu'il a fallu adapter aux faibles débits pour caler convenablement les paramètres du modèle sur des sites jaugés. Le modèle se veut flexible dans le sens où il est applicable à une large variété de bassins versants. Il a été comparé au modèle journalier à quatre paramètres GR4J et au modèle mensuel à deux paramètres LoiEau en s'intéressant aussi à la façon de régionaliser les paramètres. Des comparaisons ont également été réalisées avec une méthode d'estimation dite stochastique d'un indice d'étiage classique. Ces travaux montrent le potentiel du modèle à deux paramètres et l'avantage du pas de temps journalier, la variabilité temporelle des précipitations n'étant pas sans conséquence sur l'estimation de débits moyens en raison de la non-linéarité des modèles pluies-débits
Estimating low-flow indices is of paramount importance to understand low flows and to manage water resources and risk assessments. These indices are derived from time-series of river discharges that are measured at gauged sites over long periods. At ungauged sites, the indices must be estimated. This research work is part of a project to improve “LoiEau”, a software package that is used by French regional environmental or water agencies. The main objective is to develop a simple and flexible rainfall-runoff model to simulate low-flow indices of ungauged sites at daily or longer time intervals. The model simplicity relies on the strong assumption that two free parameters are sufficient to provide accurate enough estimates of low-flow indices, yet making easier the regionalisation of models. The model accuracy depends on the objective function that is used to calibrate model parameters on gauged sites and had to be adapted to low-flow simulations. The model is flexible in the sense that it is designed to fit to a wide variety of catchments and hydro-meteorological behaviours. This model was compared with GR4J, a daily rainfall-runoff model which involves four parameters, and LoiEau, a monthly model. Comparisons were also carried out with a stochastic estimation method applied to a specific low-flow index. This research work shows the potential of the two-parameter model, but also the advantage of a daily time step to account for the temporal variability of precipitations, which is not without consequence on the assessment of average discharges due to the nonlinearity of rainfall-runoff models

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Garcia, Florine. "Amélioration d'une modélisation hydrologique régionalisée pour estimer les statistiques d'étiage." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066653.

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Abstract:

L'estimation d'indices d'étiage est d'une grande importance pour une meilleure connaissance de la ressource en eau disponible et en déduire des règles de gestion de cette ressource et des risques associés. Idéalement, ces indices sont calculés en sites jaugés à partir de longues chroniques de débits mesurés. En sites non jaugés, ces indices doivent être estimés. Cette thèse s'inscrit dans le projet d'amélioration de l'outil informatique " LoiEau " utilisé par les DREAL et les Agences de l'eau. Le principal objectif est de développer un modèle hydrologique simple et flexible pour estimer tous les indices d'étiage souhaités à des intervalles de temps journaliers ou supérieurs en sites non jaugés. La simplicité du modèle repose sur l'hypothèse forte que deux paramètres plus facilement régionalisables suffisent à estimer les indices avec une précision voulue. Cette précision dépend de la fonction objectif qu'il a fallu adapter aux faibles débits pour caler convenablement les paramètres du modèle sur des sites jaugés. Le modèle se veut flexible dans le sens où il est applicable à une large variété de bassins versants. Il a été comparé au modèle journalier à quatre paramètres GR4J et au modèle mensuel à deux paramètres LoiEau en s'intéressant aussi à la façon de régionaliser les paramètres. Des comparaisons ont également été réalisées avec une méthode d'estimation dite stochastique d'un indice d'étiage classique. Ces travaux montrent le potentiel du modèle à deux paramètres et l'avantage du pas de temps journalier, la variabilité temporelle des précipitations n'étant pas sans conséquence sur l'estimation de débits moyens en raison de la non-linéarité des modèles pluies-débits
Estimating low-flow indices is of paramount importance to understand low flows and to manage water resources and risk assessments. These indices are derived from time-series of river discharges that are measured at gauged sites over long periods. At ungauged sites, the indices must be estimated. This research work is part of a project to improve “LoiEau”, a software package that is used by French regional environmental or water agencies. The main objective is to develop a simple and flexible rainfall-runoff model to simulate low-flow indices of ungauged sites at daily or longer time intervals. The model simplicity relies on the strong assumption that two free parameters are sufficient to provide accurate enough estimates of low-flow indices, yet making easier the regionalisation of models. The model accuracy depends on the objective function that is used to calibrate model parameters on gauged sites and had to be adapted to low-flow simulations. The model is flexible in the sense that it is designed to fit to a wide variety of catchments and hydro-meteorological behaviours. This model was compared with GR4J, a daily rainfall-runoff model which involves four parameters, and LoiEau, a monthly model. Comparisons were also carried out with a stochastic estimation method applied to a specific low-flow index. This research work shows the potential of the two-parameter model, but also the advantage of a daily time step to account for the temporal variability of precipitations, which is not without consequence on the assessment of average discharges due to the nonlinearity of rainfall-runoff models

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Xavier, Luciano. "Modélisation hydrologique à partir de données GRACE : application sur les bassins versants brésiliens." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/2023/.

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Abstract:

Une bonne compréhension du cycle continental de l'eau est un enjeu crucial de la modélisation climatique. La mission de gravimétrie spatiale GRACE lancée en 2002 a permis pour la première fois de mesurer les variations temporelles de la gravité terrestre avec une résolution temporelle de l'ordre du mois. Sur le domaine continental, les variations temporelles de la gravité résultent principalement des redistributions saisonnières et interannuelles de masse d'eau dans les bassins fluviaux. Ainsi GRACE est un outil unique pour étudier le bilan d'eau dans les grands bassins fluviaux et le cycle continental de l'eau. Dans le présent travail de thèse, on a étudié les variations du stock d'eau total mesuré par GRACE dans les bassins fluviaux du continent sud-américain, en particulier dans le bassin amazonien. On a analysé les évolutions spatio-temporelles du stock d'eau dans chacun des sous bassins de l'Amazone, leur lien avec les données de hauteur d'eau in situ le long des cours d'eau et avec les précipitations. On a pu mettre en évidence la forte signature du phénomène ENSO sur l'hydrologie de ce bassin et la réponse du stock d'eau total à ce forçage. Dans une dernière partie, on a abordé la question de l'utilisation des données GRACE dans la modélisation hydrologique du sous bassin du Rio Negro. Les principales limitations de la modélisation actuelle ont été mises en évidence et on a discuté les perspectives d'améliorations futures
Understanding large scale water fluxes is a great challenge to be met when addressing climate modeling. Data from space gravimetry GRACE mission has been derived since 2002 for allowing a more precise determination of the Earth gravity field. Over the continents, main gravity changes taking place at the seasonal scale are due to the water cycle. Thus, since the planning phase GRACE data had been envisaged as a unique source of information on water cycle variability on large scale. This has been fully attested since its data became available for the scientific community. The present Ph. D. Thesis aims at discussing Total Water Storage (TWS) series derived from GRACE solutions suitability as an additional data source for large scale hydrological modeling. A great effort has been done in analyzing TWS spatiotemporal variability over large Brazilian watersheds, especially the Amazon basin. The obtained results show that GRACE TWS series could represent main water cycle characteristics at the seasonal and interannual scale. As a next step, the suitability of integrating GRACE TWS data has been addressed within a simple approach applied to the Negro River basin, one of the most important subbasins of Amazon watershed. From the obtained results many of the limitations in using these data for hydrological modeling purposes could be discussed, and a improved framework for analysis has then be proposed

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Dagès, Cécile. "Analyse et modélisation de l'influence de réseaux de fossés sur les échanges surface-souterrain en bassin versant méditerranéen." Montpellier 2, 2006. http://www.theses.fr/2006MON20138.

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Abstract:

L'influence des fossés sur les échanges surface-souterrain pendant une crue est étudiée par voie expérimentale et par voie numérique à l’échelle d'un tronçon de fossé et à l’échelle d’un réseau de fossés dense. A l’échelle du tronçon est établi un schéma de fonctionnement du massif de sol non saturé et saturé sous le fossé engendré par l'infiltration. Une approche de modélisation darcienne des écoulements permet de reproduire l’ensemble des processus dans la zone non saturée comme dans la nappe. A l'échelle du réseau de fossé, est observée la dynamique tridimensionnelle induite par l'infiltration dans le réseau. Le calcul du bilan hydrologique sur une unité de paysage permet de démontrer que la part de la recharge concentrée des nappes peu profondes en contexte Méditerranéen est significative. En terme de modélisation il s’avère indispensable de développer une approche de modélisation tridimensionnelle des écoulements tenant compte d’un point de vue découpage de l'espace, des réseaux de fossés, et d’un point de vue représentation des processus, de la zone non saturée et de la nappe

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Ricard, Simon, and Simon Ricard. "Évaluer l'évolution du régime hydrique à partir d'une configuration alternative de la chaîne de modélisation hydroclimatique dans un contexte de rareté des observations." Doctoral thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/37717.

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Abstract:

Une configuration alternative de la chaîne de modélisation hydroclimatique est proposée contournant la rareté des observations météorologiques nécessaires au post-traitement statistique des simulations climatiques ainsi qu’au calage du modèle hydrologique. Cette configuration propose de calibrer les fonctions de transfert nécessaires au post-traitement statistique conjointement aux paramètres du modèle hydrologique et repose sur l’hypothèse que les variations de débits observées à l’exutoire d’un bassin versant constituent un proxy valable des forçages climatiques correspondant. Cette configuration repose également sur la notion de « fonction-objectif asynchrone », c’est-à-dire un critère d’erreur négligeant volontairement la corrélation entre deux variables. Parce qu’elles sont largement dépendantes des observations disponibles, les configurations conventionnelles de la chaîne de modélisation hydroclimatique sont généralement limitées au déploiement des champs précipitations et températures. Elles sont conséquemment limitées à l’usage de formulations empiriques pour évaluer les processus hydrologiques à l’échelle du bassin versant. Par la mise en place de la configuration alternative, les champs humidité de l’air, rayonnement solaire et vitesse du vent sont intégrés à une chaîne complète de modélisation hydroclimatique, permettant la construction de projections hydrologiques à partir de la formulation physique d’évapotranspiration de référence de Penman-Montheith. Les projections ainsi produites sont comparées à celles issues d’une configuration conventionnelle employant des réanalyses comme substituts aux observations. Les deux configurations sont mises en place sur le bassin versant de la rivière Du Loup, un bassin forestier de taille intermédiaire localisé dans la Vallée du Saint-Laurent, à partir des simulations issues de l’ensemble climatique CRCM5-LE et du modèle hydrologique distribué à base physique WaSiM-ETH. L’analyse des projections hydrologiques produites démontrent la capacité de la configuration alternative à produire une réponse hydrologique cohérente, généralement plus robuste que celle produite par une configuration conventionnelle. Cette dernière s’avère sensible aux biais inscrits à même les réanalyses, affectant le post-traitement des séries simulées et l’identification des paramètres calibrés. Sur la période historique, la formulation de Penman-Montheith offre une représentation plus cohérente des fluctuations d’évapotranspiration comparativement à une formulation empirique basée exclusivement sur la température de l’air. La projection de l’évapotranspiration, des teneurs en eau dans le sol ainsi que des étiages estivaux se sont avérée sensibles aux choix de la formulation d’évapotranspiration. La configuration alternative proposée répond d’abord à une incohérence structurelle inscrite dans les configurations conventionnelles de la chaîne de modélisation hydroclimatique. Elle permet également le déploiement d’une modélisation hydroclimatique à base physique cohérente pour des régions où les observations météorologiques sont rares tel que les régions montagneuses ou septentrionales, ou bien en voie de développement.
Une configuration alternative de la chaîne de modélisation hydroclimatique est proposée contournant la rareté des observations météorologiques nécessaires au post-traitement statistique des simulations climatiques ainsi qu’au calage du modèle hydrologique. Cette configuration propose de calibrer les fonctions de transfert nécessaires au post-traitement statistique conjointement aux paramètres du modèle hydrologique et repose sur l’hypothèse que les variations de débits observées à l’exutoire d’un bassin versant constituent un proxy valable des forçages climatiques correspondant. Cette configuration repose également sur la notion de « fonction-objectif asynchrone », c’est-à-dire un critère d’erreur négligeant volontairement la corrélation entre deux variables. Parce qu’elles sont largement dépendantes des observations disponibles, les configurations conventionnelles de la chaîne de modélisation hydroclimatique sont généralement limitées au déploiement des champs précipitations et températures. Elles sont conséquemment limitées à l’usage de formulations empiriques pour évaluer les processus hydrologiques à l’échelle du bassin versant. Par la mise en place de la configuration alternative, les champs humidité de l’air, rayonnement solaire et vitesse du vent sont intégrés à une chaîne complète de modélisation hydroclimatique, permettant la construction de projections hydrologiques à partir de la formulation physique d’évapotranspiration de référence de Penman-Montheith. Les projections ainsi produites sont comparées à celles issues d’une configuration conventionnelle employant des réanalyses comme substituts aux observations. Les deux configurations sont mises en place sur le bassin versant de la rivière Du Loup, un bassin forestier de taille intermédiaire localisé dans la Vallée du Saint-Laurent, à partir des simulations issues de l’ensemble climatique CRCM5-LE et du modèle hydrologique distribué à base physique WaSiM-ETH. L’analyse des projections hydrologiques produites démontrent la capacité de la configuration alternative à produire une réponse hydrologique cohérente, généralement plus robuste que celle produite par une configuration conventionnelle. Cette dernière s’avère sensible aux biais inscrits à même les réanalyses, affectant le post-traitement des séries simulées et l’identification des paramètres calibrés. Sur la période historique, la formulation de Penman-Montheith offre une représentation plus cohérente des fluctuations d’évapotranspiration comparativement à une formulation empirique basée exclusivement sur la température de l’air. La projection de l’évapotranspiration, des teneurs en eau dans le sol ainsi que des étiages estivaux se sont avérée sensibles aux choix de la formulation d’évapotranspiration. La configuration alternative proposée répond d’abord à une incohérence structurelle inscrite dans les configurations conventionnelles de la chaîne de modélisation hydroclimatique. Elle permet également le déploiement d’une modélisation hydroclimatique à base physique cohérente pour des régions où les observations météorologiques sont rares tel que les régions montagneuses ou septentrionales, ou bien en voie de développement.

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Boucher, Marie-Amélie. "Modélisation hydrologique probabiliste par réseaux de neurones : calibration de la distribution prédictive." Thesis, Université Laval, 2006. http://www.theses.ulaval.ca/2006/24021/24021.pdf.

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Moussa, Roger. "Variabilité spatio-temporelle et modélisation hydrologique : application au bassin du Gardon d'Anduze." Montpellier 2, 1991. http://www.theses.fr/1991MON20100.

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Abstract:

Ce memoire presente un modele hydrologique spatialise, base sur des concepts physiques simplifies a des fins de gestion de la ressource en eau, tout en integrant le maximum d'informations spatiale et temporelle. Le bassin versant du gardon d'anduze (sud de la france) est retenu pour les applications. La demarche adoptee comporte deux parties: la premiere consiste en un inventaire et un traitement preliminaire de l'information disponible. On etudie la variabilite, d'une part spatiale de la structure du reseau hydrographique et de la structure des sous-bassins versants et d'autre part temporelle du champ pluviometrique. La caracterisation fractale de ces grandeurs conduit a degager leur caracteristiques independamment de l'echelle d'observation. La deuxieme partie est consacree au developpement du modele hydrologique. On discute separement des differents modules: la discretisation spatiale, le parametrage, le bilan vertical et la fonction de transfert. Une discretisation du sol en trois couches est specialement elaboree pour tenir compte des variables physiques du bassin (vegetation, topographie, texture du sol,. . . ). Le transfert de l'eau de chaque cellule hydrologique (ici les versants) s'effectue par un hydrogramme unitaire calcule a partir de la geomorphologie

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Aboujaoudé, Adel. "Modélisation hydrologique de l'infiltration dans les sols encroûtés à différentes échelles spatiales." Grenoble 1, 1991. http://www.theses.fr/1991GRE10050.

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Abstract:

L'objectif de cette etude est la modelisation mecaniste du processus d'infiltration dans les sols encroutes et ce a differentes echelles spatiales: l'echelle de la colonne de sol de laboratoire, l'echelle metrique correspondant a une section transversale de sillon et l'echelle regionale du versant. Dans le premier cas, deux modeles simulant le comportement hydrodynamique de la croute sont developpes et confrontes: modele d'impedance et de bi-couches. L'etude montre que du cote theorique ces deux modeles se valent mais, du cote pratique, le premier s'avere plus interessant. Dans le second cas, l'influence de la geometrie de la surface du sol et de la variabilite spatiale de l'apaisseur de la croute sont examinees. Les resultats d'un modele plan vertical sont compares a deux d'un modele unidimensionnel afin d'evaluer la perte de precision induite par cette derniere approche. Dans le dernier cas, l'infiltration est situee dans un contexte hydrologique. Elle est couplee au ruissellement et a l'ecoulement dans la nappe phreatique. L'accent est mis sur le role joue par la variabilite spatiale des parametres hydrodynamiques du sol et sur la pertinence du concept de milieu homogene equivalent

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Soutif-Bellenger, Myriam. "Eau, agriculture, changement climatique : apports d'une modélisation intégrée agro-hydrologique pour l'adaptation." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS469.

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Abstract:

L’agriculture consomme de l’eau pour répondre aux besoins biologiques des cultures. Quand l’eau apportée au sol par les précipitations n’est pas suffisante, de l’eau supplémentaire peut être prélevée dans les masses d’eau et apportée aux cultures : c’est ce qu’on appelle l’irrigation. Avec l’intensification du risque de sécheresse, les territoires agricoles sont particulièrement impactés par le changement climatique. Il est donc nécessaire de construire et évaluer des stratégies d’adaptation. Pour cela, nous devons prendre en compte l’évolution de la demande en eau d’irrigation dans les projections hydrologiques futures. Face à la multiplicité des enjeux liés à l’adaptation au changement climatique et à l’agriculture, il faut utiliser des approches intégrées et prenant en compte les incertitudes. Enfin, il est nécessaire de construire des stratégies concrètes, qui doivent donc être définies à une échelle suffisamment locale. Il existe déjà des modélisations explicites des agro-hydrosystèmes. Celles-ci sont cependant souvent complexes, car nécessitant une grande quantité de données et simulant de nombreux processus. A l’opposé, il existe de nombreux modèles hydrologiques, notamment les modèles conceptuels, qui sont parcimonieux, performants et opérationnels. Ceux-ci ne permettent cependant pas, en règle générale, de prendre en compte explicitement les usages. La thèse a donc porté sur le développement d’un cadre de modélisation de complexité intermédiaire. Tout d’abord, nous avons développé une modélisation intégrant i) une modélisation hydrologique conceptuelle, via le modèle GR5J journalier semi-distribué, ii) la modélisation de la demande en eau d’irrigation, via le modèle agronomique CropWat journalier, et iii) la modélisation d’ouvrages de stockage et de leur gestion, tels que des retenues et des barrages. Cette modélisation a été mise en place dans un premier temps sur le bassin versant de l’Aveyron aval. Les simulations de l’irrigation obtenues ont été comparées aux simulations de la plateforme MAELIA, modèle intégré agro-hydrologique explicite ayant fait l’objet de nombreux développements et d’enquêtes sur ce terrain. Le modèle a également été implémenté sur le bassin versant de la Seille, affluent de la Moselle, sur lequel il n’y a pas actuellement d’irrigation mais qui connaît aujourd’hui de premières difficultés liées aux sécheresses. Ensuite, un exercice prospectif interrogeant différents scénarios d’évolution locale de l’agriculture et de la gestion de l’eau a été déployé sur le bassin versant de la Seille. Des entretiens avec des acteurs locaux de l’eau et de l’agriculture ont ainsi permis de produire trois scénarios d’évolution plausibles sur le bassin versant de la Seille à échéance 2050, qui ont été implémentés dans la modélisation. Les travaux conduits dans cette thèse ont permis de confirmer l’intérêt et la nécessité d’intégrer les prélèvements en eau d’irrigation dans la modélisation hydrologique conceptuelle. Ainsi, les travaux ont mis en évidence les impacts des influences humaines dans l’hydrologie des bassins versants, et la sensibilité de la modélisation à différents scénarios agricoles et de gestion de l’eau. Notre recherche a également mis en évidence la nécessité de recourir à différents indicateurs, hydrologiques mais aussi relatifs à la satisfaction de la demande en eau, pour évaluer les impacts du changement climatique. Néanmoins, cette étude a révélé, sur le secteur d’étude prenant en compte les scénarios futurs (la Seille), la prédominance de l’incertitude liée aux projections climatiques sur les étiages futurs, devant l’incertitude liée à l’évolution de la demande en eau d’irrigation. Certaines projections conduisent ainsi à des difficultés importantes pour les cultures de printemps non irriguées, en particulier le maïs. Enfin, nous avons produit un cadre de modélisation parcimonieux généralisable et facilement réutilisable, qui pourrait être mobilisé sur d’autres territoires
Agriculture requires water to meet the biological needs of crops. When the water supplied to the soil by precipitation is not sufficient, additional water can be taken out from bodies of water and supplied to crops : this is irrigation. With the intensification of the risk of drought, agricultural territories are particularly affected by climate change. It is therefore necessary today to develop and evaluate adaptation strategies. To do this, we must take into account the evolution of irrigation water demand in future hydrological projections. Given the multiplicity of challenges related to climate change adaptation and agriculture, it is also important to implement integrated approaches and taking into account uncertainties. Furthermore, it is necessary to formulate concrete strategies, which must be defined at a sufficiently local scale. Explicit modeling of agro-hydrosystems already exists. However, these models are often complex, and require a large amount of data and simulate numerous processes. In contrast, there are conceptual hydrological models that are parsimonious, efficient, and operational but usually do not explicitly account for uses. The objective of this thesis has therefore focused on developing a framework of intermediate complexity. Firstly, a model was developed, integrating i) the modeling of hydrology using the conceptual hydrological semi-distributed daily GR5J model, ii) the modeling of irrigation water withdrawals using the daily agronomic model CropWat, and iii) modeling of storage structures and their management, such as reservoirs and dams. This modeling was first implemented on the downstream Aveyron watershed. The irrigation simulations obtained were compared with simulations from the MAELIA platform, an explicit agro-hydrological integrated model that has been the subject of numerous developments and surveys in this area. The model was also implemented in the Seille catchment, a tributary of the Moselle, on which there is no irrigation but which is currently experiencing new difficulties related to droughts. In a second phase, the developed model was applied in a prospective exercise that examined different scenarios for local agricultural and water management evolution in the Seille watershed. Interviews with local water and agriculture stakeholders were carried out to produce three plausible evolution scenarios for the Seille watershed by 2050, implemented in the model. The work carried out in this thesis confirmed the interest and necessity of integrating irrigation water withdrawals into conceptual hydrological modeling to evaluate local agricultural scenarios in the context of climate change. Thus, our work highlightedthe impacts of human influences on watershed hydrology, and the sensitivity of the model to different agricultural and water management scenarios. Our research also emphasized the need to use various indicators, both hydrological and related to water demand satisfaction, to evaluate the impacts of climate change. Nevertheless, this study revealed that in the studied area (the Seille catchment), considering future scenarios, the predominance of uncertainty related to climate projections on future low-flow periods outweighed the uncertainty linked to changes in irrigation water demand. Some projections thus lead to significant difficulties for non-irrigated spring crops, in particular maize. Finally, a parsimonious and easily reusable modeling framework was developed, which can be applied in other regions

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Vargas, Bringas Rafael. "Modélisation hydrologique déterministe pour l'évaluation des risques d'inondation dans les grands environnements urbains : application à Mexico." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016AZUR4115/document.

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Abstract:

Selon le Rapport mondial des risques publié par l'Institut universitaire des Nations Unies pour l'environnement et la sécurité humaine, le Mexique a une vulnérabilité de 46% et un manque de capacité d'adaptation de 76% en termes de risques de catastrophe. Un de ceux est les risques d'inondation en cas de catastrophe qui pose un sérieux défi pour le développement et la vie des habitants du Mexique. Mexico est confronté à des problèmes d'inondation dans certaines zones à l'ONU certaines périodes de l'année, causant des pertes et des dommages importants sur les propriétés et les résidents dont certains blessés. En conséquence, il est important de procéder à une évaluation des risques d'inondation dans le bassin de Mexico et d'estimer les dommages des inondations probables. Cependant, les données limitées de débits observés et des profondeurs d'eau dans les principaux cours d'eau de la ville sont disponibles, et esta distributeur d'un obstacle à la compréhension des inondations dans la ville de Mexico. Pour la raison d'origine, plusieurs études doivent être effectuées intérêt dans le but d'avoir une compréhension claire disponibles du bassin versant, qui impliquent, études hydrauliques, météorologiques et hydrologiques, la répartition des précipitations, l'analyse des eaux de ruissellement, les risques d'inondation et de la vulnérabilité, et des études de esta permettent l'estimation de dommages directs et indirects à l'économie, aux actifs et à la vie humaine
According to the World Risk Report released by the United Nations University Institute for Environment and Human Security, Mexico has a vulnerability of 46% and a lack of coping capacity of 76% in terms of disaster risk. One of those disaster risks is flooding which poses a serious challenge to the development and the lives of the inhabitants of Mexico. Mexico City is facing problems of flooding in some areas at certain times of the year, causing important losses and damages on properties and residents including some casualties. Therefore, it is important to carry out a flood risk assessment in the catchment of Mexico City and estimate damages of probable flood events. However, limited data of observed discharges and water depths in the main rivers of the city are available, and this represents an obstacle for the understanding of flooding in Mexico City. For these reason, several studies have to be carried out in order to have a clear understanding of the catchment, which involve, meteorological and hydrological/hidraulic studies, rainfall distribution, runoff analysis, flood risk and vulnerability, and this studies allow the estimation of direct and indirect damages to the economy, to assets and to human life. The premise of this study is that with the limited data and resources available, the catchment can be represented to an acceptable degree by the construction of a deterministic hydrological model of the Mexico City basin. The objective of the developed tool is to provide an efficient support to management of the flood processes by predicting the behavior of the catchment for different rainfall events and flood scenarios

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Bourgin, François. "Comment quantifier l’incertitude prédictive en modélisation hydrologique ? : Travail exploratoire sur un grand échantillon de bassins versants." Electronic Thesis or Diss., Paris, AgroParisTech, 2014. http://www.theses.fr/2014AGPT0016.

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Abstract:

La modélisation hydrologique permet de quantifier la transformation pluie-débit au sein d’un bassin versant. Bien que les modèles parviennent généralement à représenter de manière acceptable le fonctionnement des bassins versants, cette représentation, nécessairement simplifiée, reste imparfaite, et une quantification des incertitudes est souhaitable. Cette thèse s’intéresse à la quantification de l’incertitude prédictive en modélisation hydrologique. Le principal objectif de nos travaux est d’explorer différentes méthodes qui permettent d’associer à des simulations ou des prévisions de débits déterministes des distributions probabilistes. Nous distinguons le contexte de simulation du contexte de prévision et adoptons dans ces deux cas une démarche comparative et pragmatique qui permet d’évaluer différentes approches sur un large échantillon de bassins versants français, à l’aide de critères d’évaluation adaptés. En simulation, nos travaux ont porté sur deux méthodes liées à l'estimation des paramètres des modèles hydrologiques, la méthode GLUE et le calage bayésien, ainsi que sur deux approches plus pragmatiques, l'approche multi-modèles, et le post-traitement statistique. Nos résultats suggèrent que les approches telles que GLUE qui ne s'appuient que sur un ensemble de différents jeux de paramètres ne parviennent pas, en général, à représenter de manière adéquate l'incertitude prédictive totale. L'utilisation d'un modèle d'erreur extérieur au fonctionnement interne du modèle hydrologique est nécessaire. Les méthodes de post-traitement suffisamment flexibles pour caractériser les erreurs résiduelles obtenues en calage parviennent à refléter de manière plus satisfaisante les marges d'erreurs du modèle hydrologique utilisé. Nous proposons également une méthode qui permet d'obtenir une estimation de l'incertitude prédictive pour les bassins non jaugés, au moyen d'un transfert des marges d'erreurs constatées sur les bassins jaugés. Les résultats indiquent que la méthode est prometteuse et fournit dans la plupart des cas des intervalles de confiance fiables et fins sur les sites non-jaugés. En prévision, nos travaux ont porté d'une part sur la comparaison de différentes méthodes de post-traitement statistique, et d'autre part sur l'interaction entre l'assimilation de données et le post-traitement au sein d'une chaîne de prévision hydrologique d'ensemble. Les résultats obtenus montrent l'importance de la prise en compte de l'évolution de l'incertitude prédictive en fonction de l'échéance de prévision et mettent en évidence les gains de performance qui peuvent être obtenus quand la quantification de l'incertitude s'appuie sur une meilleure caractérisation de la situation de la situation de prévision. Enfin, nos travaux indiquent que l'utilisation conjointe de l'assimilation de données et d'une méthode de post-traitement permet d'améliorer les performances d'une chaîne de prévision hydrologique d'ensemble
Hydrological modelling aims to quantify the rainfall-runoff relationship at the catchment scale. Although hydrological models are generally able to provide an acceptable representation of the catchment behaviour, this representation is necessarily simplified and imperfect, as a consequence an evaluation of uncertainties is desirable. This thesis focuses on the quantification of predictive uncertainty in hydrological modelling. Our main objective was to explore several methods that can be used to complete the deterministic predictions of a rainfall-runoff model with probabilistic distributions. Two prediction cases were distinguished, namely simulation and forecast. We set up a comparative framework to evaluate different uncertainty quantification methods on a large set of French catchments. In simulation mode, we focused on two methods related to the parameter estimation issue, the GLUE uncertainty method and the Bayesian framework, as well as two more pragmatic approaches, a multi-model approach and the post-processing method. Our results suggest that the GLUE-like methods based on ensembles of various parameter sets do not provide an adequate representation of the total predictive uncertainty. An external model error is necessary. Post-processing methods that are flexible enough to adequately describe the residual errors of the hydrological model obtained during calibration give more satisfactory estimates of the modelling uncertainty. We also present a method able to transfer model uncertainty estimates from gauged to ungauged catchments. Our results demonstrate that the method holds interesting perspectives, providing in most cases reliable and sharp uncertainty bounds at ungauged locations. In a forecasting context, we compared several post-processing methods and evaluated the interactions between data assimilation and post-processing in an ensemble forecasting modelling chain. Results show the crucial role of the lead time on the estimates of predictive uncertainty. They also suggest that some improvement can be achieved when the evolution of flows is better taken into account by a post-processing method. Last, we investigated the interactions between data assimilation and post-processing in hydrological ensemble forecasting and showed the benefits of using both in an ensemble forecast system

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Marchand, Didier. "Modélisation fonctionnelle du bilan hydrique sur sol cultivé : approche déterministe ou stochastique ?" Grenoble 1, 1988. http://www.theses.fr/1988GRE10130.

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Abstract:

Etude realisee dans le but d'une aide a la decision agricole en zones tropicales seches. Examen de la litterature. Interet de l'approche fonctionnelle. Validation deterministe sur les sites de thysse-kaymor (senegal et de bouake - cote d'ivoire)pour mil, arachide et riz fluvial. Prise en compte de la variabilite spatiale a l'echelle parcellaire des resultats. Determination par simulations (monte-carlo, realisations optimales) de l'influence de la variabilite spatiale des parametres d'entree sur les sorties

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Charlier, Jean-Baptiste. "Fonctionnement et modélisation hydrologique d'un petit bassin versant cultivé en milieu volcanique tropical." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00279097.

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Abstract:

La gestion et la protection des ressources en eau nécessitent une bonne connaissance des processus hydrologiques à l'échelle du bassin versant. Le problème se pose en particulier aux Antilles où l'activité agricole est à l'origine de pollutions chroniques des ressources en eau et des sols.
L'objectif de cette thèse est de caractériser le fonctionnement hydrologique d'un petit bassin versant volcanique en climat tropical, dans un contexte cultivé principalement en banane. Le site d'étude est le bassin de Féfé (17,8 ha), sur l'île de la Basse-Terre en Guadeloupe, qui a été instrumenté entre 2003 et 2006. Deux approches complémentaires ont été utilisées.
Premièrement, l'approche expérimentale combinant géologie, hydrologie, hydrogéologie et traçage (pesticide) a permis de caractériser la structure, le bilan et les processus hydrologiques d'un petit bassin versant. Un schéma de fonctionnement global a été établi avec comme caractéristiques principales des flux hydriques élevés (pluie annuelle > 4 000 mm), une importante recharge des nappes (60 % de la pluie efficace annuelle), et une prédominance du ruissellement hortonien. Un modèle global à réservoirs basé sur ce schéma conceptuel a permis de reproduire correctement les flux de surface et souterrains. Ces études nous ont permis d'identifier les principaux mécanismes de contamination des sols et des eaux de surface et de nappes par un nématicide utilisé en bananeraies (le cadusafos).
Deuxièmement, l'approche de modélisation à l'aide du modèle distribué MHYDAS, a permis de rendre compte de l'incidence de l'occupation du sol et du réseau de fossés sur la genèse des crues. Cette approche intègre les spécificités du milieu cultivé tropical que sont la redistribution de la pluie par la plante (stemflow du bananier) et les échanges nappe-fossé. L'application du modèle aux échelles de la parcelle, du sous-bassin et du bassin versant, a permis de mieux caractériser les variabilités spatiale et temporelle des processus hydrologiques.
Ces deux approches constituent une voie pertinente pour évaluer l'impact environnemental des épandages agricoles, caractériser les changements d'échelle, et tester l'impact de l'occupation du sol.

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Saulnier, Georges-Marie. "Information pédologique spatialisée et traitements topographiques améliorés dans la modélisation hydrologique par TOPMODEL." Grenoble INPG, 1996. http://www.theses.fr/1996INPG0046.

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Abstract:

Ce travail presente un modele hydrologique a base physique (topmodel) puis propose des developpements substantiels. Ce modele a prouve sa capacite a bien reproduire les phenomenes de crues dans les regions temperees humides ou mediterraneennes. Il introduit la notion de zones saturees contributives et utilise explicitement la topographie des bassins. Dans une premiere etape, une variation spatialisee des epaisseurs efficaces des sols a ete introduite. Celles ci correspondent aux profondeurs a travers lesquelles se propagent l'essentiel des flux d'eau generant les crues. Ensuite, des etudes de sensibilite ont permis de cerner deux questions. La premiere concerne la comprehension de l'interaction entre la resolution de la topographie et la valeur de la conductivite efficace a saturation du bassin. Cette relation a deja ete observee empiriquement par d'autres auteurs, et quelques liens analytiques partiels avaient deja ete proposes. Mais ces etudes n'etaient pas suffisantes sur notre bassin d'application. Nous avons pu explicitement identifier la relation analytique entre la maille du m. N. T. Et la conductivite a saturation efficace sur le bassin. La deuxieme question abordee est, d'une part la prise en compte du reseau hydrographique dans le calcul de l'indice hydro-topographique, et d'autre part l'identification des zones temporairement saturees mais non connectees au reseau. Dans l'analyse qui est faite de la topographie, nous proposons de differentier les pixels du bassin contenant, ou ne contenant pas de reseau hydrographique. Une solution propose egalement de traiter separement les versants droit et gauche des pixels traverses par le reseau. Enfin, la question des zones saturees initialement deconnectees du reseau, mais pouvant brutalement se connecter et provoquer ainsi de fortes non-linearites dans la generation des crues, a ete enoncee et abordee

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Vieira, Getirana Augusto Cesar. "Contributions de l'altimétrie spatiale à la modélisation hydrologique des grand bassins en Amazonie." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/856/.

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Abstract:

La déforestation croissante et les changements climatiques sont considérés comme les principaux facteurs d'influence des variations des ressources en eau dans le bassin Amazone. De tels changements peuvent affecter gravement la biodiversité et la production hydroélectrique de la région. Cette thèse propose donc le développement de méthodologies afin de permettre l'intégration de données satellites (altimétrie spatiale en particulier) dans la modélisation hydrologique des grands bassins d'Amazonie. Le modèle MGB-IPH a été utilisé pour la simulation du bassin du Rio Negro, second plus grand affluent du fleuve Amazone. Ses principales contributions sont : i) la proposition de deux nouvelles approches dans la phase de pre-construction des données - l'une propose des modifications des modèles numériques de terrain afin d'améliorer l'acquisition d'informations hydrologiques, l'autre propose la discretisation des bassins par minibassins; ii) une méthodologie qui permet la validation des simulations en utilisant de données altimétriques spatiale; iii) une méthodologie pour la création de courbes de tarage et l'estimation des pentes et hauteurs du lit des rivières en utilisant débits simulés et l'altimétrie spatiale; et iv) l'investigation des potentialités d'intégration de données altimétriques spatiales dans la calibration automatique des modèles hydrologiques. Les résultats indiquent que le principal défi de la modélisation hydrologique dans l'Amazonie réside plus dans la disponibilité et l'acquisition de données in situ que dans l'altimétrie spatiale qui, malgré certaines limites, peut s'avérer une source additionnelle d'informations hydrologiques pour la modélisation dans les grands bassins
Increasing deforestation and climate change are considered as important factors with respect to changes of standards for the Amazon basin water availability. These changes can greatly impact biodiversity and also hydropower production in this region. Moreover, no reliable prevision can be carried out without a proper hydrological monitoring network. This thesis proposes a methodological approach that enables the integration of satellite data, spatial altimetry, in particular, into the large scale hydrological modeling of the Amazon basin. The MGB-IPH hydrological model has been used to simulate the hydrological processes of the Negro River basin, the second biggest tributary of the Amazon River. The main contributions of this study are: i) the proposition of two new treatments in the data pre-processing phase - the first one deals with digital elevation model modifications to improve hydrological information acquisition, while the second one proposes a watershed discretization approach based on mini-basins; ii) a procedure that allows hydrological model output flows to be evaluated taking into account spatial altimetry data; iii) the generation of rating-curves and the estimation of river bed heights and slopes by using modeled streamflow and spatial altimetry; and iv) the investigation of the potential of spatial altimetry data to be integrated into the automatic calibration of distributed hydrological models. The results indicate that spatial altimetry is an important source for generating data that can supply and complement in situ dataset, which, due to its scarcity, inhibits and constrains the adequate modeling of hydrological processes at large basins in Amazonia

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Jeannot, Benjamin. "Modélisation hydrologique intégrée de bassins versants fortement transitoires : développement d'outils numériques et applications." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAH009/document.

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Abstract:

L’objectif du travail de thèse est d'œuvrer au développement et à l’application d’un modèle hydrologique intégré pré-existant (Pan et al., 2015; Weill et al., 2017) : Normally Integrated Model (NIM). La spécificité de ce modèle est d’intégrer l’équation d’écoulement souterrain 3D sur la direction perpendiculaire au substratum, de façon à se ramener à un problème en deux dimensions. Il en résulte un gain substantiel en termes de temps de simulation, et une économie du point de vue de l’espace mémoire requis. Dans le cadre de cette thèse, NIM a été entièrement recodé et optimisé. Un module de ruissellement 2-D a également été implémenté, ce qui a permis d’appliquer le modèle en situations réelles sur deux bassins versants distincts. En sus, la validité des simulations issues de NIM et l'efficacité du modèle en termes de temps de calcul ont été évaluées sur de nombreux cas tests synthétiques
This works aims at contributing to the development and application of a pre-existing integrated hydrological model (Pan et al., 2015; Weill et al., 2017) : Normally Integrated Model (NIM). The specificity of this model is to perform an integration of the 3D groundwater flow equation over the direction perpendicular to the substratum of the aquifer, so that the problem becomes 2D. It results in a substantial gain both in calculation time and required memory. During this thesis, NIM has been fully rewritten and optimized. Besides, a 2D overland flow module has been implemented, which enabled to apply the model in real cases on two distinct watersheds. Furthermore, the validity of NIM simulations and their efficiency as regards computation times have been assessed on numerous synthetic test cases

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Charlier, Jean-Baptiste. "Fonctionnement et modélisation hydrologique d’un petit bassin versant cultivé en milieu volcanique tropical." Montpellier 2, 2007. http://www.theses.fr/2007MON20220.

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Abstract:

La gestion et la protection des ressources en eau nécessite une bonne connaissance des processus hydrologiques à l'échelle du bassin versant. Le problème se pose en particulier aux Antilles où la pression anthropique est forte et où les plantations de banane sont à l'origine de nombreux problèmes sanitaires et de l'installation de pollutions chroniques sur les ressources en eau à l'échelle du bassin versant. L'objectif de cette thèse est de caractériser et de modéliser le fonctionnement hydrologique d'un petit bassin versant volcanique en climat tropical, dans un contexte cultivé (bassin de Féfé, Guadeloupe). Deux approches complémentaires ont été utilisées aux trois échelles spatiales de la parcelle, du sous-bassin et du bassin versant, ainsi qu'aux deux échelles temporelles de la crue et de la chronique annuelle. Premièrement, l'approche expérimentale combinant géologie, hydrologie, hydrogéologie et traçage (pesticide) a permis de caractériser la structure, le bilan et les processus hydrologiques d'un petit bassin alimentant un système de nappes emboîtées, l'une superficielle et l'autre profonde. Un schéma de fonctionnement global a été établi. Ses caractéristiques principales sont des flux hydriques élevés (plus de 4000 mm de pluie/an), l'importance de la recharge de l'aquifère profond (42% de la pluie annuelle), et la prédominance du ruissellement hortonien. Un modèle global à réservoirs basé sur ce schéma conceptuel a permis de reproduire de manière satisfaisante les flux de surface et souterrains sur de longues chroniques de mesures, notamment lors des épisodes de fortes pluviométries. Ces études nous ont permis d'identifier les principaux mécanismes de contamination des sols et de l'eau par un nématicide utilisé en bananeraies (le cadusafos) en suivant sa dispersion après épandage sur le bassin. Deuxièmement, l'approche de modélisation à l'aide du modèle distribué MHYDAS, a permis de rendre compte de l'incidence de l'occupation du sol et du réseau de fossés sur la genèse des crues. Cette approche intègre les spécificités du milieu cultivé tropical que sont la redistribution de la pluie par la plante (stemflow du bananier) et les échanges nappe-fossé. L'application du modèle aux échelles de la parcelle, du sous-bassin et du bassin versant, a permis de mieux caractériser les variabilités spatiale et temporelle des processus hydrologiques. Les intérêts de ces deux approches d'expérimentation et de modélisation sont de conceptualiser le fonctionnement hydrologique et d'apporter des informations sur la variabilité des processus internes au bassin en relation avec la structure du milieu. Ces deux approches constituent une voie pertinente pour évaluer l'impact environnemental des épandages agricoles, caractériser les changements d'échelle, et tester l'impact de l'occupation du sol dans des contextes cultivés, en relation avec les pratiques culturales
The aim of this study was to characterize the hydrological behaviour of a small cultivated catchment in a tropical volcanic region. The Féfé catchment (17. 8 ha), mainly planted with banana in the island of Basse-Terre in Guadeloupe (FWI), was studied between 2003 and 2006. An integrated experimental approach including geological, hydrological, hydrogeological and tracer experiments allowed the establishment of a behaviour scheme. A spatial modelling approach at the plot and catchment scales that takes into account specific features of cultivated areas as rainfall redistribution by plant (stemflow of the banana tree) and stream-groundwater interactions, allowed the characterization of the hydrological processes variability. The results indicate that despite the abundant rainfall volume and the high rainfall intensities, the heterogeneous and permeable volcanic framework promote underground flow paths. Land-use and ditch networks are key features for runoff generation

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St-Pierre, Flavie, and Flavie St-Pierre. "Évaluation des temps de parcours obtenus par modélisation hydrologique pour la protection des sources d'eau potable." Master's thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/34942.

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Abstract:

L’objectif de ce projet est d’évaluer, en utilisant le bassin versant de la prise d’eau potable de la Ville de Québec sur la rivière Saint-Charles comme cas d’étude, les temps de parcours obtenus par modélisation hydrologique dans une optique de protection de sources d’eau potable. Préalablement à la modélisation, une analyse cartographique des occupations du territoire et des contaminants pouvant être relâchés a été faite afin de mieux comprendre les risques à la qualité de l’eau potable brute. Une méthodologie de modélisation hydrologique articulée autour du cas d’étude est développée en utilisant le Soil and Water Assessment Tools, SWAT, pour déterminer les temps de parcours de l’eau dans les rivières principales du bassin versant. Cette méthodologie s’appuie principalement sur les données climatiques, l’occupation du territoire, les types de sols et la topographie du territoire à l’étude. Le modèle est validé de façon à reproduire l’ordre de grandeur et les mêmes tendances que les débits observés aux stations débitmétriques actives sur le bassin versant. Pour différents scénarios de précipitations (sec, médian ou pluvieux) ainsi que différentes périodes de retour (hebdomadaire, mensuelle ou estivale), une analyse statistique permet de dégager les temps de parcours les plus probables pour chaque cas. Ces derniers sont comparés aux aires de protection des prises d’eau potable telles que définies par le Guide d’analyse de la vulnérabilité MDDELCC (2016). En comparant ces temps de parcours aux aires de protection des prises d’eau potable, il est possible de faire ressortir la grande variabilité dans les temps de parcours obtenus par modélisation hydrologique pour une même distance géographique tout dépendamment du scénario de précipitation et de la période de retour. Avec ces mêmes temps de parcours, une analyse qualitative de l’impact des changements climatiques sur les temps de parcours permet de faire ressortir une augmentation de la vulnérabilité de la prise d’eau aux aléas climatiques et anthropiques.
L’objectif de ce projet est d’évaluer, en utilisant le bassin versant de la prise d’eau potable de la Ville de Québec sur la rivière Saint-Charles comme cas d’étude, les temps de parcours obtenus par modélisation hydrologique dans une optique de protection de sources d’eau potable. Préalablement à la modélisation, une analyse cartographique des occupations du territoire et des contaminants pouvant être relâchés a été faite afin de mieux comprendre les risques à la qualité de l’eau potable brute. Une méthodologie de modélisation hydrologique articulée autour du cas d’étude est développée en utilisant le Soil and Water Assessment Tools, SWAT, pour déterminer les temps de parcours de l’eau dans les rivières principales du bassin versant. Cette méthodologie s’appuie principalement sur les données climatiques, l’occupation du territoire, les types de sols et la topographie du territoire à l’étude. Le modèle est validé de façon à reproduire l’ordre de grandeur et les mêmes tendances que les débits observés aux stations débitmétriques actives sur le bassin versant. Pour différents scénarios de précipitations (sec, médian ou pluvieux) ainsi que différentes périodes de retour (hebdomadaire, mensuelle ou estivale), une analyse statistique permet de dégager les temps de parcours les plus probables pour chaque cas. Ces derniers sont comparés aux aires de protection des prises d’eau potable telles que définies par le Guide d’analyse de la vulnérabilité MDDELCC (2016). En comparant ces temps de parcours aux aires de protection des prises d’eau potable, il est possible de faire ressortir la grande variabilité dans les temps de parcours obtenus par modélisation hydrologique pour une même distance géographique tout dépendamment du scénario de précipitation et de la période de retour. Avec ces mêmes temps de parcours, une analyse qualitative de l’impact des changements climatiques sur les temps de parcours permet de faire ressortir une augmentation de la vulnérabilité de la prise d’eau aux aléas climatiques et anthropiques.

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Bourgin, François. "Comment quantifier l’incertitude prédictive en modélisation hydrologique ? : Travail exploratoire sur un grand échantillon de bassins versants." Thesis, Paris, AgroParisTech, 2014. http://www.theses.fr/2014AGPT0016/document.

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Abstract:

La modélisation hydrologique permet de quantifier la transformation pluie-débit au sein d’un bassin versant. Bien que les modèles parviennent généralement à représenter de manière acceptable le fonctionnement des bassins versants, cette représentation, nécessairement simplifiée, reste imparfaite, et une quantification des incertitudes est souhaitable. Cette thèse s’intéresse à la quantification de l’incertitude prédictive en modélisation hydrologique. Le principal objectif de nos travaux est d’explorer différentes méthodes qui permettent d’associer à des simulations ou des prévisions de débits déterministes des distributions probabilistes. Nous distinguons le contexte de simulation du contexte de prévision et adoptons dans ces deux cas une démarche comparative et pragmatique qui permet d’évaluer différentes approches sur un large échantillon de bassins versants français, à l’aide de critères d’évaluation adaptés. En simulation, nos travaux ont porté sur deux méthodes liées à l'estimation des paramètres des modèles hydrologiques, la méthode GLUE et le calage bayésien, ainsi que sur deux approches plus pragmatiques, l'approche multi-modèles, et le post-traitement statistique. Nos résultats suggèrent que les approches telles que GLUE qui ne s'appuient que sur un ensemble de différents jeux de paramètres ne parviennent pas, en général, à représenter de manière adéquate l'incertitude prédictive totale. L'utilisation d'un modèle d'erreur extérieur au fonctionnement interne du modèle hydrologique est nécessaire. Les méthodes de post-traitement suffisamment flexibles pour caractériser les erreurs résiduelles obtenues en calage parviennent à refléter de manière plus satisfaisante les marges d'erreurs du modèle hydrologique utilisé. Nous proposons également une méthode qui permet d'obtenir une estimation de l'incertitude prédictive pour les bassins non jaugés, au moyen d'un transfert des marges d'erreurs constatées sur les bassins jaugés. Les résultats indiquent que la méthode est prometteuse et fournit dans la plupart des cas des intervalles de confiance fiables et fins sur les sites non-jaugés. En prévision, nos travaux ont porté d'une part sur la comparaison de différentes méthodes de post-traitement statistique, et d'autre part sur l'interaction entre l'assimilation de données et le post-traitement au sein d'une chaîne de prévision hydrologique d'ensemble. Les résultats obtenus montrent l'importance de la prise en compte de l'évolution de l'incertitude prédictive en fonction de l'échéance de prévision et mettent en évidence les gains de performance qui peuvent être obtenus quand la quantification de l'incertitude s'appuie sur une meilleure caractérisation de la situation de la situation de prévision. Enfin, nos travaux indiquent que l'utilisation conjointe de l'assimilation de données et d'une méthode de post-traitement permet d'améliorer les performances d'une chaîne de prévision hydrologique d'ensemble
Hydrological modelling aims to quantify the rainfall-runoff relationship at the catchment scale. Although hydrological models are generally able to provide an acceptable representation of the catchment behaviour, this representation is necessarily simplified and imperfect, as a consequence an evaluation of uncertainties is desirable. This thesis focuses on the quantification of predictive uncertainty in hydrological modelling. Our main objective was to explore several methods that can be used to complete the deterministic predictions of a rainfall-runoff model with probabilistic distributions. Two prediction cases were distinguished, namely simulation and forecast. We set up a comparative framework to evaluate different uncertainty quantification methods on a large set of French catchments. In simulation mode, we focused on two methods related to the parameter estimation issue, the GLUE uncertainty method and the Bayesian framework, as well as two more pragmatic approaches, a multi-model approach and the post-processing method. Our results suggest that the GLUE-like methods based on ensembles of various parameter sets do not provide an adequate representation of the total predictive uncertainty. An external model error is necessary. Post-processing methods that are flexible enough to adequately describe the residual errors of the hydrological model obtained during calibration give more satisfactory estimates of the modelling uncertainty. We also present a method able to transfer model uncertainty estimates from gauged to ungauged catchments. Our results demonstrate that the method holds interesting perspectives, providing in most cases reliable and sharp uncertainty bounds at ungauged locations. In a forecasting context, we compared several post-processing methods and evaluated the interactions between data assimilation and post-processing in an ensemble forecasting modelling chain. Results show the crucial role of the lead time on the estimates of predictive uncertainty. They also suggest that some improvement can be achieved when the evolution of flows is better taken into account by a post-processing method. Last, we investigated the interactions between data assimilation and post-processing in hydrological ensemble forecasting and showed the benefits of using both in an ensemble forecast system

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Ricard, Simon. "Évaluer l'évolution du régime hydrique à partir d'une configuration alternative de la chaîne de modélisation hydroclimatique dans un contexte de rareté des observations." Doctoral thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/37717.

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Abstract:

Une configuration alternative de la chaîne de modélisation hydroclimatique est proposée contournant la rareté des observations météorologiques nécessaires au post-traitement statistique des simulations climatiques ainsi qu’au calage du modèle hydrologique. Cette configuration propose de calibrer les fonctions de transfert nécessaires au post-traitement statistique conjointement aux paramètres du modèle hydrologique et repose sur l’hypothèse que les variations de débits observées à l’exutoire d’un bassin versant constituent un proxy valable des forçages climatiques correspondant. Cette configuration repose également sur la notion de « fonction-objectif asynchrone », c’est-à-dire un critère d’erreur négligeant volontairement la corrélation entre deux variables. Parce qu’elles sont largement dépendantes des observations disponibles, les configurations conventionnelles de la chaîne de modélisation hydroclimatique sont généralement limitées au déploiement des champs précipitations et températures. Elles sont conséquemment limitées à l’usage de formulations empiriques pour évaluer les processus hydrologiques à l’échelle du bassin versant. Par la mise en place de la configuration alternative, les champs humidité de l’air, rayonnement solaire et vitesse du vent sont intégrés à une chaîne complète de modélisation hydroclimatique, permettant la construction de projections hydrologiques à partir de la formulation physique d’évapotranspiration de référence de Penman-Montheith. Les projections ainsi produites sont comparées à celles issues d’une configuration conventionnelle employant des réanalyses comme substituts aux observations. Les deux configurations sont mises en place sur le bassin versant de la rivière Du Loup, un bassin forestier de taille intermédiaire localisé dans la Vallée du Saint-Laurent, à partir des simulations issues de l’ensemble climatique CRCM5-LE et du modèle hydrologique distribué à base physique WaSiM-ETH. L’analyse des projections hydrologiques produites démontrent la capacité de la configuration alternative à produire une réponse hydrologique cohérente, généralement plus robuste que celle produite par une configuration conventionnelle. Cette dernière s’avère sensible aux biais inscrits à même les réanalyses, affectant le post-traitement des séries simulées et l’identification des paramètres calibrés. Sur la période historique, la formulation de Penman-Montheith offre une représentation plus cohérente des fluctuations d’évapotranspiration comparativement à une formulation empirique basée exclusivement sur la température de l’air. La projection de l’évapotranspiration, des teneurs en eau dans le sol ainsi que des étiages estivaux se sont avérée sensibles aux choix de la formulation d’évapotranspiration. La configuration alternative proposée répond d’abord à une incohérence structurelle inscrite dans les configurations conventionnelles de la chaîne de modélisation hydroclimatique. Elle permet également le déploiement d’une modélisation hydroclimatique à base physique cohérente pour des régions où les observations météorologiques sont rares tel que les régions montagneuses ou septentrionales, ou bien en voie de développement.

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Le, Forner Sylvie. "Modélisation hydrologique des échanges surface-souterrain avec réseau de fossés en milieu agricole méditérranéen." Montpellier 2, 2001. http://www.theses.fr/2001MON20098.

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Talbot-Lanciault, Alicia. "Modélisation hydrologique CLASS-RAPID sous changement climatique sur le bassin versant du Haut-Montmorency." Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66429.

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Abstract:

Les modèles hydrologiques traditionnels n’imposent pas la contrainte de conservation d’énergie à la surface. Lorsque soumis à des températures plus élevées, ils ont le potentiel de surestimer l’évapotranspiration. Le modèle de surface physique CLASS est couplé au modèle de routage RAPID, basé sur la méthode de Muskingum, pour former un modèle hydrologique plus robuste en contexte de réchauffement global. CLASS-RAPID est implanté sur le bassin versant du Haut-Montmorency (47.4°N, 71.1°O). CLASS est calibré et validé à l’aide d’observations hydrométéorologiques à la Forêt Montmorency ; RAPID est optimisé d’après les observations de débits de la Direction d’expertise hydrique du Québec. Des projections climatiques provenant des modèles CanESM2, CNRM-CM5, GFDL-ESM2M et MPI-ESM du Projet d’intercomparaison des modèles couplés et des scénarios climatiques RCP 4.5 et RCP 8.5 sont fournies en entrées à CLASS-RAPID afin de réaliser des simulations hydrologiques pour la période future de 2041 à 2070. Des projections climatiques provenant des mêmes modèles pour la période de référence de 1981 à 2005 sont également utilisées par CLASS-RAPID afin de générer une séquence de débits pouvant être comparée à celle de la période future. CLASS-RAPID obtient un score de NSE = 0, 66 au critère de performance de Nash-Sutcliffe. Le modèle reproduit fidèlement la séquence des évènements hydrologiques, mais sous-estime systématiquement les pointes de crue. Les simulations de CLASS-RAPID réalisées en condition de changements climatiques projettent que les crues printanières se produisent plusieurs dizaines de jours à l’avance pour la période future de 2041 à 2070 en comparaison à la période de référence. Pour les quatre modèles à l’étude, les simulations en condition de changements climatiques permettent de prévoir une diminution moyenne des débits d’étiage d’été de 40% pour le scénario climatique RCP 4.5 et de 50% pour le scénario climatique RCP 8.5. Pour les mêmes scénarios climatiques, l’Atlas hydroclimatique du Québec, qui repose sur une modélisation hydrologique traditionnelle, prévoit une diminution des débits de respectivement 37% et 45%.
Typical hydrological models do not impose energy conservation at the surface. Therefore, under higher temperatures they may overestimate evapotranspiration. Physical land surface model CLASS is paired to Muskingum based routing model RAPID in order to create a functional hydrological model under global warming context. CLASS-RAPID is set up on the Haut-Montmorency watershed (47.4°N, 71.1°W). The model is calibrated and validated with the ERA5 reanalysis and the flowrates observations from the Direction d’expertise hydrique du Québec. Climate projections from CanESM2, CNR-CM5, GFDL-ESM2M and MPI-ESM and climate scenarios RCP 4.5 and RCP 8.5 are given as entries to CLASS-RAPID in order to simulate flowrates for 2041 to 2070. Climate projections from the same models and for the benchmark period of 1981 to 2005 are used by CLASS-RAPID in order to obtain hydrological simulations that can be compared to the flowrates of 2041 to 2070. CLASS-RAPID has a Nash-Sutcliffe coefficient of NSE = 0, 66. The model tends to replicate hydrological events sequence correctly but underestimate flood peaks. CLASS-RAPID simulations under climate changes conditions foresee that spring floods will tend to happen sooner in the years for 2041 to 2070 when compared to the benchmark period. For the four climate models, climate changes simulations foresee reductions of summer flowrates of 40% for climate scenario RCP 4.5 and of 50% for climate scenario RCP 8.5. For the same climate scenarios, the Atlas hydroclimatique du Québec foresees a reduction of the flowrates of respectively 37% and 45%.

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Delhom, Marielle. "Modélisation et simulation orientées objet : contribution à l'étude du comportement hydrologique d'un bassin versant." Corte, 1996. http://www.theses.fr/1996CORT3029.

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Abstract:

Nous présentons dans ce mémoire une approche originale de modélisation et de simulation orientée objet de systèmes complexes. Ce type d'approche peut être mis en œuvre pour les raisons suivantes : prévision du comportement d'un système, gestion (ou contrôle) d'un système et conception de nouveaux systèmes ou amélioration de systèmes. Les travaux présentés concernent l'étude du comportement hydrologique d'un bassin versant et plus particulièrement l'élaboration d'un modèle de simulation incrémental d'un bassin versant. Cette étude permet d'illustrer, sur un cas concret, l'approche proposée. Cette approche permet en particulier: grâce à l'utilisation des hiérarchies de description, d'abstraction et temporelles, de prendre en compte la complexité du système étudié ; de définir une approche de simulation évolutive, permettant de prendre en compte facilement les différentes modifications nécessaires a la mise au point du modèle ; d'établir un lien entre les paramètres du modèle physique et ceux du modèle de simulation en définissant des vues locales du système. L’originalité de notre approche est, d'une part, de combiner un formalisme de spécification de systèmes à évènements discrets à un formalisme de modélisation hierarchisée-multivues et, d'autre part, d'utiliser les concepts de l'approche orientée objet pour modéliser et simuler le comportement hydrologique d'un bassin versant. L’intégration de ces différentes approches permet de définir l'architecture du simulateur du comportement hydrologique d'un bassin versant. Cette architecture permet en particulier de traiter indépendamment la partie modélisation et la partie simulation, ce qui facilite la mise au point du modèle de simulation. Un logiciel de simulation a été réalisé et expérimenté sur des données réelles ; l'approche proposée a ainsi pu être validée. Enfin, grâce à la séparation explicite entre les aspects modélisation et les aspects simulation, l'approche proposée peut être aussi utilisée pour l'étude d'autres systèmes.

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Ferrant, Sylvain. "Modélisation agro-hydrologique des transferts de nitrates à l'échelle des bassins versants agricoles gascons." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/779/.

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Abstract:

Ce travail a eu comme objectif de comprendre et quantifier les transferts d'azote agricoles dans les rivières des bassins versants Gascons, afin d'évaluer l'efficacité de scénarii agricoles sur la teneur en azote nitrique des rivières. Un protocole de mesure en continue dans le petit bassin versant agricole d'Auradé (Gers, Sud-Ouest de la France) de 3. 3km2 a été mis en place pour mesurer la variabilité de la teneur en nitrate. Les variations infra-journalières des concentrations lors d'évènements de crue sont fortes, les flux correspondant sont importants à l'échelle annuelle. L'approche de modélisation à base physique du bassin versant d'auradé a ensuite été envisagée pour calculer les bilans hydriques et agronomiques de ce type de bassin. Deux modèles de bassin versant ont été choisis : TNT2, entièrement distribué, adapté aux petits bassins versants à nappe superficielle, SWAT, semi distribué, développé pour de plus larges bassins versants. Leur utilisation a permis de : - montrer qu'aucun n'est capable de prédire l'intensité journalière des flux d'azote nitrique observée dans la rivière en période de crue, même si l'approche de SWAT est mieux adaptée pour simuler les transferts rapides - simuler un bilan d'eau et d'azote proche pour les deux modèles mais avec des processus simulés opposés - montrer l'importance de la simulation de la dénitrification et de la minéralisation pour conclure sur la capacité des modèles à reproduire la réalité. TNT2 a été jugé plus adapté pour simuler des scénarios agricoles imaginés ou déjà implantés sur le bassin versant d'Auradé. Les résultats de simulation montrent que les mesures agro-environnementales implantées auraient eu une efficacité de 16% de diminution des flux d'azote nitrique annuels à l'exutoire, à laquelle s'ajouterait encore 18% de diminution en cas d'implantation de Culture Intermédiaire de Piège à Nitrate. Le paramétrage global de SWAT sur la Save, bassin versant de 1110km2 contenant le bassin d'Auradé, a ensuite été modifié pour le contexte agro-pédologique d'Auradé, représentant 25% de la surface du bassin de la Save. Les paramètres hydrologiques majeurs calibrés sur le bassin d'Auradé sont transposés sur cette surface. L'amélioration des prédictions à l'exutoire de la Save est significative, et montre la contribution importante de ces zones aux débits à l'exutoire de la Save lors de certains évènements pluvieux. Une meilleure prise en compte de l'occupation du sol est à envisager pour améliorer ces prédictions
The present work aimed to assess nitrogen trasfer and transformation in stream of agricultural catchment of Gascogne region, in order to evaluate agricultural practices change to decrease nitrate river contamination. A continuous in situ sampling protocol was used at the outlet of the small agricultural catchment in Auradé (3. 3 km2 in Gers district, South-West of France) to measure the fine temporal variation of nitrate concentration. Infra-daily high variations of concentrations have been observed during flood events, the high concentrations explain a significative part of annual nitrogen loads during these hydrological events. The spatially, physically based modelling approach of the Auradé catchment has then been used to evaluate water and nitrogen balance at the small catchment scale. Two catchment models have been chosen : TNT2, whitch is fully distributed and developped for small catchment with shallow groundwater, and SWAT, semi-distributed and developped for larger catchment. The use of both models permits to : - show that both of them failed to simulate accurately the daily nitrogen losses intensity in river observed during flood events, even if modelling approach of SWAT is more adapted to simulate processes involved - simulate a same global water and nitrogen balance with opposing simulated processes - show the main influence of mineralisation and denitrification dynamic simulated to conclued on ability of models to represent reality. TNT2 has been evaluated to be more adapted to simulate agricultural changes designed or already implemented in Auradé catchment. Results of this virtual experimentation show that agricultural changes already implemented would have decresed for 16% the annual nitrogen losses, and that if catch crop had been implemented, nitrogen losses would have decrease of 18% more. SWAT has after been calibrated at the larger scale of the Save catchment of 1110km2 whitch include Auradé catchment. The global parametrisation has been modified for the agro-pedological context of Auradé catchment, context area whitch represent 25% of the total Save catchment area. Major hydrological parameters calibrated on Auradé catchment has been used for calibrating this area. The increase of discharge prediction quality is significative and show the contribution of these areas to daily discharge at the Save catchment outletduring some rainy events. Predictions of water and nitrogen concentration may be improved in taking land cover spatialisation into account

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Bessière, Hélène. "Assimilation de données variationnelle pour la modélisation hydrologique distribuée des crues à cinétique rapide." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2008. http://oatao.univ-toulouse.fr/7761/1/bessiere1.pdf.

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Dans la région Méditerranéenne les crues « éclair » représentent un risque des plus destructeurs ayant coûté la vie à de nombreuses personnes et entraînant des dommages matériels importants ces dernières années (Nîmes en 1988, Vaison-la-Romaine en 1992, Aude en 1999, Gard en 2002). Le groupe HydroEco de l'IMFT (Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse) a développé le code MARINE (Modélisation de l'Anticipation du Ruissellement et des Inondations pour des évéNements Extrêmes) qui est un modèle hydrologique distribué à base physique pour la prévision de ce type de crues. Une méthode d'assimilation variationnelle de données, la méthode de l'état adjoint, est implémentée dans le modèle MARINE. Cette méthode considère les paramètres d'entrée comme des variables de contrôle du modèle et les optimise en minimisant les écarts entre les observations et les simulations par l'intermédiaire d'une fonction coût. Le bassin d'étude est le bassin versant du Gardon d'Anduze sur lequel nous disposons d'une base de données d'évènements extrêmes. Une analyse de sensibilité préliminaire permet d'identifier les paramètres les plus sensibles du modèle afin de réduire l'équifinalité. Une première application de la méthode de l'état adjoint est alors utilisée pour la calibration du modèle. Elle permet de tester la validité des hypothèses physiques en évaluant les performances du modèle puis de suggérer des pistes d'amélioration. Un jeu de paramètres consistant, cohérent avec les résultats de simulations utilisant une méthode de Monte Carlo, est alors identifié. Les hydrogrammes de crues obtenus sont compris dans une plage d'incertitude réduite. La seconde application de cette méthode s'intéresse à la prévision des crues par l'emploi de deux stratégies différentes. La première consiste à utiliser les informations à l'exutoire pendant la phase de montée de crue pour prédire ce pic de crue. La seconde consiste à utiliser les observations d'une station intermédiaire à l'amont du bassin pour prédire le débit à l'exutoire. Ces deux stratégies permettent une anticipation du pic de crue de quelques heures, résultat essentiel d'un point de vue opérationnel.

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Bessière, Hélène. "Assimilation de données variationnelle pour la modélisation hydrologique distribuée des crues à cinétique rapide." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2008. https://hal.science/tel-04426689.

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Abstract:

Dans la région Méditerranéenne les crues « éclair » représentent un risque des plus destructeurs ayant coûté la vie à de nombreuses personnes et entraînant des dommages matériels importants ces dernières années. Le groupe HydroEco de l’IMFT (Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse) a développé le code MARINE (Modélisation de l'Anticipation du Ruissellement et des Inondations pour des évéNements Extrêmes) qui est un modèle hydrologique distribué à base physique pour la prévision de ce type de crues. Une méthode d'assimilation variationnelle de données, la méthode de l'état adjoint, est implémentée dans le modèle MARINE. Cette méthode considère les paramètres d'entrée comme des variables de contrôle du modèle et les optimise en minimisant les écarts entre les observations et les simulations par l'intermédiaire d'une fonction coût. Le bassin d'étude est le bassin versant du Gardon d'Anduze sur lequel nous disposons d'une base de données d'évènements extrêmes. Une analyse de sensibilité préliminaire permet d'identifier les paramètres les plus sensibles du modèle afin de réduire l'équifinalité. Une première application de la méthode de l'état adjoint est alors utilisée pour la calibration du modèle. Elle permet de tester la validité des hypothèses physiques en évaluant les performances du modèle puis de suggérer des pistes d'amélioration. Un jeu de paramètres consistant, cohérent avec les résultats de simulations utilisant une méthode de Monte Carlo, est alors identifié. Les hydrogrammes de crues obtenus sont compris dans une plage d'incertitude réduite. La seconde application de cette méthode s'intéresse à la prévision des crues par l'emploi de deux stratégies différentes. La première consiste à utiliser les informations à l'exutoire pendant la phase de montée de crue pour prédire ce pic de crue. La seconde consiste à utiliser les observations d'une station intermédiaire à l'amont du bassin pour prédire le débit à l'exutoire. Ces deux stratégies permettent une anticipation du pic de crue de quelques heures, résultat essentiel d'un point de vue opérationnel
Intense flash floods, produced by severe thunderstorms, represent the most destructive hazard in the Mediterranean region. Human lives and properties are increasingly exposed to flood risks. Therefore, there is a clear need to improve real-time monitoring and flood forecasting. The HydroEco research group at IMFT (Institute of Fluid Mechanics of Toulouse) developed the MARINE model (Modélisation de l'Anticipation du Ruissellement et des Inondations pour des évéNements Extrêmes), a distributed physically-based model, in order to forecast this kind of flood. A data assimilation process called the adjoint state method is implemented into the MARINE model. The principle of the adjoint method is to consider input parameters as control variables and optimize them by minimizing a cost function measuring the discrepancy between observations and model simulations. The procedure is tested on the Mediterranean Gardon d'Anduze catchment. A previous sensitivity analysis allows identifying the most sensitive parameters in order to avoid the “non-uniqueness problem” and overparameterization. Then a first application of the adjoint method aims at calibrating the model. The method enables to evaluate the model performance and contributes to either the validation of physical hypothesis or perspectives for the model structure improvements. A consistent set of parameters, in accordance with results achieved with a Monte-Carlo procedure, is then identified and simulated hydrographs are limited into a reduced range of uncertainties. The second application of the method is dedicated to flash flood forecasting. The first strategy employed is to use outlet flow information during the rising flood phase to estimate the peak. The second strategy employed is to use information of intermediate upstream gauging stations to predict the outlet flow. Both strategies allow anticipating, a few hours in advance, the peak which is crucial from an operational point of view

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Renault, Daniel. "Modélisation hydrologique en irrigation de surface : analyse de la vitesse de la linéarisation de la vitesse du front d'avencement : alive." Montpellier 2, 1991. http://www.theses.fr/1991MON20224.

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Abstract:

Une solution analytique du bilan en debit des ecoulements en irrigation de surface met en relation une loi de vitesse d'avancement en double exponentielle pour une loi d'infiltration de horton. L'analyse des donnees de terrain conduit a une remise en cause des hypotheses habituellement prises dans les modeles d'irrigation de surface. Le modele alive permet de mieux integrer la variation de debit, de section et d'infiltration

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Sanabria, Marin Rigaud. "Hydrologie du bassin du Sinú (Colombie) : modélisation spatio-temporelle de la dynamique hydrique et climatique d'un bassin versant tropical." Avignon, 2001. http://www.theses.fr/2001AVIG1027.

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Abstract:

Une étude appliquée, nous permet de développer une méthodologie permettant de comprendre, dans une perspective intégrée, le cycle hydrologique d'un bassin versant tropical, les principaux phénomènes associés et les influences réciproques de ces phénomènes et des activités humaines entre eux. Pour cela ont été employés un Système d'Information Géographique et un logiciel statistique. Ainsi, quelques modèles mathématiques et spatiaux ont été mis en œuvre, qui reproduisent les différentes phases du cycle hydrologique du fleuve Sinu. On trouve dans cette région deux unités climatiques liées essentiellement au relief, en tenant compte de l'altitude et de l'exposition aux alizés du Nord-Est. La région montagneuse reçoit des précipitations plus importantes et a une température moins élevée au Sud du bassin. Par contre, la plaine du Centre et du Nord présente une température élevée et homogène, avec des précipitations qui diminuent vers le nord. L'interaction spatiale du système océan - atmosphère du Pacifique produit sur le système hydro - climatique du Sinu d'importantes anomalies du régime des débits et de précipitations. Elles se traduisent par d'importantes inondations pendant La Nina et de fortes sécheresses pendant El Nino. L'influence de l'homme sur les paysages du Sinu se manifeste principalement par les modifications de la couverture végétale à partir de la déforestation et de l'implantation de pâturages, et par la construction du barrage d'Urrà I. Mais le cours fluvial est également modifié par la construction de digues, de canaux d'irrigation et le recoupement de méandres

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Pellenq, Jennifer. "Couplage de la modélisation hydrologique avec la modélisation des transferts sol-végétation-atmosphère : application à la spatialisation et à l'assimilation des données du satellite SMOS." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30137.

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Mimeau, Louise. "Quantification des contributions aux écoulements dans un bassin englacé par modélisation glacio-hydrologique. : Application à un sous-bassin de la Dudh Koshi (Népal, Himalaya)." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAU014/document.

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Abstract:

Dans un contexte de recul des glaciers causé par le changement climatique et d'augmentation des besoins en eau due à l'accroissement de la population et au développement économique, quantifier les contributions à l'origine des écoulements dans les bassins versants de montagne himalayens est nécessaire à la gestion de la ressource en eau actuelle ainsi qu'à la recherche de solutions d'adaptation aux impacts du changement climatique.La modélisation hydrologique est un outil adapté à la compréhension du fonctionnement des bassins versants de montagne cependant, le manque de données météorologique dans les régions de haute altitude et la représentation simplifiée des processus cryosphériques dans les modèles hydrologiques induisent de fortes incertitudes sur la simulation des débits dans les rivières.Cette thèse vise à quantifier les différentes contributions aux écoulements ainsi que leurs variations saisonnières à l'échelle locale en appliquant un modèle glacio-hydrologique dans un bassin englacé de l'Himalaya népalais.Une nouvelle paramétrisation de l'albédo de la neige et de la fonte des glaciers couverts ainsi qu'une implémentation d'un module d'avalanche sont ajoutés dans le modèle DHSVM-GDM pour améliorer la simulation du couvert neigeux et de l'évolution des glaciers.L'analyse du bilan hydrologique simulé avec la nouvelle configuration du modèle montre que les glaciers jouent un rôle important sur les débits à l'exutoire, notamment en hiver où les débits sont principalement contrôlés par l'écoulement de l'eau liquide stockée dans les glaciers.Cette thèse met en relief la difficulté de quantifier la contribution des glaciers dans les débits de rivière, en effet, sur le bassin étudié, cette contribution est estimée à 45 % de l'écoulement total si on considère la part des écoulements issus de la fonte de glace, ou bien à 70 % si on considère la part des écoulements provenant des zones englacées.L'incertitude des résultats de modélisation est étudiée en évaluant les impacts de la représentation des processus dans le modèle et de l'incertitude des données de forçage sur la simulation des contributions aux écoulements.L'incertitude sur la surface englacée dans le bassin génère une incertitude de 20 % sur le volume de fonte de glace simulé et l'incertitude sur les données de précipitations aboutit à une estimation de la contribution de la fonte de glace aux écoulements est comprise entre 28 et 70 % des débits annuels
In a context of glacier shrinkage caused by climate change and in a context of an increase of the water demand due to population growth and economic development, it is necessary to quantify the contributions to the outflow in the Himalayan mountain catchments in order to improve the present water resource management and find adaptation solutions to climate change.Hydrological models are useful tools to understand the water balance in mountain catchment, however, the lack of meteorological data in high altitude regions and the simplified representation of the cryospheric processes in the models lead to large uncertainties on the simulated river discharges.This study quantifies the different contributions to the outflow as well as their seasonal variations at local scale using a glacio-hydrological model in a glacierized catchment located in the Nepalese Himalayas.New parametrizations for the snow albedo and debris covered glaciers, as well as an avalanche module, were implemented in DHSVM-GDM model in order to improve the simulation of the snow cover dynamics and the glacier evolution.The simulated water balance obtained with the new configuration of the DHSVM-GDM model shows that glaciers have a major impact on the river discharges, especially during winter when the outflow is mainly controlled by the release from the englacial water storage.This study highlights the complexity of quantifying the glacier contribution to the river discharges because, on the studied catchment, the glacier contribution is equal to 45 % of the total runoff considering the share of ice melt to the river discharge, or 70 % considering the share of runoff originating from glacierized areas.The impact of the representation of the cryospheric processes in the model and the impact of the forcing data on the simulated water components are analysed to assess the uncertainty on the hydrological modelling.The uncertainty related to the glacierized area estimation leads to an uncertainty of 20 % on the simulated ice melt volume, and the uncertainty related to the precipitation datasets result in a simulated ice melt contribution to the outflow ranging from 28 et 70 % of the annual outflow

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Fourcade, Benoît. "Modélisation hydrologique et hydrochimique d'un petit bassin versant méditerranéen : conséquences de la variabilité hydrologique et d'un incendie de forêt (bassin du Rimbaud, Réal Collobrier, Var)." Montpellier 2, 2001. http://www.theses.fr/2001MON20131.

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Cheikho, Taher. "Synthèse spatio-temporelle des paramètres hydroclimatiques et modélisation hydrologique : application au bassin versant du Var." Nice, 2003. http://www.theses.fr/2004NICE2002.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension du fonctionnement hydrologique du bassin versant du Var situé dans le Sud-Est de la France et caractérisé par des contrastes hydroclimatiques associés à une topographie très tourmentée, et de mettre à la disposition des aménageurs une base de données spatiale (topographique, occupation du sol, géologique, hydrographique, hydroclimatique) gérée par un Système d'Information Géographique SIG. Le bassin est exposé aux risques des pluies extrêmes et par conséquent aux inondations. Dans ce contexte, les aléas climatique et hydrologique sont analysés à travers deux principaux aspects : la distribution spatio-temporelle des pluies moyennes et extrêmes et la transformation de la pluie en débit. La cartographie automatique des pluies, facteur important d'aléa hydrologique, des températures et de l'évapotranspiration potentielle a montré l'influence déterminante du relief sur leurs distributions spatiales. Cette régionalisation a été réalisée à l'aide des régressions linéaires multiples et du krigeage. L'intégration des gradex de pluies de bassin de 1 à 3 jours estimés d'après les pluies maximales de la saison à haut risque (septembre-janvier) dans la méthode de Gradex a servi à calculer les débits maxima instantanés. Les résultats obtenus sont cohérents avec ceux cités dans la littérature. La modélisation pluie-débit sur le Var aval et les principaux sous-bassins versants a été réalisée à différents pas de temps. Les modèles utilisés (GR2M, LoiEau, GR4J, GR4JH et l'environnement HEC-HMS) ont été calés et validés à partir des données expérimentales et ont permis de reconstituer les débits et les crues du Var
The objective of this PhD thesis is to contribute to a better comprehension of the hydrological behaviour of the Var catchment area located in the South-east of France and characterized by hydroclimatic contrasts associated with the topography, and to put a spatial database (topographic, occupation of soil, geological, hydrographic, hydroclimatic) managed by a Geographical Information System GIS at the disposal of the developers. The catchment is exposed to the hazards of the extreme rainfalls and consequently to the floods. In this context the climatic and hydrological hazards are analyzed through two main aspects: spatial and temporal distribution of the rainfalls and the transformation of the rainfalls into runoff. The automatic cartography of the rainfalls, significant factor of hydrological hazard, the temperatures and the potential evapotranspiration showed the determining influence of the relief on their spatial distributions. This regionalization was carried out using the multiple linear regressions and of the krigeage. The integration of the gradex of the catchment rainfalls from 1 to 3 days estimated according to the maximum rainfalls of the high-risk season (September-January) in the method of Gradex was used to calculate the instantaneous maximum discharges. The results obtained are coherent with those quoted in the literature. Modelling rainfall-runoff relationship on the Var and the principal sub-catchments was carried out with various steps of time. The models used (GR2M, LoiEau, GR4J, GR4JH and environment HEC-HMS) were calibrated and validated from the experimental measurements and made it possible to reconstitute the discharges and the floods of the Var catchment

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Geng, Qing Zhi. "Modélisation conjointe du cycle de l'eau et du transfert des nitrates dans un système hydrologique." Paris, ENMP, 1988. http://www.theses.fr/1988ENMP0125.

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Abstract:

Ce mémoire présente une méthodologie utilisant trois modèles conjointement pour représenter le transfert des nitrates dans un système hydrologique à l'échelle régionale. Cette méthodologie permet une description conceptuelle du transfert avec discrétisation spatiale en tenant compte à la fois de la biochimie de l'azote, de la production des nitrates dans le sol et de leur déplacement dans la nappe souterraine. Trois exemples permettent de tester la méthodologie à trois échelles différentes: échelle métrique, petit bassin versant expérimental et système régional

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Le, Roux Xavier. "Étude et modélisation des échanges d'eau et d'énergie sol-végétation-atmosphère dans une savane humide (Lamto, Côte d'Ivoire)." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066823.

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Vannier, Olivier. "Apport de la modélisation hydrologique régionale à la compréhension des processus de crue en zone méditerranéenne." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENU030/document.

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Abstract:

Le risque hydrologique associé aux crues rapides survenant en région méditerranéenne est variable dans l'espace et le temps. Des travaux ont montré une vulnérabilité forte des personnes mobiles face aux crues touchant les bassins versants de petite taille (< 20 km²). Le risque hydrologique qui en résulte s'ajoute au risque, mieux connu, associé au débordement des grands cours d'eau. Ce constat définit les enjeux de la modélisation hydrologique régionale mise en place dans ce travail, qui a pour objectif la compréhension des processus de crue de l'échelle du petit bassin versant (1 km²) à l'échelle des bassins régionaux (> 1000 km²). Le modèle utilisé dans cette thèse est construit avec la plate-forme de modélisation LIQUID, qui permet un couplage « à la carte » de modules représentant les processus que l'on souhaite intégrer au modèle. C'est un modèle utilisé sans calibration, dans une démarche de test d'hypothèses de fonctionnement hydrologique des bassins. La zone d'étude est la région Cévennes-Vivarais. Les premières simulations effectuées montrent une sensibilité forte des résultats du modèle aux propriétés des sols (conductivité hydraulique, épaisseurs), ainsi qu'au type de condition limite employée (percolation profonde ou non). Une distinction apparaît entre les comportements en crue des bassins situés sur roche sédimentaire et des bassins schisteux situés sur les reliefs cévenols. Une version du modèle intégrant la représentation des écoulements latéraux de surface et de subsurface est également développée, et déployée sur le bassin expérimental du Cartaou (0.5 km²). Les premiers résultats soulignent l'important rôle joué par ces écoulements à petite échelle. Une méthodologie d'analyse des récessions de débit est mise en place pour l'estimation des propriétés hydrauliques et des épaisseurs des horizons de roche altérée, non-décrits par les bases de données des sols de la région. Les résultats de l'analyse suggèrent une hiérarchie dans les valeurs des paramètres, contrôlée par le type de géologie. Les horizons de roche altérée sont ensuite intégrés dans la version finale du modèle, qui est déployée à l'échelle de la région entière. Les simulations effectuées sur l'année 2008 montrent l'intérêt de la prise en compte de ces épaisseurs de roche altérée, tant pour la simulation des débits en crue que lors des périodes inter-événementielles. Les simulations mettent également en évidence des différences de comportement entre les bassins du nord de la région (Ardèche, Tarn) et ceux du sud (Cèze, Gardon, Vidourle) que l'on peut relier à la géologie
The hydrological risk associated with flash-floods in the mediteranean area is temporally and spatially variable. Recent works showed the vulnerability of mobile people during floods occurring on small catchments (area < 20 km²). The associated risk, added to the better-known risk related to the overflow of larger rivers, defines the objectives of the present thesis. This work aims at developing a regional distributed hydrological model to study the flood processes over a large range of spatial scales, from small catchments (1 km²) to large regional catchments (> 1000 km²). The model used in this thesis is built within the LIQUID hydrological modeling platform, which allows a modular coupling of the chosen hydrological processes. The model is used without calibration, with the purpose to test different hypotheses on the hydrological functioning of catchments. The studied area is the Cevennes-Vivarais region (south-east of France). The first simulations show a high sensitivity of the model results to soil properties (hydraulic conductivity, thickness), and to the bottom flux boundary condition (deep percolation). A different behavior is observed between catchments located on sedimentary rocks and catchments located in the mountain area, on metamorphic schists. A version of the model which accounts for lateral surface and sub-surface flows is developed, and tested on the Cartaou (0.5 km²) experimental catchment. Preliminary results highlight the importance of lateral flow processes in flood generation at small spatial scales. A streamflow recession analysis is performed to estimate hydraulic and thickness properties of weathered rock horizons, which are not described by regional soil databases. The results show a hierarchy in the estimated parameters, in relation with geology. The weathered rock horizons are implemented in the hydrological model, which is used at the regional scale. Simulations performed over the 2008 year bring out the better results obtained when using the weathered rock layer, for flood events simulations as well as for long-term simulations. The results also show differences between the hydrological behavior of north catchments (Ardèche, Tarn) and south catchments (Cèze, Gardon, Vidourle), which can be linked to the geology

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Loughreit, Fouad. "Contribution à la modélisation hydrologique des chaussées a structure réservoir pour leur conception et leur simulation." Lyon, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAL0017.

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Ce travail de thèse a pour objet de définir des modèles et des outils permettant de mieux appréhender le fonctionnement hydrologique des chaussées à structure réservoir servant au stockage temporaire et au drainage des eaux pluviales. Il a pour but de fournil· des outils pour leur conception et leur comportement à différentes échelles spatiales. Ce mémoire est présenté en 4 parties : -La première partie définit le contexte de la recherche en faisant un point sur l'état de l'assainissement pluvial actuel, sur réémergence des techniques alternatives dont font partie les chaussées à structure réservoir, et enfin en, présentant les différentes formes que peuvent prendre ces ouvrages. A partir d'une typologie des problèmes rencontrés pour la compréhension de leur fonctionnement global, des axes de recherche sont proposés ; ce qui permet de mieux circonscrire le travail de thèse que nous proposons. - La deuxième partie est consacrée à la présentation et à la critique des différents modèles permettant de représenter le fonctionnement hydrologique d'une [chaussée à structure réservoir. A l'issue de cette partie une classification des différents modèles est proposée. - La troisième partie pose les bases d'un modèle conceptuel de chaussées réservoirs régulées ou non à l'aval et propose son calage à partir de mesures réalisées sur des sites expérimentaux dont deux ont été instrumentés et suivis par nos soins. Cette partie se termine par l'examen de la validation du modèle. -Enfin, une quatrième partie présente les résultats d'une étude de comparaison des outils de conception et de simulation des structures réservoirs pour des situations types
The major goal of the present thesis is to define models and tools which will help to foresee the hydrological functioning of porous pavement structures. In the meantime, tools for their conception and their behavior modelisation at different space scales will also be given. The study is presented in 4 different parts: - the first part defines the general context of research by presenting, on the first hand, the actual states of storm urban drainage and of the growing use of alternative techniques - of which porous pavement structures -, and on the second hand, the different forms that can adopt these particular structures. From the problems observed through the comprehension of their global functioning, new domains of research will be proposed. -The second part of the thesis is dedicated to the presentation, the criticism and the classification of different models used to define the hydrological functioning of porous pavement structures. The third section of the study fixes the bases for a conceptual model of both regulated and non-regulated porous pavement structures and proposes its calibration with data from two of our own experimental sites. This section ends, with the validation of the conceptual model. Finally, the fourth section shows the results of a comparison between different porous pavements conception and modelisation tools under typical situations

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Morena, Floriane. "Modélisation hydrologique distribuée en milieu urbanisé : représentation des processus de production et développement du modèle URBS." Grenoble INPG, 2004. http://www.theses.fr/2004INPG0007.

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Ce travail de thèse consiste à développer un modèle hydrologique spécifique aux bassins versants urbains capable de représenter de manière distribuée les processus physiques importants en milieu urbain et pourtant souvent négligés dans les modèles classiques, tels que l'évapotranspiration, l'infiltration directe d'eau du sol dans les réseaux ou l'évolution temporelle du niveau de saturation dans le sol. Le modèle URBS (Urban Runoff Branching Structure) est basé sur les informations disponibles dans les Banques de Données Urbaines, à l'échelle de l'Elément Hydrologique basé sur la parcelle cadastrale. L'étude de sensibilité du modèle aux paramètres d'entrée montre l'influence d'un paramètre d'infiltration directe dans les réseaux et de la conductivité hydraulique à saturation du sol. Le modèle est appliqué à plusieurs bassins urbains afin de tester la pertinence des résultats. Les bassins versants de Rezé (4. 6 ha) et des Gohards (178 ha) permettent d'évaluer les débits simulés à l'exutoire ainsi que les niveaux de saturation simulés par comparaison aux mesures correspondantes. Les possibilités d'application du modèle URBS sont nombreuses, notamment pour contribuer au développement d'un outil d'aide à l'aménagement des bassins urbains, par exemple en représentant l'influence des techniques alternatives en assainissement pluvial à l'échelle des bassins versants. Le modèle URBS permettant de prendre en considération la distribution spatiale des précipitations, des images radar à résolution spatiale très fine (250 m) sont exploitées pour illustrer l'influence de la variabilité spatiale des précipitations sur la réponse hydrologique de bassins versants urbains réels et fictifs. Une approche théorique permet de quantifier la variabilité des hydrogrammes en fonction d'une caractérisation statistique de la variabilité des précipitations.

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Varado, Noémie. "Contribution au développement d'une modélisation hydrologique distribuée : application au bassin versant de la Donga, au Bénin." Grenoble INPG, 2004. http://www.theses.fr/2004INPG0083.

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Abstract:

Le développement du modèle hydrologique spatialisé à base physique POWER (Planner Oriented evaluative Watershed model for Environmental and socio-economic Responses) requiert le test et la validation des différents modules avant de les agréger dans une structure commune. Le travail de thèse s'inscrit dans cette démarche. La version préliminaire de POWER, nommée REW_v4. 0 (Reggiani et al. 1998, 1999), a permis une modélisation du bassin versant de la Donga au Bénin (586 km2) dans le cadre du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine). Le modèle calcule les composantes du cycle hydrologique sur des sous-bassins et utilise une représentation de type réservoir pour la zone non saturée. Les données disponibles sur le bassin nous ont permis d'évaluer, avec ce type de modélisation, la représentation des débits intermédiaires, ainsi que celle d'autres grandeurs telles que l'évolution de la hauteur de nappe ou la saturation du sol, puis l'apport de la variabilité spatiale de la pluie par rapport à une pluie uniforme sur le bassin ou l'apport de la variabilité spatiale des propriétés sols. Bien que les résultats soient encourageants, le module de zone non saturé s'est avéré trop simple pour reproduire certaines caractéristiques des données. C'est pourquoi un nouveau module de transferts verticaux dans la zone non saturée a été développé et validé. Il s'appuie sur une résolution rapide de l'équation de Richards (1931) 1D dans laquelle ont été inclus les phénomènes d'interception, de transpiration et d'extraction racinaire. Ce module n'a pas été utilisé dans ce travail mais devrait permettre d'améliorer certains défauts du modèle REW_v4. 0
The development of the distributed, physically-based hydrological model POWER (Planner Oriented evaluative Watershed model for Environmental and socio-economic Responses), requires the test and validation of its various modules independently, before their incorporation into a common modelling framework. This thesis contributes to this research procedure. The preliminary version of POWER, called REW_V4. 0 (Reggiani et al. 1998, 1999), was applied to the Donga catchment in Benin (586 km2), in the context of the international program AMMA (Multidisciplinary Analysis of the African Monsoon). The model provides the various components of the hydrological cycle on sub-catchments and uses a simplified non-saturated module, based on reservoirs. Available data allowed us to assess, in this particular modelling system, the representation of intermediate discharge, the evolution of the groundwater level and of the degree of soil saturation and then, the improvement of the simulation when taking into account the spatial variability of rainfall or soil properties. Although results were encouraging, the non-saturated zone module was too simple to reproduce some of the data features. Therefore, we developed and validated a new vadose zone module to represent more physically the vertical water transfers in the unsaturated zone. This module is based on a fast numerical solution of the 1D Richards' equation (1931) and we added interception, transpiration and roots extraction phenomena in order to take into account soil surface covered by vegetation. This module was not used in this thesis but should improve some limitations of the REW_v4. 0 model

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Pushpalatha, Raji. "Simulation et prévision des étiages sur des bassins versants français : Approche fondée sur la modélisation hydrologique." Phd thesis, AgroParisTech, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00912565.

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Abstract:

La prévision d'étiage à long terme est l'une des questions émergentes en hydrologie en raison de la demande croissante en eau en période sèche. Des prévisions fiables de débits à longue échéance (quelques semaines à quelques mois à l'avance) peuvent améliorer la gestion des ressources en eau et de ce fait l'économie de la société et les conditions de vie aquatique. Les études limitées sur les étiages dans la littérature nous a conduit à traiter certaines des questions existantes sur l'hydrologie des étiages, principalement sur la simulation et la prévision des étiages. Notre objectif final de développer une approche d'ensemble pour la prévision à long terme des étiages se décline en plusieurs étapes préalables, telles que la caractérisation des étiages, l'évaluation de mesures existantes d'efficacité des simulations des modèles, le développement d'une version améliorée d'un modèle de simulation des étiages, et enfin l'intégration d'une approche de prévision d'ensemble. Un ensemble de bassins distribués partout en France avec une variété de conditions hydro-météorologiques a été utilisé pour l'évaluation des modèles. Cet échantillon de données a d'abord été analysé et les étiages ont été caractérisés en utilisant divers indices. Notre objectif de mieux évaluer les simulations des étiages par les modèles a conduit à proposer un critère basé sur le critère de Nash-Sutcliffe, calculé sur l'inverse des débits pour mettre davantage de poids sur les erreurs sur les très faibles débits. Les résultats montrent que ce critère est mieux adapté à l'évaluation des simulations des étiages que d'autres critères couramment utilisés..Une analyse de sensibilité structurelle a ensuite été menée pour développer une structure de modèle améliorée pour simuler les étiages. Des modèles couramment utilisés ont été choisis ici comme modèles de base pour commencer l'analyse de sensibilité. Le modèle développé, GR6J, atteint de meilleures performances à la fois sur les faibles et les hauts débits par rapport aux autres modèles existants testés. En raison de la complexité du processus pluie-débit et de l'incertitude liée aux conditions météorologiques futures, nous avons développé une approche d'ensemble pour émettre des prévisions et quantifier les incertitudes associées. Ainsi l'approche d'ensemble fournit une gamme de valeurs futures de débits sur la plage de prévision. Ici, la climatologie a été utilisée pour fournir les scénarios météorologiques en entrée du modèle pour réaliser les prévisions. Pour réduire le niveau d'incertitude lié au modèle hydrologique, des combinaisons variées de procédures de mise à jour et de corrections de sortie ont été testées. Une approche directe, similaire à ce qui peut être fait pour la prévision des crues, a été sélectionnée comme la plus efficace. Enfin, des essais ont été réalisés pour améliorer la qualité des prévisions sur les bassins influencés par les barrages, en tenant compte des variations de stockage dans les barrages amont. Testée sur les bassins de la Seine et de la Loire, l'approche a donné des résultats mitigés, indiquant le besoin d'analyses complémentaires.

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Peredo, Ramirez Daniela. "Quels gains d’une modélisation hydrologique adaptée et d’une approche d’ensemble pour la prévision des crues rapides ?" Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS058.

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Abstract:

La prévision de crues joue un rôle fondamental dans l’anticipation et la mise en œuvre de mesures visant à protéger les personnes et les biens. L’objectif de cette thèse est d’examiner notre capacité à améliorer la simulation et la prévision d’événements majeurs de crues soudaines en France. Premièrement, nous examinons les limites de l’approche globale de modélisation hydrologique et la contribution du modèle hydrologique semi-distribué GRSD, à maillage fin et au pas de temps horaire, à la simulation d’évènements majeurs de crue. Nous proposons une modification de la structure de ce modèle afin qu’il soit mieux adapté à reproduire la réponse des bassins versants aux fortes intensités de pluie. Une adaptation de la structure du modèle, basée sur le calcul du rendement de pluies, a abouti à l’introduction d’un nouveau paramètre et à la proposition d’un nouveau modèle (GRSDi) mieux capable de simuler la réponse hydrologique à des pluies intenses qui surviennent en automne. Deuxièmement, nous explorons comment une approche de prévision d’ensemble météorologique, combinée au modèle hydrologique semi-distribué, peut contribuer à mieux prévoir les évènements de crues rapides, l’amplitude et l’instant d’occurrence des débits de pointe, que ce soit sur des bassins jaugés ou non-jaugés. Les résultats ont permis d’identifier, du point de vue hydrologique, les forces et faiblesses des produits proposés. Les travaux menés constituent un pas en avant vers l’utilisation de modèles hydrologiques conceptuels, continus et semi-distribués, dans le cadre de la prévision de crues majeures et rapides en contexte méditerranéen
Flood forecasting plays a fundamental role in anticipating and implementing measures to protect lives and property. The objective of this thesis is to investigate our ability to improve the simulation and forecasting of major flash flood events in France. First, we analyse the limitations of the lumped hydrological modelling approach, and how the contribution of the semi-distributed hydrological model GRSD, with fine mesh and hourly time step, to improve the simulation of major flood events. We also propose a modification of the structure of the model, in order to make it better suited to reproducing the response of the catchments to high rainfall intensities. An adaptation of the model structure, based on the calculation of the production rate function, resulted in the introduction of a new parameter and the proposal of a new model (GRSDi) capable of better simulating the hydrological response to heavy rains that occur in autumn, after a dry summer period. Second, we explore the ability of a meteorological ensemble prediction approach, combined with the semi-distributed hydrological model, to better predict flash flood events, the amplitude and the time of occurrence of peak flows, whether in gauged or ungauged basins. The results made it possible to identify, from a hydrological point of view, the strengths and weaknesses of the products evaluated. The work carried out constitutes a step forward towards the use of conceptual, continuous and semi-distributed hydrological models for the forecasting of major flood events and flash floods in the Mediterranean context

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Pushpalatha, Raji. "Simulation et prévision des étiages sur des bassins versants français : Approche fondée sur la modélisation hydrologique." Electronic Thesis or Diss., Paris, AgroParisTech, 2013. http://www.theses.fr/2013AGPT0012.

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Abstract:

La prévision d'étiage à long terme est l'une des questions émergentes en hydrologie en raison de la demande croissante en eau en période sèche. Des prévisions fiables de débits à longue échéance (quelques semaines à quelques mois à l'avance) peuvent améliorer la gestion des ressources en eau et de ce fait l'économie de la société et les conditions de vie aquatique. Les études limitées sur les étiages dans la littérature nous a conduit à traiter certaines des questions existantes sur l'hydrologie des étiages, principalement sur la simulation et la prévision des étiages. Notre objectif final de développer une approche d'ensemble pour la prévision à long terme des étiages se décline en plusieurs étapes préalables, telles que la caractérisation des étiages, l'évaluation de mesures existantes d'efficacité des simulations des modèles, le développement d'une version améliorée d'un modèle de simulation des étiages, et enfin l'intégration d'une approche de prévision d'ensemble. Un ensemble de bassins distribués partout en France avec une variété de conditions hydro-météorologiques a été utilisé pour l'évaluation des modèles. Cet échantillon de données a d'abord été analysé et les étiages ont été caractérisés en utilisant divers indices. Notre objectif de mieux évaluer les simulations des étiages par les modèles a conduit à proposer un critère basé sur le critère de Nash-Sutcliffe, calculé sur l'inverse des débits pour mettre davantage de poids sur les erreurs sur les très faibles débits. Les résultats montrent que ce critère est mieux adapté à l'évaluation des simulations des étiages que d'autres critères couramment utilisés..Une analyse de sensibilité structurelle a ensuite été menée pour développer une structure de modèle améliorée pour simuler les étiages. Des modèles couramment utilisés ont été choisis ici comme modèles de base pour commencer l'analyse de sensibilité. Le modèle développé, GR6J, atteint de meilleures performances à la fois sur les faibles et les hauts débits par rapport aux autres modèles existants testés. En raison de la complexité du processus pluie-débit et de l'incertitude liée aux conditions météorologiques futures, nous avons développé une approche d'ensemble pour émettre des prévisions et quantifier les incertitudes associées. Ainsi l'approche d'ensemble fournit une gamme de valeurs futures de débits sur la plage de prévision. Ici, la climatologie a été utilisée pour fournir les scénarios météorologiques en entrée du modèle pour réaliser les prévisions. Pour réduire le niveau d'incertitude lié au modèle hydrologique, des combinaisons variées de procédures de mise à jour et de corrections de sortie ont été testées. Une approche directe, similaire à ce qui peut être fait pour la prévision des crues, a été sélectionnée comme la plus efficace. Enfin, des essais ont été réalisés pour améliorer la qualité des prévisions sur les bassins influencés par les barrages, en tenant compte des variations de stockage dans les barrages amont. Testée sur les bassins de la Seine et de la Loire, l'approche a donné des résultats mitigés, indiquant le besoin d'analyses complémentaires
Long-term stream low-flow forecasting is one of the emerging issues in hydrology due to the escalating demand of water in dry periods. Reliable long-lead (a few weeks to months in advance) streamflow forecasts can improve the management of water resources and thereby the economy of the society and the conditions for aquatic life. The limited studies on low flows in the literature guided us to address some of the existing issues in low-flow hydrology, mainly on low-flow simulation and forecasting. Our ultimate aim to develop an ensemble approach for long-term low-flow forecasting includes several prior steps such as characterisation of low flows, evaluation of some of the existing model's simulation efficiency measures, development of a better model version for low-flow simulation, and finally the integration of an ensemble forecasting approach. A set of catchments distributed over France with various hydrometeorological conditions are used for model evaluation. This data set was first analysed and low flows were characterized using various indices. Our objective to better evaluate the models' low-flow simulation models resulted in the proposition of a criterion based on the Nash-Sutcliffe criterion, but calculated on inverse flows to put more weight on the errors on extreme low flows. The results show that this criterion is better suited to evaluate low-flow simulations than other commonly used criteria. Then a structural sensitivity analysis was carried out to develop an improved model structure to simulate stream low flows. Some widely used models were selected here as base models to initiate the sensitivity analysis. The developed model, GR6J, reaches better performance in both low- as well as high-flow conditions compared to the other tested existing models. Due to the complexity of rainfall-runoff processes and the uncertainty linked to future meteorological conditions, we developed an ensemble modelling approach to issue forecasts and quantify their associated uncertainty. Thus the ensemble approach provides a range of future flow values over the forecasting window. Here observed (climatological) rainfall and temperature were used as meteorological scenarios fed the model to issue the forecasts. To reduce the level of uncertainty linked to the hydrological model, various combinations of simple updating procedures and output corrections were tested. A straightforward approach, similar to what can be done for flood forecasting, was selected as it proved the most efficient. Last, attempts were made to improve the forecast quality on catchments influenced by dams, by accounting for the storage variations in upstream dams. Tested on the Seine and Loire basins, the approach showed mixed results, indicating the need for further investigations

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Dissertations / Theses on the topic 'Modélisation hydrologique'

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