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Communication Dans Un Congrès Année : 2005

The distributed hydrological modelling tool power: scientific concepts and insertion in a modelling framework

L'outil de modélisation hydrologique spatialisée Power : concepts scientifiques et insertion dans une plate-forme de modélisation intégrée

Résumé

L'outil de modélisation hydrologique POWER est en cours de développement, en partenariat entre le Cemagref, le LTHE et Hydrowide. L'objectif des travaux en cours est d'évaluer la pertinence de la représentation du système hydrologique dans POWER. Contexte : Les gestionnaires de ressources en eau à l'échelle d'un bassin versant disposent actuellement d'une solution de modélisation hydrologique dite globale et d'une solution de modélisation hydrologique dite distribuée ou spatialisée. Si la première est simple à mettre en oeuvre, elle fait abstraction des processus physiques qui se déroulent sur un bassin versant. Elle présente vite des limites en cas de modification du paysage (occupation du sol, climat etc.). Un re-calibrage du modèle est alors nécessaire et ces modélisations sont difficilement utilisables sur des bassins non jaugés. La seconde solution intègre l'hétérogénéité spatiale du paysage dans la modélisation. Toutefois, les outils disponibles posent également un certain nombre de difficultés à l'utilisation. Un trop grand nombre de paramètres est en effet souvent nécessaire à la mise en oeuvre de la solution. L'adéquation entre l'échelle de représentation des processus et les échelles où ces processus sont fonctionnelles est aussi une question majeure dans ces modèles. D'autres part, plusieurs combinaisons de paramètres peuvent produire le même résultat. Tous ces éléments induisent donc pas mal d'incertitudes sur les résultats de ces modèles spatialisées. Dans ce contexte, Reggiani et al (1998, 1999) ont proposé un cadre de représentation des systèmes hydrologiques qui essaie de limiter le nombre de paramètres tout en proposant une approche unifiée pour les différents processus. Ce sont ces approches qui ont sous-tendu le développement de l'outil de modélisation POWER. Concepts scientifiques de l'outil de modélisation POWER : Le cadre théorique de représentation des systèmes hydrologiques proposé par Reggiani et al (1998, 1999) repose sur deux principes essentiels : · Une discrétisation spatiale du bassin versant en sous bassins versant (REW), et la définition de cinq zones d'écoulement ou volumes de contrôle au sein des REW (Zone Non Saturée, Zone Saturée, Surface Non Saturée, et Rivière). La formulation des équations de conservation, moyennées à l'échelle des volumes de contrôle. Dans l'outil de modélisation POWER une formulation plus fine des zones d'écoulement au sein des REW est proposée, à travers l'intégration de deux niveaux supplémentaires de discrétisation : (1) Une discrétisation en REC (colonnes élémentaires de sol), pour la prise en compte de l'hétérogénéité spatiale dans les REW et (2) une discrétisation en CELL (cellules ou horizons) pour la prise en compte de l'hétérogénéité verticale au sein des colonnes élémentaires. Cette formulation conduit à une représentation du bassin versant en objets élémentaires qui interagissent entre eux par des échanges de flux. La problématique de modélisation hydrologique spatialisée est réduite à une recherche des termes d'échange entre zones d'écoulement et à une recherche d'équations de fermeture de bilan. L'implémentation informatique du fonctionnement des systèmes hydrologiques tel qu'il est décrit est réalisée sur une plate forme de modélisation intégrée LIQUID développée par Hydrowide. Description du fonctionnement des systèmes hydrologiques et implémentation sur la plate forme LIQUID. La plate forme de modélisation intégrée LIQUID : La plate forme de modélisation LIQUID est basée sur les principes de la programmation orientée objet. Elle est de ce fait adaptée à la représentation du système hydrologique suivant les concepts présentés ci-dessus. Elle offre également un certain nombre d'avantages pour la modélisation environnementale : · Elle permet une implémentation informatique du bassin versant tel que le conçoit l'hydrologue en raison de sa grande modularité. · Elle repose sur une structure souple permettant de modéliser divers processus à leurs échelles spatio-temporelles propres, et d'assembler différents modèles dans une même plate forme. Sa structure permet de faire une modélisation du paysage "sur mesure". · Elle utilise des principes de modélisation comportementale qui offrent la possibilité à chaque élément du paysage de réagir diversement à des sollicitations multiples. · Elle est dotée d'une fonctionnalité basée sur des interruptions temporelles (Scheduler) pour gérer différents processus à leurs propres échelles de temps sans avoir recours à des interpolations temporelles. · Elle met à la disposition des utilisateurs, un ensemble de bibliothèques utiles dans les applications de modèles environnementaux et physiques. Utilisation de la plate forme LIQUID pour le développement de POWER Cette plate-forme est actuellement utilisée pour la construction de l'outil de modélisation POWER. Précisément, on s'attache à une formulation plus fine des zones d'écoulement dans les REW, à la description du fonctionnement des échanges entres les volumes élémentaires et à l'implémentation sur la plate forme. Une application au bassin versant de la Saône est prévue pour évaluer cet outils de modélisation, à travers une analyse des sorties et des scénarios de changements d'occupation du sol et de modification climatique. Nous présenterons les concepts scientifiques sur lesquels repose l'outil POWER, une brève description de la plate forme de modélisation LIQUID. Une illustration de la construction d'un module pour représenter un système hydrologique et son fonctionnement dans la plate forme sera présentée.
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-02587129 , version 1 (15-05-2020)

Identifiants

Citer

J. Dehotin, Isabelle Braud, Noémie Varado, S. Desbionne, Patricia Viallet, et al.. L'outil de modélisation hydrologique spatialisée Power : concepts scientifiques et insertion dans une plate-forme de modélisation intégrée. Journées de la Modélisation au Cemagref, Clermont-Ferrand, 3-4 Octobre 2005, 2005, Clermont-Ferrand, France. pp.27. ⟨hal-02587129⟩
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