(trad auto)Impact of spatial variability of rainfall on the performance of hydrological models
Impact de la variabilité spatiale des pluies sur les performances des modèles hydrologiques
Résumé
(trad auto)The spatial variability of precipitation is often considered an important source of errors in hydrological modelling. Is that a common misconception? In any case, the reading of the many studies published on the subject does not provide clear conclusions today. The objective of this thesis is to analyze the impact of the spatial variability of rainfall on the performance of hydrological models. In this work, we sought to go beyond the limits of existing studies (small number of cases) and reach conclusions as general as possible using about 200 French basins, several hydrological models and two time steps (hourly and daily). Most of the work focused on global hydrological models that were modified to take into account the spatial variability of rainfall. We have sought to quantify the performance gains made possible by taking this variability into account. In this work, the variability of rainfall was assessed on the basis of the network of rainfall stations on the ground. Two approaches have been explored: - The first consists in introducing into the structure of the global model an index of precipitation variability, making it possible to modulate the functioning of the model according to the more or less strong heterogeneity of rainfall over the basin. - The second consists in applying a multi-model approach: several models operating in parallel are fed by different rains from the stations in the basin, their simulations being combined according to different aggregation trategies. The results of the many tests carried out indicate that the performance gains that can be expected by introducing information on rainfall variability are, on average in our sample of catchment areas, very limited. In some basins, significant gains have been achieved, although it is not possible to identify physical or climatic determinants common to the catchment areas concerned. A complementary analysis on the sensitivity of a distributed model to rainfall spatialization also indicates the limited influence of rain variability on the model's performance, on average on the basin sample.
La variabilité spatiale des précipitations est souvent considérée comme une importante source d'erreurs en modélisation hydrologique. Est-ce une idée reçue ? La lecture des nombreuses études publiées sur la question n'apporte en tout cas aujourd'hui pas de conclusions claires. L'objectif de cette thèse est d'analyser l'impact de la variabilité spatiale des pluies sur les performances des modèles hydrologiques. Dans ce travail, nous avons cherché à dépasser les limites des études existantes (faible nombre de cas) et à parvenir à des conclusions aussi générales que possible en utilisant environ 200 bassins français, plusieurs modèles hydrologiques et deux pas de temps (horaire et journalier). L'essentiel du travail s'est concentré sur des modèles hydrologiques globaux qui ont été modifiés pour prendre en compte la variabilité spatiale des pluies. Nous avons cherché à quantifier les gains de performance rendus possibles par une prise en compte de cette variabilité. Dans ce travail, la variabilité des pluies a été évaluée sur la base du réseau de postes pluviométriques au sol. Deux approches ont été explorées : - La première consiste à introduire dans la structure du modèle global un indice de variabilité de précipitations, permettant de moduler le fonctionnement du modèle en fonction de l'hétérogénéité plus ou moins forte de la pluie sur le bassin. - La seconde consiste à appliquer une approche multi-modèle : plusieurs modèles fonctionnant en parallèle sont alimentés par des pluies différentes issues des postes présents sur le bassin, leurs simulations étant combinées suivant différentes tratégies d'agrégation. Les résultats des nombreux tests réalisés indiquent que les gains de performances qui peuvent être attendus par introduction d'information sur la variabilité des pluies sont, en moyenne sur notre échantillon de bassins versants, très limités. Sur certains bassins, des gains significatifs ont pu être obtenus, sans qu'il soit cependant possible d'identifier de déterminants physiques ou climatiques communs aux bassins versants concernés. Une analyse complémentaire sur la sensibilité d'un modèle distribué à la spatialisation des pluies indique également l'influence limitée de la variabilité de la pluie sur les performances du modèle, en moyenne sur l'échantillon de bassins.