Modélisation à base physique de la variabilité hydroclimatique à l'échelle d'un grand bassin versant tropical

Résumé En Fr

West Africa is strongly affected by runoff decrease since the 1970s, which is mainly explained by a decline in rainfall. But, the catchments' sensitivity to this decrease is variable and brought in by complex processes. Physically-based modelling aims at representing the interactions between the external factors (rainfall and temperature) and internal factors in the catchment (landuse, soil and groundwater). To do so, the SWAT agro-hydrological model is operated at a daily time step over the period 1952–2000 in the Bani catchment (100 000 km², Mali). The modelling implies a preliminary constitution of spatial data (rainfall, temperature, landuse, soils and sub-basin delineation) in a resolution and an accuracy adapted to the simulation objectives and to the data availability. The model has a certain physical realism in the representation of the soil-vegetation-atmosphere interactions. It also leans on empirical parameters concerning runoff, groundwater and channel flow. The empirical parameters are calibrated to optimize the simulated daily discharge at the catchment's outlet. The validation is made over various periods and in various gauging stations. The calibration/validation results are satisfactory at the catchment's outlet (Nash coefficients values reaches 0.88 for calibration, and from 0.81 to 0.91 for validation) but also in various gauging stations located in tributaries (Nash coefficients values range from 0.70 to 0.85). The model could be use to better understand the role and the hierarchy of the control factors of flows over this large tropical catchment. It also allows to spatialize the water flow. It can so constitute a support to estimate the variability of surface water resources in these vulnerable tropical areas.

En Afrique de l'Ouest, l'espace soudanien est fortement affecté par une baisse des écoulements depuis les années 1970. La réduction des précipitations en est la principale cause. Mais, la sensibilité des bassins versants à cette baisse est variable et fait intervenir des processus complexes. La modélisation à base physique vise à mieux appréhender les interactions entre les facteurs externes (pluviométrie et température) et internes au bassin versant (couverts végétaux, sols et nappes souterraines). A cette fin, le modèle agro-hydrologique SWAT est mis en œuvre à un pas de temps journalier sur le bassin versant du Bani (100 000 km², Mali) sur la période 1952–2000. La modélisation implique une structuration préalable des données spatiales (pluviométrie, température, sols, couverts végétaux, topographie et discrétisation en sous-bassins) à une résolution spatiale et sémantique adaptée aux objectifs de la modélisation et à la disponibilité des données. Le modèle présente un certain réalisme physique dans la représentation des interactions sol-plante-atmosphère. Il s'appuie également sur des paramètres empiriques concernant le ruissellement, les nappes souterraines et l'écoulement en chenal. Ces paramètres sont calés afin d'optimiser le calcul du débit quotidien avec une validation sur différentes périodes et en différents points de mesure. Les résultats de calage et de validation sont satisfaisants à l'exutoire du bassin (indices de Nash de 0,88 en calage et de 0,81 à 0,91 en validation) mais également en différentes stations de mesure sur les affluents (indices de Nash de 0,70 à 0,85). Le modèle permet de mieux comprendre le rôle et la hiérarchie des facteurs de contrôle de l'écoulement sur ce vaste bassin tropical, il permet également de spatialiser les écoulements. Il peut ainsi constituer un appui pour évaluer les ressources en eau de surface dans ces espaces tropicaux vulnérables.