Impact de la variabilité pluviométrique de méso-échelle sur la réponse des systèmes hydrologiques sahéliens PDF Download
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Book Description
Comprendre comment la variabilité du climat interagit avec les modifications de l'hydrologie au Sahel est une nécessité pour anticiper ce que pourraient être les conséquences des changements climatiques futurs dans cette région. On doit pour ce faire relier les scénarios climatiques grande échelle aux bilans d'eau localisés de petits bassins. Cette thèse traite des questions d'échelle qui sont centrales lorsque l'on cherche à forcer des modèles hydrologiques par des sorties de modèles climatiques. Les jeux de données utilisés permettent de documenter le continuum des résolutions spatiale et temporelle qui nous intéressent et on traite des deux types de systèmes hydrologiques qui caractérisent cette région : les systèmes endoréiques de rive gauche du fleuve Niger et les systèmes exoréiques qui constituent ses affluents de rive droite. D'abord sont établies une synthèse et une actualisation des travaux de modélisation de la variabilité pluviométrique de méso-échelle, telle que documentée à partir des données haute résolution de l'observatoire AMMA-CATCH Niger. Puis on cherche à comprendre comment la variabilité du forçage pluviométrique influe sur la réponse des systèmes hydrologique et quelles sont les erreurs générées lorsque l'on utilise, en entrée des modèles hydrologiques, des données de forçage qui souséchantillonnent cette variabilité. Enfin, on étudie comment les modifications de régime pluviométrique se traduisent sur le ruissellement de surface sur la base : (i) des modifications de régime observées au cours de la sécheresse 1970-1990, (ii) de différents scénarios de modification du régime pluviométrique, tels que l'on peut les concevoir à l'heure actuelle.
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Comprendre comment la variabilité du climat interagit avec les modifications de l'hydrologie au Sahel est une nécessité pour anticiper ce que pourraient être les conséquences des changements climatiques futurs dans cette région. On doit pour ce faire relier les scénarios climatiques grande échelle aux bilans d'eau localisés de petits bassins. Cette thèse traite des questions d'échelle qui sont centrales lorsque l'on cherche à forcer des modèles hydrologiques par des sorties de modèles climatiques. Les jeux de données utilisés permettent de documenter le continuum des résolutions spatiale et temporelle qui nous intéressent et on traite des deux types de systèmes hydrologiques qui caractérisent cette région : les systèmes endoréiques de rive gauche du fleuve Niger et les systèmes exoréiques qui constituent ses affluents de rive droite. D'abord sont établies une synthèse et une actualisation des travaux de modélisation de la variabilité pluviométrique de méso-échelle, telle que documentée à partir des données haute résolution de l'observatoire AMMA-CATCH Niger. Puis on cherche à comprendre comment la variabilité du forçage pluviométrique influe sur la réponse des systèmes hydrologique et quelles sont les erreurs générées lorsque l'on utilise, en entrée des modèles hydrologiques, des données de forçage qui souséchantillonnent cette variabilité. Enfin, on étudie comment les modifications de régime pluviométrique se traduisent sur le ruissellement de surface sur la base : (i) des modifications de régime observées au cours de la sécheresse 1970-1990, (ii) de différents scénarios de modification du régime pluviométrique, tels que l'on peut les concevoir à l'heure actuelle.
Author: Andre Musy Publisher: CRC Press ISBN: 1466590602 Category : Nature Languages : en Pages : 592
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This book presents the main hydrological methods and techniques used in the design and operation of hydraulic projects and the management of water resources and associated natural risks. It covers the key topics of water resources engineering, from the estimation of runoff volumes and unit hydrographs to the routing of flows along a river and throu
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Estimer l'impact de la variabilité climatique sur les ressources en eau et l'agriculture est une question scientifique cruciale, particulièrement pour le Sahel. La difficulté réside dans le décalage existant entre les échelles des sorties de modèle climatique et celles des applications hydrologiques ou agronomiques. Le régime pluviométrique sahélien et sa variabilité sont décrits ici à partir de l'analyse combinée de la série des pluies journalières de Niamey (Niger), de 1950 à 2002, et des données à haute résolution spatio-temporelle de l'observatoire AMMA-CATCH Niger, de 1990 à 2002, en mettant l'accent sur des échelles fines peu documentées jusqu'à présent, comme celles de l'événement pluvieux et des intensités des pluies. L'impact de la variabilité pluviométrique sur la culture du mil est ensuite étudié à l'aide d'un modèle de simulation de rendements. Il est montré que la variabilité pluviométrique d'échelle convective marque fortement l'organisation des champs de pluie, même pour des cumuls sur de longues périodes de temps. Les rendements agricoles sont très sensibles à cette variabilité.
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Les grands bassins versants d'échelle continentale, comme le Mississippi, intègrent la réponse hydrologique aux changements climatiques et environnementaux (fluctuations du climat, précipitations, débits, flux sédimentaires) à de larges échelles spatiales et temporelles, mais également les modifications du milieu physique d'origine anthropique (changements d’occupation des sols, aménagements...), ce qui rend parfois difficile l'identification des liens entre la variabilité hydrologique et la variabilité climatique. Les principaux objectifs de ce travail sont de déterminer et de quantifier les relations entre la variabilité hydrologique et les fluctuations du climat (précipitations régionalisées, indices climatiques) à l'échelle du bassin versant du Mississippi et de ses principaux sous-bassins ; via l'utilisation de méthodes d'analyses spectrales adaptées à l'étude des processus instationnaires (analyse en ondelettes continues, analyse de la cohérence par ondelettes). La variabilité hydrologique du Mississippi et de ses principaux affluents est structurée par plusieurs modes de variabilité, s'exprimant de l'échelle annuelle aux échelles inter-annuelle (2-4 ans, 3-6 ans, 5-8 ans), décennale (8-16 ans, 12-16 ans) et à plus long terme (22 ans, 22-26 ans). Ces modes de variabilité sont fortement similaires à ceux observés dans les précipitations (avec une cohérence moyenne de 77% à 89% selon les sous-bassins), et opèrent aux mêmes échelles de temps que la variabilité des principales fluctuations du climat affectant la région (ENSO, PDO, AMO, NAO, NAM et PNA), préalablement identifiés et synthétisés par une méthodologie similaire. La variabilité des débits du bassin versant du Mississippi se trouve influencée par un ensemble de téléconnections (cohérence de 63% à 66% en moyenne avec l'ensemble des indices climatiques), opérant toutefois à différentes échelles spatiales et temporelles, et qui évoluent au cours du temps (relations à divers degrés suivant les différentes échelles de temps, le mode de variabilité du climat mis en jeu et le sous-bassin versant considéré). De plus, la variabilité hydrologique du Mississippi et de ses principaux affluents s'inscrit plus largement dans le cadre d'une rupture majeure du système climatique et des systèmes hydrologiques à l'échelle globale observée vers 1970, qui se traduit notamment par une augmentation et une plus forte variabilité des débits, ainsi que des changements de la composition spectrale des paramètres hydrologiques et climatiques. En ce sens, la construction d'un indice "hydro-climatique unifié" à été proposée en reprenant l'ensemble des caractéristiques globales du système climatique et celles plus spécifiques à l'échelle régionale (échelle des sous bassins versants). Enfin, même si la majorité des paramètres hydrologiques se trouve apparemment très fortement liée par les paramètres climatiques, d'autres facteurs, comme les modifications du milieu physique (occupation des sols, aménagements...), peuvent avoir une influence non-négligeable sur l’évolution de certains paramètres hydrologiques (hauts et bas débits), mais qui serait beaucoup plus localisée dans le temps et l'espace (i.e., elle ne serait pas associée à l'existence d'oscillations dans l'hydrologie). A l'exception des flux hydrosédimentaires, marqués par de profonds changements qui ont pu être reliés aux aménagements du bassin versant et quantifiés par une méthodologie de modélisation spectrale (diminution des flux de sédiments en suspension exportés à l'exutoire d’environ 2,25.108 t.an-1 sur la période 1950-1975), ces influences apparaissent spatialement localisées, et restent difficiles à caractériser. Outre leurs faibles contributions, ceci provient également du fait que ces modifications du milieu physique agissent simultanément avec d'autres facteurs pouvant modifier la réponse hydrologique, comme les changements observés dans le climat, qui reste le facteur principal des changements observés.
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Les zones intertropicales sont caractérisées par des précipitations très variables dans l'espace et le temps qui peuvent produire sur une même région des conditions de sécheresse prolongées entrecoupées d'événements pluviométriques intenses. Ces extrêmes secs et humides peuvent provoquer des pénuries d'eau ou des inondations, mettant en péril des populations souvent très vulnérables aux aléas climatiques. C'est particulièrement le cas de l'Afrique de l'Ouest qui, dans un contexte de conditions sèches dominantes depuis les années 1970, subit ces deux dernières décennies un nombre croissant d'inondations. Face à un réchauffement climatique déjà bien réel, mais qui va se renforcer avec des conséquences sur le cycle de l'eau encore très incertaines, il est nécessaire de mieux comprendre comment la variabilité climatique - et en l'occurrence plus spécifiquement la variabilité pluviométrique, impacte la variabilité hydrologique. On dispose pour cela de modèles numériques de surface qui représentent de façon explicite les principaux processus intervenant dans les bilans d'eau. Ils doivent être alimentés par des champs de forçage pluviométrique à des résolutions suffisamment fines pour bien représenter les variabilités de petite échelle qui caractérisent les précipitations tropicales (résolution spatiale de quelques kilomètres et pas de temps horaire ou inférieur). De telles résolutions sont la plupart du temps incompatibles avec les échelles des données issues des réseaux pluviométriques nationaux en Afrique de l'Ouest (densité moyenne de 1 pluviomètre pour 10.000 km2 au pas de temps journalier). Il existe de surcroît des zones entières qui sont peu ou mal couvertes du fait de conditions climatiques difficiles ou du manque de moyens des services météorologiques nationaux. Dans ce contexte, la télédétection satellite s'avère très utile, mais elle ne permet pas encore d'atteindre les résolutions mentionnées plus haut. Compte tenu de cette situation, la question de la sensibilité des modèles hydrologiques à la résolution des champs pluviométriques utilisés pour les forcer constitue un sujet important, assez peu abordé en tant que tel dans la littérature consacrée à l'utilisation des données satellitaires pour forcer des modèles hydrologiques.Cette thèse s'attache donc à traiter séquentiellement deux questions distinctes, mais souvent confondues : i) quel est l'impact de la dégradation de la résolution spatio-temporelle des champs de forçages pluviométriques sur la réponse d'un modèle hydrologique, et ce en supposant que ces champs sont dépourvus d'erreur en moyenne ; ii) comment les champs de pluie estimés par satellite, qui présentent de façon combinée des problèmes de résolution et de biais, influencent-ils la réponse hydrologique simulée?Le jeu de données utilisé pour l'étude est celui du site soudanien de l'observatoire AMMA-CATCH au Benin (bassin de l'Ouémé, 13150 km2). Le réseau de pluviographes de cet observatoire permet de calculer des champs de référence à très fine résolution (0.05° et 30 minutes), utilisés pour forcer le modèle hydrologique DHSVM et constituer ainsi des débits simulés de référence. A partir de là il est possible de procéder à des études de sensibilité dans les deux directions mentionnées ci-dessus.
Author: Aloïs Richard Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Dans un contexte de changement climatique dont les projections régionales sont incertaines, de forte variabilité inter-annuelle du cycle hydrologique, de forte croissance démographique et de changement d'occupation des sols, les questions relatives au cycle hydrologique et à la ressource en eau actuels et à venir sont cruciales. Dans un tel contexte, ce travail de thèse approfondit la connaissance du fonctionnement hydrologique du bassin versant de l'Ouémé supérieur (situé en climat soudanien au Bénin), en considérant l'ensemble des termes et des processus du cycle hydrologique.Dans un premier temps, le fonctionnement hydrologique de l'Ouémé supérieur est analysé à l'échelle d'un versant grâce au modèle Hydrus 2D. Cette analyse de processus s'appuie sur un ensemble complet de mesures (précipitations, évapotranspiration, humidité du sol, niveau piézométrique, débit en rivière) obtenues dans le cadre de l'observatoire hydrométéorologique AMMA-CATCH. Les simulations montrent que la forêt ripisylve vidange la nappe profonde et la déconnecte ainsi du réseau hydrographique. L'apport d'eau de la nappe profonde permet une transpiration de la forêt ripisylve toute l'année, y compris en saison sèche. Les écoulements en rivière ne sont pas produits uniquement par exfiltration d'écoulements latéraux de subsurface non saturés, les bas-fonds jouent probablement un rôle.À méso-échelle, nous cherchons à quantifier l'impact de la variabilité spatiale de la conductivité hydraulique à saturation sur le bilan hydrologique et l'évapotranspiration. Le modèle numérique utilisé est nTopAMMA, formalisme dérivé de TopMODEL. À partir de mesures de terrain, nous avons mis en évidence que la variabilité spatiale de la conductivité hydraulique à saturation est corrélée à l'occupation du sol du bassin d'étude. La prise en compte de cette variabilité spatiale dans le modèle nTopAMMA montre que l'état hydrique et l'évapotranspiration simulés localement par le modèle dépendent aux trois-quarts de la topographie et pour un quart de la conductivité hydraulique à saturation.Adoptant une approche ascendante, nous confrontons la représentation élaborée à l'échelle du versant à la modélisation hydrologique à méso-échelle. Nous analysons les processus et flux verticaux du modèle nTopAMMA. L'amélioration de la modélisation du cycle hydrologique de l'Ouémé supérieur par le modèle nTopAMMA nécessite (i) la prise en compte des hétérogénéités du bassin versant, (ii) la modification du formalisme de l'évapotranspiration, (iii) la diversification des sources de prélèvements évapotranspiratoires et (iv) l'intégration de la nappe d'altérites.
Author: Flow Regimes from International Experimental and Network Data (Project) Publisher: ISBN: 9781901502787 Category : Business & Economics Languages : en Pages : 738
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This volume contains 117 reviewed papers from over 30 countries, published in English, French and Spanish, which reflect both international dimension of FRIEND and the key challenges facing hydrologists in the 21st century.
Author: Willem Willems Publisher: ISBN: 9789088903861 Category : Business & Economics Languages : en Pages : 434
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Water is vital for life, and its availability has been a concern for mankind throughout the ages. Its presence has always been ascertained in a variety of ways and the development of human society everywhere is connected with various forms of water management. Man also needed to manage water to find protection from its dangers and the need for that is increasing. In the coming decades, the impact of climate change is expected to intensify floods and droughts, affect groundwater resources, raise sea levels, increase pollution and enhance the frequency and magnitude of disasters. Societies around the world are challenged to adapt to these threats to ensure water security, economic prosperity and environmental and cultural sustainability. This book deals with the heritage of water management and the use that was made of water, as well as the impact of water management on heritage. An example of the former may be an ancient irrigation system in the Filipines or in the Middle East that still functions today, while the latter may reflect the importance of maintaining groundwater levels for the preservation of organic remains on archaeological sites or of wooden piles underneath standing buildings. In either case the papers in this book reflect the dynamic nature of water, and hence the equally dynamic relation between water management and heritage. This publication follows up on a Heritage and Water conference in Amsterdam, the first of its kind. Its main purpose is to credibly present the importance and value of heritage and historical experience for water and sustainable development, and vice versa, present the importance of water management for the protection of heritage. It presents evolving insights and concepts about Water and about Heritage from a variety of disciplines, policy and public perspectives illustrated with cases studies and aims to connect decision makers with experts such as engineers, archaeologists, historians, geographers, ecologist and landscape architects
Author: Théophile Vischel
Author: Théophile Vischel
Author: Andre Musy
Author: Maud Balme-Debionne
Author: Aurélien Rossi
Author: Tania Gascon
Author: Aloïs Richard
Author: Flow Regimes from International Experimental and Network Data (Project)
Author: Willem Willems
Author: World Meteorological Organization
Author: Kessler