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Modélisation hydrologique conceptuel GR: cas du bassin versant d'Houay Pano, Laos

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par Corneille HOUNGUE
Université Paul Sabatier Toulouse 3 - Master 1 Eau, Sol et Environnement  2016
  

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Abstract

The hydrological model that is very common is a software tool used by hydrologists. It helps to understand the dynamics of a watershed , in order to make rational use of the water resources of the watershed and make predictions for the fight against natural disasters due to flooding (flood ) and drought ( low flows ). Several models have been developed with the advances in computer science and geographic information systems among which we have the distributed hydrological model which has a pointed approach and does not achieve the best results. In this study we chose the conceptual hydrological model that requires little setting and allows to account for the hydrological behavior of the watershed: these models are GR2M and GR4J CEMAGREF. The aim is to see if the parameters of these two models represent well the physical characteristics of the watershed and compare them. The Lao basin has been chosen for the application. The Nash criterion of both models is acceptable. The behavior of Laos basin will be studied long term if we force the model GR4J by outputs of climate models.

Keys-words : flooding, flood, low flows, watershed

CORNEILLE HOUNGUE M1-ESE iii

MODéLISATION HYDROLOGIQUE CONCEPTUEL GR : CAS DU BASSIN VERSANT
D'HOUAY PANO, LAOS.

Table des matières

Résumé ii

Abstract ii

Sigle et acronyme v

Liste des figures vi

Listes des tableaux vii

Introduction 1

I-Contexte général du travail 2

CHAPITRE I : CONTEXTE GENERAL DU TRAVAIL 3

1.1 Cadre conceptuel 3

1.1.1 Définition des concepts 3

1.1.2 Cycle de l'eau 3

1.1.3 Principe de la modélisation hydrologique 4

1.1.3 Objectif et enjeux de la modélisation hydrologique 4

1.2 Présentation de la zone d'étude 5

1.2.1 ORE-MSEC 5

1.2.2 Bassin versant d'Houay Pano 6

Conclusion 7

II- Synthèse Bibliographique 8

CHAPITRE II : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE 9

2.1 Classification des modèles pluie-débit 9

2.1.1 Les modèles empiriques 9

2.1.2 Un modèle à base physique 9

2.1.3 Le modèle conceptuel 10

2.1.4 Boîte noire 11

2.1.5 Modèle global 12

2.1.6 Modèle semi-distribué 12

2.1.7 Modèle distribué 13

2.1.8 Modèles « évènementiels » ou « de simulation continue » 13

2.2 Notion de calage et validation d'un modèle hydrologique 13

2.2.1 Calage d'un modèle hydrologique 13

2.2.2 Validation d'un modèle hydrologique 14

COrNEILLE HOUNGUE M1-ESE iv

MODéLISATION HYDrOLOGIQUE CONCEPTUEL GR : CAS DU BASSIN VERSANT D'HOUAY PANO, LAOS.

III-Données et méthodes de traitement 15

CHAPITRE III : MATERIELS ET METHODES 16

3.1 Matériel 16

3.1.1 Structure du modèle et fonctionnement des modèles GR2M et GR4J 16

3.1.2 Objectif et utilisation de ces modèles dans différents domaine 17

3.1.3 Critère de Nash 17

3.1.4 Les données 18

3.2 Méthodes utilisées 18

3.2.1 La pluie 18

3.2.2 Débits 19

3.2.3 Evapotranspiration 20

IV-Résultats et Discussions 22

CHAPITRE IV : Résultats et Discussions 23

4.1 Résultat 23

4.1.1 Description des graphiques Pluie-ETP-Débit tracé avec Excel 23

4.1.1.1 Interprétation de Pluie-ETP-Débit mensuel 23

4.1.1.2 Interprétation de Pluie-ETP-Débit journalier 24

4.1.2 Description des graphiques Pluie-ETP-Débit tracé avec les modèles de nôtres études 25

4.1.2.1 Interprétation de Pluie-ETP-Débit mensuel (GR2M) 25

4.1.2.2 Interprétation de Pluie-ETP-Débit mensuel (GR4J) 27

4.1.3 Détermination des différentes saisons sur la période d'étude 28

4.1.4 Calibrage et validation des saisons suivant la période 28

4.2 Synthèses des résultats et discussion 30

Conclusion 33

Référence bibliographiques 34

Annexe 36

MODéLISATION HYDROLOGIQUE CONCEPTUEL GR : CAS DU BASSIN VERSANT
D'HOUAY PANO, LAOS.

Sigle et acronyme

ORE MSEC ETP GR2M

GR4J

: Observatoire de la Ressource en Eau

: Changement multi-échelle de l'environnement

: Evapotranspiration

: Modélisation des débits-pluies à deux paramètres au pas de temps

mensuel

: Modélisation des débits-pluies à 4 paramètres au pas de temps
Journalier

T

GIRE

: Température

: Gestion Intégré de la Ressource en Eau

CORNEILLE HOUNGUE M1-ESE v

CEMAGREF : Centre national du machinisme agricole du génie rural, des eaux et des

forêts

COrNEILLE HOUNGUE M1-ESE vi

MODéLISATION HYDrOLOGIQUE CONCEPTUEL GR : CAS DU BASSIN VERSANT
D'HOUAY PANO, LAOS.

Liste des figures

Figure 1: Cycle de l'eau ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_de_l'eau) 3

Figure 3: Bassin versant (( http://www.eaurmc.fr/pedageau/la-gestion-de-leau-en-france/le-

bassin-versant.html) 4

Figure 2: Identification spatiale des systèmes hydrologiques 4

Figure 4: Schéma montrant les composants d'un modèle (Singh, 1995)6 5

Figure 5: Localisation géographique du bassin versant de Houay Pano, des équipements hydro -météorologique, l'utilisation des terres en 2012 (source Olivier Ribolzi & al, Use of fallout radionuclides (7Be, 210Pb) to estimate resuspension of Escherichia coli from streambed

sediments during floods in a tropical montane catchment, 2015 6

Figure 6: Variation annuelle des précipitations 2002-2006 7

Figure 7 : Schéma montrant le fonctionnement d'un modèle conceptuel 10

Figure 8: Schéma montrant le fonctionnement d'un modèle conceptuel 11

Figure 9: Schéma montrant le fonctionnement d'un modèle de Boîte noire 12

Figure 10: structure des modèles GR4J et GR2M (source :

http://webgr.irstea.fr/modeles/mensuel-gr2m/fonctionnement-gr2m/) 16

Figure 11: Localisation des sites de prélèvement et délimitation du bassin versant R1 à R7 : sites de mesure de la pluie, T : site de mesure de la température de l'air, H : site de mesure de la hauteur de la rivière, Q : site de mesure du débit toutes les 6min, repères bleus :

délimitation du bassin versant d'Houay Pano selon MSEC (source : rapport de stage Manon

20015) 18

Figure 12: station hydro-météorologiques (source MSEC) 18

Figure 13: graphe mettant en relation Pluie-ETP-Débit mensuel 24

Figure 14: graphe mettant en relation Pluie-ETP-Débit journalier sous Excel 24

Figure 15: Evolution des paramètres (a), des critères (b) GR2M 26

Figure 16: graphe mettant en relation Pluie-ETP-Débit mensuel sous GR2M 26

Figure 17: Evolution des paramètres (a), des critères (b) 28

Figure 18: graphe mettant en relation Pluie-Débit mensuel sous GR4J 28

Figure 19: Détermination des saisons sur notre période d'étude 28

Figure 20: Hydrogramme obtenu sur nos trois saisons en fonction du calage avec le modèle

GR2M 36

Figure 21 Hydrogramme obtenu sur nos trois saisons en fonction du calage avec le modèles

GR4J 36

CORNEILLE HOUNGUE M1-ESE vii

MODéLISATION HYDROLOGIQUE CONCEPTUEL GR : CAS DU BASSIN VERSANT
D'HOUAY PANO, LAOS.

Listes des tableaux

Tableau 1: Etat et situation de l'eau dans le cycle hydrologique 3

Tableau 2: Résultat obtenu après calcul de débits mensuel de (m3/s) en mm (01/01/2002-

04/01/2002) 19

Tableau 3: Résultat obtenu après calcul de débits mensuel en mm pour l'année 2002 19

Tableau 4: Récapitulatif des coefficients d'ajustement mensuel pour la latitude 20°N (source :

http://hmf.enseeiht.fr/travaux/bei/beiere/book/export/html/1583) 20

Tableau 5: Résultat des calculs ETP mensuel année 2002 20

Tableau 6: Valeur des paramètres du modèle GR2M obtenues sur un large échantillon de

bassins versants. 25

Tableau 7: Récapitulatif des paramètres et critère de Nash le plus élevé 26

Tableau 8 : Valeur des paramètres du modèle GR4J obtenues sur un large échantillon de

bassins versants 27

Tableau 9: Récapitulatif des paramètres et critère de Nash le plus élevé 27

Tableau 10 : calage et validation sur la période d'étude en fonctions des saisons du modèles

GR2M 29

Tableau 11 : calage et validation sur la période d'étude en fonctions des saisons du modèles

GR4J 29

Tableau 12 : Paramètres retenu sur les deux modèles (Nash calculé sur Q) 30

Tableau 13 Paramètres retenu sur les deux modèles (Nash calculé sur VQ) 31

Tableau 14 Paramètres retenu sur les deux modèles (Nash calculé sur lnQ) 31

Tableau 15 : Paramètres obtenus sur les deux modèles avec les paramètres des saisons. 32

CORNEILLE HOUNGUE M1-ESE viii

MODéLISATION HYDROLOGIQUE CONCEPTUEL GR : CAS DU BASSIN VERSANT
D'HOUAY PANO, LAOS.

Corneille HOUNGUE M1-ESE 1

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D'HOUAY PANO, LAOS.

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