Multi-scale streamfow simulation

Résumé

Les questions d’échelle représentent un problème non résolu en hydrologie. Les modèles hydrologiques distribués sont capables de prendre en compte l’hétérogénéité des bassins versants, mais on ne sait toujours pas dans quelle mesure les variations dans la représentation des échelles spatio-temporelles, dans ces modèles, entraînent une incertitude sur les simulations. De plus, la question de la valeur ajoutée d’une discrétisation spatio-temporelle plus fne doit être étudiée davantage. La présente thèse aborde ces sujets dans le contexte de la simulation des écoulements, de la projection des crues et de la régionalisation des paramètres des modèles hydrologiques. Tous les bassins versants étudiés dans cette thèse sont situés dans la partie sud de la province de Québec, au Canada. Cette recherche repose sur l’utilisation de deux modèles hydrologiques distribués et à base physiques avec diférents degrés de complexité (Hydrotel et WaSiM). Pour la simulation et la projection des inondations, les modèles sont calibrés en considérant quatre niveaux diférents de spatialisation de l’information physiographique et des paramètres des modèles hydrologiques. Les données du projet ClimEx sont corrigées pour des pas de temps de 3 et 24 heures en utilisant la méthode de correction de biais multivariée n-dimensionnelle (MBCn), et utilisées comme entrées dans les modèles hydrologiques pour projeter le débit sur la période 1991-2100. Les résultats montrent que la variation de la résolution temporelle n’a que des impacts mineurs sur l’incertitude des simulations en conditions historiques, et que son impact dépend du choix du modèle hydrologique. Le modèle le plus sophistiqué (WaSim) présente une plus grande incertitude. Quant à la variation de la discrétisation spatiale, elle peut entraîner des incertitudes pour les bassins versants à faible pente ou comportant des zones accidentées. En ce qui concerne la projection des crues, en afnant l’échelle temporelle, les résultats montrent que la fréquence et l’amplitude des débits extrêmes en été augmentent dans le futur. De plus, le choix du modèle hydrologique pour la projection des débits de crues est plus important pour les grands bassins versants. Enfn, il n’existe pas de patron caractéristique concernant l’incertitude liée à la résolution spatiale et à la taille du bassin versant. Cependant, cela afecte la direction et le niveau de signiftaction des tendances observées pour les débits extrêmes dans les simulations. Cette thèse propose et teste également une méthode de régionalisation basée sur les forêts aléatoires (RF). Elle est appliquée aux paramètres d’Hydrotel à diférentes échelles spatiotemporelles. Les résultats montrent que la technique de régionalisation proposée est plus performante pour des pas de temps plus courts. De plus, les paramètres régionalisés sont spatialement cohérents. En fn de compte, l’utilisation de descripteurs des bassins versant ayant une meilleure représentativité spatiale entraîne une amélioration (de plus de 10%) pour les simulations avec un pas de temps de 24 heures.

Date	27 avr. 2023
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Annie Poulin (Directeur(-trice)) & Marie Amélie Boucher (Codirecteur(-trice))