Prise en compte de barrages-réservoirs dans un modèle global pluie-débit.

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Payan, Jean-Luc (2007) Prise en compte de barrages-réservoirs dans un modèle global pluie-débit. Doctorat Sciences de l'eau, Cemagref, Hydrosystèmes et Bioprocédés (HBAN), ENGREF 07AGPT0071 p.256.

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Résumé

Les bassins versants influencés par la présence de barrages-réservoirs constituent les objets d'étude de cette thèse. L'objectif principal est de mettre au point une méthode de prise en compte, au sein d’un modèle pluie-débit global, de l'impact de retenues d’eau artificielles sur le comportement hydrologique du bassin versant. Un tel outil, simple dans sa conception, doit permettre d'améliorer la simulation des débits de bassins versants influencés et d'évaluer l’impact de barrages-réservoirs sur le régime hydrologique des cours d’eau, en particulier lorsque l'on se place loin à l’aval de l'ouvrage.

La démarche adoptée est empirique dans le sens où l'on a cherché, sur une base de données de 46 bassins versants situés en France, aux Etats-Unis et au Brésil, à exploiter au mieux, dans la structure du modèle pluie-débit, une information simple sur les ouvrages, à savoir l'évolution temporelle des volumes stockés dans les retenues. La diversité des conditions hydro-climatiques présentes dans la base de données donne aux résultats obtenus un caractère assez général. Au cours de cette thèse, un grand nombre de solutions de prise en compte des barrages-réservoirs a été testé.

Les résultats montrent que cette information sur les remplissages des ouvrages peut être utilement exploitée au sein d'une structure de modèle global pour améliorer la simulation des bassins influencés. Les solutions qui se sont révélées être les plus performantes n'engendrent pas de complexification de la structure initiale du modèle puisqu'aucun ajout de paramètre n'a été nécessaire. Des gains de performances significatifs ont été réalisés, en particulier sur la simulation des étiages. Il s'agit d'un résultat important de la thèse car il montre qu'il est possible de prendre explicitement en compte, dans un modèle pluie-débit global, les barrages-réservoirs présents sur le bassin versant.

Nous avons ensuite essayé de comprendre le lien entre la méthode de prise en compte des barrages-réservoirs et certaines caractéristiques physiques des bassins versants et des ouvrages de stockage afin de tenter d'adapter la solution au bassin versant considéré. Les résultats de ces tests ont montré que ce lien est difficile à mettre en évidence et qu'à ce stade, une solution générique semble la plus efficace.

La solution la plus performante a ensuite été évaluée sur un échantillon complémentaire de 31 bassins versants n'ayant pas servi à son développement. L'évaluation a confirmé l'intérêt de la méthode pour l'amélioration des simulations des débits mais a également montré sa sensibilité à la disponibilité des données de stockages ainsi qu'aux transferts interbassins inconnus.

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Table des Matières

Remerciements

Résumé

Abstract

Introduction générale

Chapitre 1. Impacts des barrages-réservoirs

1.1. Introduction

1.2. Définitions préliminaires

1.3. Impacts des barrages-réservoirs

1.4. Synthèse – Particularité des systèmes étudiés

Chapitre 2. Modélisation des impacts de la gestion des barrages-réservoirs sur les débits

2.1. Introduction

2.2. Revue des méthodes usuelles de prise en compte des barrages-réservoirs en modélisation - Domaines d'application et limites

2.3. L’approche globale : pourquoi "ça marche" ?

2.4. Synthèse et objectif de la thèse

Chapitre 3. Démarche adoptée pour la prise en compte des barrages-réservoirs dans un modèle pluie-débit global

3.1. Introduction

3.2. Une approche empirique

3.3. Le modèle GR4J

3.4. Comment prendre en compte les ouvrages dans le modèle ?

3.5. Mise en œuvre de la modélisation

3.6. Synthèse

Chapitre 4. Présentation de la base de données

4.1. Introduction

4.2. Sources des données et constitution de l’échantillon

4.3. Situation géographique des bassins de l’échantillon

4.4. Caractéristiques des bassins et des barrages sélectionnés

4.5. Analyse des chroniques de données

4.6. Synthèse

Chapitre 5. Recherche d'une solution performante de prise en compte des barrages-réservoirs

5.1. Introduction

5.2. Un point d’alimentation et un point de rejet

5.3. Analyse des meilleures solutions

5.4. Un point d'alimentation et deux points de rejet

5.5. Deux points d'alimentation et un point de rejet

5.6. Conclusion

Chapitre 6. Choix d'une solution de prise en compte des barrages-réservoirs adaptée au bassin versant

6.1. Introduction

6.2. Démarche

6.3. Réduction du nombre de solutions analysées

6.4. Existe-t-il un lien entre un type de solution et certaines caractéristiques des bassins versants et des ouvrages ?

6.5. Moduler les manœuvres des barrages-réservoirs

6.6. Synthèse

Chapitre 7. Transposition des résultats obtenus avec le modèle GR4J à un autre modèle pluie-débit global

7.1. Introduction

7.2. Le modèle TOPMODEL

7.3. Performances sur l'échantillon de bassins versants de référence

7.4. Conclusion

Chapitre 8. Evaluation de la meilleure solution et possible extension

8.1. Introduction

8.2. Evaluation de la solution A3R11 sur un échantillon de bassins versants différent de celui ayant servi à son développement

8.3. Changements des paramètres du modèle induits par la prise en compte des barrages-réservoirs

8.4. Cas d'étude

8.5. Cas des barrages-réservoirs pour lesquels les débits restitués sont connus

8.6. Synthèse

Conclusion générale

Bibliographie

Annexe 1 : Liste des fournisseurs de données

Annexe 2 : Listes des bassins et barrages

Annexe 3 : Exemples de fiches signalétiques issues de la base de données pour les bassins et barrages

Annexe 4 : Résultats complémentaires sur le lien entre solution de prise en compte des barrages-réservoirs et caractéristiques physiques des bassins versants et des ouvrages

Annexe 5 : Apport de l'introduction d'un hydrogramme unitaire spécifique au routage des rejets du réservoir image

Annexe 6 : Article soumis à Water Resources Research

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