Modélisation de l'influence des retenues d'eau sur la dynamique des écoulements de surface et de leur température dans les bassins de tête de réseau hydrographique

Modeling the influence of water reservoirs on the dynamics of surface flows and their temperature in the network head basins hydrographic

• Auteur / Autrice : Clémence Houpert
• Direction : Nadia Carluer, Florence Habets
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : RiverLy - Fonctionnement des hydrosystèmes

Mots clés

Mots clés libres

Retenue d'eau

Thermie

Écoulements

Impact

Cours d'eau

Aménagement et gestion d'une retenue

Water retention

Heat energy

Flows

River

River

Development and management of reservoir

Résumé

Le travail de thèse ici vise à acquérir des connaissances sur l'influence du mode de connexion des retenues au cours d'eau sur les régimes hydrologique et thermique de cours d'eau de tête de bassin versant, et à développer un modèle spatialisé qui intègre ces connaissances. L'objectif est de permettre d'explorer des scénarios d'aménagement et de gestion des retenues (arasement de retenues, remobilisation de retenues non utilisées, déconnexion estivale de retenues collinaires, mise en dérivation de retenues sur cours d'eau, installation de moines ou de vannes de fond pour limiter le réchauffement du cours d'eau). Ce travail de thèse s'inscrit dans un projet financé par l'OFB (Office Français de la Biodiversité), qui vise in fine à permettre aux gestionnaires de bassin versant de prioriser et hiérarchiser les actions relatives à la gestion des retenues à mettre en œuvre sur leur territoire, afin de limiter les impacts de ces structures sur les milieux aquatiques. La démarche sera mixte, expérimentale et de modélisation, à deux échelles emboitées : celle de la retenue, et celle du petit bassin englobant (quelques km² à quelques dizaines de km²). La thèse comportera 3 volets complémentaires : Etude in situ de l'influence du mode d'alimentation, de gestion et de restitution de l'eau d'une retenue sur la dynamique des écoulements et de leur température en fonction de ses caractéristiques propres. Ce volet s'appuiera sur le bassin versant de l'Yzeron (https://bdoh.irstea.fr/YZERON/). Il s'agira, sur quelques retenues « type » du point de vue de leur mode d'alimentation, de gestion, et de restitution de l'eau au cours d'eau, de caractériser leur influence propre sur la dynamique hydrologique et thermique du plan d'eau, au niveau individuel, mais également à l'échelle du sous bassin versant auquel elles appartiennent. Trois retenues ont déjà été instrumentées et ont fait l'objet d'un stage de fin d'études ingénieur. L'analyse des données collectées permettra de conceptualiser l'influence du mode de gestion des retenues sur les variables d'intérêt. Développement d'un modèle permettant de représenter la dynamique spatiale et temporelle des flux d'eau et de chaleur au sein du bassin versant. Cette étape s'appuiera sur le modèle PeshMelba (Rouzies et al, 2019), qui permet de simuler de façon spatialisée les flux d'eau au sein d'un petit bassin agricole, en représentant explicitement l'influence des différents éléments constituant le paysage. Elle supposera de développer un module « retenue », représentant les différents éléments du bilan hydrique (entrées, restitution au cours d'eau, prélèvements, évaporation, échanges avec la nappe) et du bilan énergétique (Beaufort et al, 2016, Loicq et al, 2018), et capable de rendre compte des différents modes d'alimentation, restitution et type de connexion au cours d'eau présents sur le bassin ou envisageables. Exploration de scénarios d'évolution d'usages et d'aménagement des retenues. Il s'agira à ce stade de scénarios simplifiés, où l'occupation du sol et les usages de l'eau seront prescrits, pour explorer l'impact de différentes stratégies de gestion et d'aménagement vis-à-vis des retenues,toutes choses égales par ailleurs. Certains de ces scénarios pourront inclure une évolution des forçages climatiques, qui influenceront directement le régime hydrologique et thermique des cours d'eau, mais également la température et le processus d'évaporation au sein des retenues.

The thesis work here aims to acquire knowledge on the influence of the mode of connection of reservoirs to the watercourse on the hydrological and thermal regimes of watercourses at the head of the catchment basin, and to develop a spatial model which integrates this knowledge. The objective is to make it possible to explore scenarios for the development and management of reservoirs (leveling of reservoirs, remobilization of unused reservoirs, summer disconnection of hill reservoirs, diversion of reservoirs on watercourses, installation of monks or bottom valves to limit the warming of the watercourse). This thesis work is part of a project funded by the OFB (French Office for Biodiversity), which ultimately aims to enable watershed managers to prioritize and prioritize actions relating to the management of reservoirs to be implemented. on their territory, in order to limit the impacts of these structures on aquatic environments. The approach will be mixed, experimental and modeling, at two nested scales: that of the reservoir, and that of the small encompassing basin (a few km² to a few tens of km²). The thesis will have 3 complementary parts: In situ study of the influence of the mode of supply, management and restitution of water from a reservoir on the dynamics of flows and their temperature according to its specific characteristics. This component will be based on the Yzeron watershed (https://bdoh.irstea.fr/YZERON/). It will be a question, on a few “typical” reservoirs from the point of view of their mode of supply, management, and return of water to the watercourse, of characterizing their own influence on the hydrological and thermal dynamics of the water body, at the individual level, but also at the scale of the sub-watershed to which they belong. Three reservoirs have already been instrumented and were the subject of an end-of-studies engineering internship. The analysis of the data collected will make it possible to conceptualize the influence of the mode of management of deductions on the variables of interest. Development of a model to represent the spatial and temporal dynamics of water and heat flows within the watershed. This step will be based on the PeshMelba model (Rouzies et al, 2019), which makes it possible to spatially simulate water flows within a small agricultural basin, by explicitly representing the influence of the different elements constituting the landscape. . It will involve developing a “retention” module, representing the different elements of the water balance (inflows, restitution to the watercourse, withdrawals, evaporation, exchanges with the groundwater) and the energy balance (Beaufort et al, 2016, Loicq et al , 2018), and capable of accounting for the different modes of supply, restitution and type of connection to the watercourse present in the basin or possible. Exploration of scenarios for changing uses and development of reservoirs. At this stage, it will involve simplified scenarios, where land use and water uses will be prescribed, to explore the impact of different management and development strategies with regard to reservoirs, all other things being equal. Some of these scenarios may include an evolution of climate forcing, which will directly influence the hydrological and thermal regime of rivers, but also the temperature and the evaporation process within the reservoirs.