Approches multi-critères visant à assurer la cohérence spatio-temporelle des flux d'eau au sein d'un modèle hydrologique semi-distribué

Multi-criteria approaches to ensure the spatio-temporal consistency of water fluxes within a semi-distributed hydrological model

• Auteur / Autrice : Shu-Chen Hsu
• Direction : Vazken Andreassian
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Hydrologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : HYCAR - Hydrosystèmes Continentaux Anthropisés - Ressources, Risques, Restauration

Mots clés

Mots clés libres

Approches multi-critères

Cohérence spatio-temporelle

Modèle hydrologique semi-distribué

Multi-criteria approaches

Spatio-temporal consistency

Semi-distributed hydrological model

Résumé

Quantifier la recharge des nappes d'eau souterraines et estimer leur contribution à l'écoulement en rivière est essentiel pour une gestion durable de la ressource en eau (irrigation, alimentation en eau potable, industrie). La zone d'échange entre la nappe et la rivière (zone hyporhéique) représente également un enjeu important pour de multiples disciplines (biogéochimie, écohydrologie), notamment de par sa capacité d'auto-épuration des cours d'eau. Pour la prévision des étiages, la compréhension de ces échanges joue également un rôle prépondérant, les nappes pouvant constituer la principale contribution à l'écoulement en période de basses eaux. À l'échelle du bassin versant, ces échanges entre surface et souterrain sont cependant difficilement mesurables. En hydrologie, ces échanges ont donc été principalement conceptualisés au sein de modèles globaux (à l'échelle d'un bassin versant), où ils sont estimés de manière indirecte, comme variable d'ajustement du bilan hydrologique pour chaque bassin. La thèse visera à étendre cette conceptualisation au sein d'une modélisation spatialisée (à l'échelle d'un ensemble de sous-bassins versants). Elle cherchera notamment à contraindre la cohérence spatiale de ces échanges souterrains entre sous-bassins versants connectés de manière souterraine, et à assurer une réalité physique de ces flux modélisés. La thèse exploitera diverses observations complémentaires à la mesure de débit (température de l'eau, hauteurs piézométriques, signal chimique en rivière et en nappe, etc.), dans la construction et l'optimisation du modèle hydrologique. Ces travaux de modélisation s'intégreront dans le cadre du projet CIPRHES visant la mise en œuvre opérationnelle d'outils de prévision des étiages en France.

Quantifying groundwater recharge and estimating its contribution to river flow is essential for sustainable water resource management (irrigation, drinking water supply, industry). The exchange zone between surface water and groundwater (hyporheic zone) is also an important issue for many disciplines (biogeochemistry, ecohydrology), particularly because of its capacity for self-purification of rivers. For low-flow forecasting, the understanding of these exchanges also plays a major role, as groundwater flow can be the main contribution to river discharge during low-flow periods. However, on the scale of the catchment, these exchanges between surface water and groundwater are difficult to measure. In hydrology, these exchanges have therefore been mainly conceptualised within global models (on a catchment scale), where they are estimated indirectly, as an adjustment variable of the hydrological water balance for each catchment. The thesis will aim to extend this conceptualisation within a semi-distributed model (for a set of sub-catchments). In particular, it will seek to constrain the spatial consistency of these groundwater exchanges between connected sub-catchments, and to ensure a physical realism of these modelled flows. The thesis will explore various observations complementary to streamflow measurements (water temperature, piezometric head, chemical signals in rivers and groundwater, etc.) in the construction and optimisation of the hydrological model. This modelling work will be integrated into the CIPRHES project which aimed to implement operational low-flow forecasting tools in France.