Estimation of hydrological response of a small Mediterranean watershed to fire by data analysis and a modelling approach

Data analysis and amodelling approach were used to detect the changes in hydrological regime in the Rimbaud watershed (France) after the fire in 1990. It was revealed that the increase of peak discharges was only observed during three years after the fire in the wet period of the year, at an hourly time scale. The Hydrograph model was applied for continuous runoff simulations at an hourly time step for the period 1967–2004. The parameters assessed for pre-fire conditions and used without change for the post-fire period satisfactorily fit the whole period of simulations with mean Nash-Sutcliffe efficiency 0.52. The set of model parameters representing the post-fire conditions of changing environment was developed. Based on newly estimated parameters, the efficiency of simulations of selected outstanding flood peaks was improved. However, overall model representation for the post-fire period (1990–1992) has declined. It is concluded that discernible fire impact is only localized on separate floods events and that it has a nonlinear character

Fonctionnement hydrologique des bassins versants de roches métamorphiques : exemple du bassin versant des Maurets (massif des Maures, Var, France)

7 tableaux ; 40 figuresL'étude met l'accent sur le rôle de l'anisotropie des roches métamorphiques, et tout particulièrement de la relation entre la direction de la pente des versants et celle des structures planaires des roches, dans la circulation des eaux. Le bassin versant des Maurets (8,37 km2) dispose, avec quatre stations limnigraphiques et trois pluviographes, d'un équipement adapté à la poursuite de l'objectif défini. L'étude hydrologique menée sur ce bassin versant montre que les secteurs où les versants présentent une pente perpendiculaire à la direction des structures planaires des roches stockent beaucoup d'eau et la restituent lentement. Les secteurs où les directions de la pente et des structures planaires sont perpendiculaires, se révèlent favorables à la circulation rapide des eaux et alimentent les crues. Toutefois l'influence de la relation entre les roches et la topographie devient négligeable lorsque des altérites très épaisses emmagasinent de grandes quantités d'eau qu'elles restituent très difficilement

Indicateurs sur la ressource en eau estimés par une modélisation pluie-débit régionalisée : la base de données Web LoiEau

International audienceA parsimonious conceptual approach has been developed for the quantification and management of water resources in territories without information. The LoiEau Web database, presented in this article, is the result of applying this method to the outlet of more than 130 000 ungauged catchments over the French territory. The regional approach exploits recent and good quality hydro-meteorological information that is as exhaustive as possible (the SAFRAN reanalysis and the Hydro database) and is the result of methodological advances made in determining a well-optimized structure of a daily hydrological model adapted to a varied range of hydrological process, constrained by only two parameters to allow its regionalization and use on ungauged basins. The LoiEau Web database provides simulated hydrological data from 1958 to 2018 at daily time steps, from which multiple hydrological indicators are extracted to characterize water resources (low flow, seasonality, mean annual streamflow). This database is distributed via a Web interface. Uncertainties were calculated by resampling of the observed data and allowed to calculate confidence intervals for each hydrological index on each catchment. A confidence index in the method is also proposed for each catchment in order to qualify the degree of applicability of results in the event that local specificities make them inappropriate.Une approche conceptuelle parcimonieuse a été développée pour la quantification et la gestion de la ressource en eau sur des territoires dépourvus d'information. La base de données Web LoiEau présentée dans cet article, constitue le résultat de l'application de cette méthode à l'exutoire de plus de 130 000 bassins versants non instrumentés sur le territoire national. L'approche régionale exploite une information hydrométéorologique récente et de bonne qualité la plus exhaustive possible (données climatiques de la réanalyse SAFRAN et données hydrologiques de la banque Hydro) et résulte d'avancées méthodologiques réalisées sur la détermination d'une structure bien optimisée d'un modèle hydrologique journalier adapté à une gamme de fonctionnements hydrologiques variés, contraint seulement par deux paramètres pour permettre sa régionalisation et son utilisation sur des bassins non jaugés. La base de données Web LoiEau fournit des chroniques hydrologiques simulées de 1958 à 2018 au pas de temps journalier, à partir desquelles de multiples indicateurs hydrologiques sont extraits, permettant de caractériser la ressource en eau dans son ensemble (étiage, saisonnalité, bilan). Cette base est diffusée pour les services de l'État via une interface Web. L'étude des incertitudes liées à l'échantillonnage des données observées a permis d'établir des intervalles de confiance pour chaque indicateur hydrologique. Un indice de confiance en la méthode est aussi proposé pour chaque bassin afin de qualifier le degré d'applicabilité des résultats dans le cas où les spécificités locales les rendent inappropriés

Cinquante ans de processus hydrologiques observés dans des petits bassins versants méditerranéens : vers une raréfaction de la ressource en eau ?

L'observatoire hydrologique du Réal Collobrier situé dans le sud-est de la France à proximité du littoral méditerranéen (massif des Maures) et géré par Irstea depuis 1966, constitue un site de référence en hydro-climatologie régionale. En raison du réseau dense de mesures des pluies et des débits, ce site offre une occasion unique d'évaluer les tendances hydrométéorologiques méditerranéennes à long terme. La végétation est composée de forêts principalement calcifuges sur des sols cristallins (maquis de bruyère, chêne-liège, pin maritime et châtaignier). L'influence humaine directe a été négligeable au cours des 50 dernières années. L'occupation du sol est demeurée presque inchangée, à l'exception notable d'un incendie de forêt en 1990 qui a touché un petit sous-bassin hydrographique. Par conséquent, les changements dans la réponse hydrologique des bassins versants sont causés par des changements dans les conditions climatiques et/ou physiques. Cette étude examine les changements sur la période d'observation de 50 ans, à l'aide de séries de précipitations et de débits. L'analyse utilise plusieurs indices climatiques décrivant des modes de variabilité distincts, à des échelles de temps interannuelles et saisonnières. Des indices hydrologiques décrivant les épisodes de sécheresse, en particulier en termes de durée et de sévérité sont également utilisés. Les tendances sont évaluées à l'aide du test statistique de Mann-Kendall. L'analyse montre qu'il existe une tendance marquée à la diminution des ressources en eau du bassin versant en réponse aux tendances climatiques, avec une augmentation de la sévérité et de la durée de la sécheresse. Mais les changements sont variables d'un sous-bassin à l'autre en fonction de leur propre fonctionnement hydrologique

A 50-year analysis of hydrological trends and processes in a Mediterranean catchment

International audienceThe Réal Collobrier hydrological observatory in southeastern France, managed by Irstea since 1966, constitutes a benchmark site for regional hydro-climatology. Because of the dense network of stream gauges and rain gauges available, this site provides a unique opportunity to evaluate long-term hydro-meteorological Mediterranean trends. The main catchment (70 km²) and its sub-catchments are located in the massif des Maures of southeastern France, close to the Mediterranean coast. The vegetation is composed of forest mainly calcified on crystalline soils (maquis of heath, cork-oak, maritime pine and chestnut). Direct human influence has been negligible over the past 50 years. The land use and land cover has remained almost unchanged, with the notable exception of a wildfire in 1990 that impacted a small sub-catchment. Therefore changes in the hydrological response of the catchments are caused by changes in climate and/or physical conditions. This study investigates changes in observational data using up to 50-year daily series of precipitation and streamflow. The analysis used several climate indices describing distinct modes of variability, at inter-annual and seasonal timescales. Trends were assessed by the Mann-Kendall method. The analysis also used hydrological indices describing drought events based on daily data for a description of low flows, in particular in terms of timing and severity. The analysis shows that there is a marked tendency towards a decrease in the water resources of the Réal Collobrier catchment in response to climate trends, with a consistent increase in drought severity and duration. But the changes are variable among the sub-catchments

A 50-year analysis of hydrological trends and processes in a Mediterranean catchment

International audienceThe Réal Collobrier hydrological observatory in southeastern France, managed by Irstea since 1966, constitutes a benchmark site for regional hydro-climatology. Because of the dense network of stream gauges and rain gauges available, this site provides a unique opportunity to evaluate long-term hydro-meteorological Mediterranean trends. The main catchment (70 km²) and its sub-catchments are located in the massif des Maures of southeastern France, close to the Mediterranean coast. The vegetation is composed of forest mainly calcified on crystalline soils (maquis of heath, cork-oak, maritime pine and chestnut). Direct human influence has been negligible over the past 50 years. The land use and land cover has remained almost unchanged, with the notable exception of a wildfire in 1990 that impacted a small sub-catchment. Therefore changes in the hydrological response of the catchments are caused by changes in climate and/or physical conditions. This study investigates changes in observational data using up to 50-year daily series of precipitation and streamflow. The analysis used several climate indices describing distinct modes of variability, at inter-annual and seasonal timescales. Trends were assessed by the Mann-Kendall method. The analysis also used hydrological indices describing drought events based on daily data for a description of low flows, in particular in terms of timing and severity. The analysis shows that there is a marked tendency towards a decrease in the water resources of the Réal Collobrier catchment in response to climate trends, with a consistent increase in drought severity and duration. But the changes are variable among the sub-catchments

The hydrological impact of the mediterranean forest: a review of French research

2 tableaux ; 8 figuresInternational audienceForest hydrology studies carried out in France have focused mainly on the Mediterranean part of the country. Three experimental catchments groups exist and have been monitored over a long period. Some forested catchment (Draix catchment) underwent no change during the study period, while others experienced either clear cutting (Lozère catchment) or forest fires (part of the Réal Collobrier catchments). In each case studied, the behaviour of the forested catchment was compared to that of a control catchment. Included with the experimental catchments studies are the results of research with a fundamentally different approach. The research is based on a statistical study of the interrelated development of afforestation rates and runoff characteristics for average-sized catchments (around 100 km2) in that part of the southern French Massif Central which is subject to Mediterranean rainfall conditions. The results differ considerably from one site to another, indicating the degree of complexity of the rainfall/discharge relationship. An increase in extreme flood events due to forest disturbance could by no means be confirmed in every case. A closer look at the hydrological behaviour of the catchments cleared up the apparent inconsistencies. It is mainly the contrast between bare soil and vegetated soil, rather than between forest and other types of vegetation witch is relevant in explaining the hydrological behaviour

Estimation de l'aléa hydrométéorologique par une méthode par simulation : la méthode SHYREG

La méthode SHYREG est une méthode de prédétermination de l'aléa hydrométéorologique extrême, basée sur la simulation des processus. Elle met en œuvre un générateur stochastique de pluies horaires couplé à une modélisation hydrologique suffisamment simplifiée pour être régionalisée. La méthode a été calée sur l'ensemble des données hydrométéorologiques disponibles au niveau national (2800 pluviomètres de Météo-France et 1290 stations hydro­métriques). Elle a ensuite été régionalisée pour fournir une base de données de quantiles de pluies et de débits de crues. L'évaluation des résultats de la méthode a été réalisée lors de différents travaux de thèses, et récemment dans le cadre du projet ANR Extraflo, visant la comparaison d'approches de prédétermination. Les qualités de justesse de la méthode ont été mises en avant pour l'estimation des quantiles de pluies et de débits. De façon générale, la méthode prend en compte un comportement des crues extrêmes lié à celui des pluies, qui semble préférable à une extrapolation uniquement fondée sur la variable débit. La stabilité de l'approche est garantie par une paramétrisation basée sur des valeurs moyennes (pour le générateur de pluie) et sur la stabilité de la relation pluie-débit. De plus, l'approche est implicitement multi-durées, ce qui permet de répondre à l'ensemble des besoins en termes de caractéristiques de l'aléa pluvial et hydrologique, à partir d'une seule régionalisation. La base de données nationale ainsi établie, présente l'intérêt de fournir une information régionale complète sur l'aléa hydrologique. Elle n'en est pas moins soumise à des restrictions d'usage liées à la nature de la méthode. Des recommandations sont alors associées à cette base, aussi que des codes de confiance permettant d'appeler à la vigilance les utilisateurs

Régionalisation d'une méthode de prédétermination de crue sur l'ensemble du territoire français : la méthode SHYREG

La méthode SHYREG a été développée pour la connaissance régionale des quantiles de débits de crue (débit de pointe et lames d'eau maximales écoulées sur les durées de 1 h à 72 h) pour les périodes de retour de 2 à 100 ans suivant une approche spatialisée. Elle associe un simulateur de pluies horaires et une modélisation simple pluie-débit, mis en oeuvre à une résolution kilométrique. Les quantiles de débits se déduisent directement des distributions de fréquence empiriques des valeurs maximales extraites des très longues chroniques de débit simulées. On obtient alors une base de quantiles de crues que l'on peut agréger à l'échelle de n'importe quel bassin versant, moyennant une règle d'abattement avec la surface. La régionalisation de la méthode a été réalisée sur la France métropolitaine, à l'exclusion de la Corse, en exploitant les données hydrométriques de 1 359 stations de jaugeage et des caractéristiques hydro-climatiques et hydrogéologiques spatialisées permettant de décrire la variabilité du paramètre saisonnier du modèle. Au final, cette régionalisation permet la connaissance des quantiles de débits de crue en tout bassin versant de la France métropolitaine avec une bonne restitution des quantiles de débit de pointe et journalier, pour les périodes de retour comprises entre 2 et 10 ans : un critère de Nash minimum de 80 % est obtenu sur les quantiles de débit de pointe pseudo-spécifique et de débit journalier spécifique des bassins versants non utilisés pour la régionalisation.The SHYREG method was developed for regional flood frequency analysis to estimate peak flow and flood discharges for various durations (1 h to 72 h) and return periods (2 to 100 years), according to a spatialized approach. For each 1-km2 pixel, the method combines an hourly rainfall model with a simple rainfall-runoff model. The discharge flood frequency estimates are deduced directly from the empirical frequency distributions for the maximum values, which are extracted from very long simulated discharge time series. This gives a database of 1-km2 gridded flood quantiles that can be aggregated for any catchment by using an areal averaging method. The method was regionalized for metropolitan France, excluding Corsica, using flow data from 1,359 gauging stations and regional hydroclimatic and hydrogeological characteristics to describe the variability of the rainfall-runoff model parameter. Such regionalization provides flood discharge quantiles for any catchment in metropolitan France for various durations and return periods. Regarding the method performance, accurate estimates of flood quantiles were produced for peak discharge and mean daily discharge for return periods of two to 10 years for gauged basins in dependent validation and cross-validation. A minimum NASH criterion of 80% is obtained for peak flow and mean daily discharge for the catchments not used in the regionalization process