Incertitudes sur les débits simulés par le modèle HYDROTEL attribuables aux incertitudes sur les paramètres - Application au bassin de la rivière Beaurivage, Québec, Canada.

Abstract

Le présent mémoire porte sur l'analyse des incertitudes sur les débits simulés par le modèle HYDROTEL, associées aux incertitudes sur les paramètres. Pour ce faire, deux techniques locales, basées sur le développement en séries de Taylor, sont utilisées: (i) les méthodes de calcul de la probabilité de défaillance et (ii) les méthodes d'approximation des moments statistiques. Pour les deux méthodes, une comparaison entre l'utilisation de l'ordre 1 et l'ordre 2 est effectuée (l'ordre désignant le seuil de troncature du développement en séries de Taylor). Afin d'appliquer ces différentes méthodes, certaines hypothèses (telles que l'indépendance des paramètres du modèle, la distribution gaussienne des paramètres en entrée), des années hydrologiques particulières et des indicateurs hydrologiques spécifiques (crues et étiages) sont considérées. Une fois les incertitudes sur les débits simulés connues, on définit un critère de Nash-Sutcliffe généralisé qui remplace le coefficient de Nash-Sutcliffe classique. Ce coefficient tient compte de l'incertitude associée au débit simulé dans le cadre de l'exercice du calage pour l'évaluation d'une simulation. L'analyse d'incertitudes est généralement associée à une analyse de sensibilité permettant la hiérarchisation des paramètres. Une analyse de sensibilité du modèle vis-à-vis différents paramètres est réalisée sur une période de 40 ans (de 1969 à 2009). Le bassin pilote est celui de la rivière Beaurivage. L'analyse de sensibilité du modèle montre que l'influence des paramètres est très variable d'une saison à l'autre et même d'une journée à l'autre. Durant la période de fonte printanière, les paramètres les plus influents sont le coefficient d'optimisation de l'évapotranspiration potentielle (FETP), la limite inférieure de la deuxième couche du sol (Z2), le gradient vertical de la température (GVT) et les taux de fonte pour les forêts de conifères et de feuillus (FFCO et FFFE). Durant la période hivernale, les paramètres les plus influents sont le FETP, le coefficient de récession (REC), le Z2 et le taux de fonte pour le milieu ouvert (FFFO). Durant l'été et l'automne, les paramètres les plus influents sont le FETP, le Z2 le REC et la limite inférieure de la troisième couche (Z3). L'analyse d'incertitudes faite pour des journées hydrologiques particulières a montré que l'ordre 2 est indispensable à l'obtention de résultats concernant les probabilités de dépassement. L'intervalle de confiance de 95%, calculé pour les années particulières, montre que l'incertitude est variable d'une saison à l'autre. Elle est plus importante durant la fonte du couvert nival (printemps) et durant l'étiage estival. Les bandes d'incertitudes sont plus larges pour l'année la plus sèche. Concernant les indicateurs hydrologiques tels que les débits de crue ou d'étiage, plus la période de retour est grande, plus l'incertitude sur les débits associées aux incertitudes sur les paramètres est importante. Une comparaison entre cette incertitude et l'incertitude statistique associée au choix de la loi d'ajustement (dans notre cas la loi de Gumbel) montre que l'incertitude statistique est plus importante pour les périodes de retour supérieures à cinq ans