Contribution au développement d'une modélisation hydrologique distribuée. Application au bassin versant de la Donga, au Bénin

Abstract

In the aim of the development of the distributed, physically-based hydrological model POWER (Planner Oriented evaluative Watershed model for Environmental and socio-economic Responses), test and validation of the various modules should be conducted separately before incorporating them into the modelling structure. The preliminary version of POWER, called REW_V4.0 (Reggiani et al. 1998, 1999), was applied to the Donga catchment, Benin, in the context of the international program AMMA (Multidisciplinary Analysis of the African Monsoon). Data analysis allow to evaluate, in this particular modelling system, the representation of intermediate discharge, the evolution of the groundwater level, the evolution of the degree of soil saturation and then the improvement of the simulation when taking into account the spatial variability of rainfalls or soil properties. In order to improve the process representation into the POWER modelling system, a vadose zone module was developed and validated to represent more physically the vertical water transfers in the unsaturated zone. This module allows a quick resolution of the 1D Richards' equation (1931). This module is based on the numerical solution proposed by Ross (2003). Interception, transpiration and roots extraction phenomenon were added to the numerical solution in order to take into account soil surface covered by vegetation. The POWER application, with the vadose zone module developed would allow us to answer some questions raised by the REW_v4.0 model.Dans le cadre du développement du modèle hydrologique distribué et à base physique POWER (Planner Oriented evaluative Watershed model for Environmental and socio-economic Responses), le test et la validation des différents modules doivent être menés avant de les agréger ensemble dans leur structure commune. Le travail de thèse s'inscrit dans cette démarche. La version préliminaire de POWER, nommée REW_v4.0 (Reggiani et al. 1998, 1999), a été mise en place pour une modélisation du bassin versant de la Donga, située au Bénin dans le cadre du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine). Cette modélisation permet de représenter de façon spatialisée l'ensemble des processus dominants du cycle de l'eau. L'analyse des données disponibles sur le bassin versant permet d'évaluer dans ce type de modélisation, la représentation des débits intermédiaires, la représentation d'autres grandeurs telles que l'évolution de la hauteur de nappe ou la saturation du sol, puis l'apport de la variabilité spatiale de la pluie par rapport à une pluie uniforme sur le bassin ou l'apport de la variabilité spatiale des propriétés sols. Dans le but d'améliorer la représentation des processus au sein du modèle POWER, un module de transferts verticaux dans la zone non saturée a été développé et validé. Ce module permet la résolution rapide de l'équation de Richards (1931) 1D selon la solution numérique de Ross (2003) dans laquelle ont été inclus les phénomènes d'interception, de transpiration et d'extraction racinaire. L'application du modèle POWER comprenant le module de zone non saturée ainsi développé devrait permettre de répondre à un certain nombre de questions soulevées dans la mise en oeuvre du modèle REW_v4.0