Une discrétisation du bassin versant à plusieurs niveaux dans le modèle hydrologique POWER

[Departement_IRSTEA]GMA [TR1_IRSTEA]11 - VERSEAU / TRANSFEAUWithin a distributed hydrological modelling, the discretisation of the watershed is often performed using a regular rectangular grid, which is not appropriated for correctly representing the surface heterogeneities and the hydrological processes that take place at different spatial and temporal scales. In order to better take into account the surface and subsurface properties of the catchment, two discretisation levels have been implemented in the POWER (Planner Oriented Watershed model for Environmental Responses) hydrological model. First, the watershed is divided into a series of elementary independent sub-basins, which are called the Representative Elementary Watersheds (REWs), on the basis of a Digital Terrain Model analysis. The number of REWs is determined as a function of the Strahler (1957) order. Following the approach by Reggiani et al. (Adv. Water Res., 1998, 1999 and Wat. Res. Res., 2000), the conservation equations for mass, momentum and energy may be averaged within each REW. Hence, each REW is considered to be the basic unit for modelling the stream flow network and the regional aquifer. For the modelling of the unsaturated/saturated water flow, a subsequent discretisation is performed and each REW is subdivided into a series of irregular vertical columns called the Representative Elementary Columns (RECs). The RECs are determined by the analysis and the classification of a series of superimposed GIS layers such as land use, soil texture and infrastructure maps. They constitute irregular volumes, subdivided into a fixed number of soil layers with different textural and/or structural properties. Infiltration, soil evaporation, plant transpiration and interception, surface ponding and leaching are modelled at the REC scale using a modified, efficient and accurate solution of the Richard's equation proposed by Ross (Agronomy J., 2003, in press) The same routine is applied to calculate the lateral surface and subsurface fluxes between adjacent RECs and the vertical water content redistribution within a REC. The link between RECs and REWs is provided by a weighted average of the RECs fluxes over a REW.An application of these two levels of discretisation to real hydrological basins will be presented.Dans un modèle hydrologique distribué, la discrétisation du bassin est souvent réalisée à l'aide d'une grille régulière, qui n'est pas appropriée pour représenter correctement les hétérogénéités de la surface et les processus hydrologiques qui ont lieu à des échelles d'espace et de temps différentes. Afin de mieux prendre en compte des propriétés de la surface et de la sub-surface dans un bassin, deux niveaux de discrétisation sont considérés dans le modèle hydrologique POWER ((Planner Oriented Watershed model for Environmental Responses). Tout d'abord, le bassin est divisé en une série de sous-bassins élémentaires, appelés les Representative Elementary Watersheds (REWs) à partir d'un modèle numérique de terrain. Le nombre de sous-bassins est déterminé par choix de l'ordre de Strahler (1957) retenu pour le découpage. Selon l'approche de Reggiani et al. (Adv. Water Res., 1998, 1999 and Wat. Res. Res., 2000), les équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie peuvent être moyennées sur chaque REW. Dans POWER, chaque REW est, pour l'instant, considérée comme l'unité de base pour la modélisation des écoulements dans la rivière et dans la nappe. Pour la modélisation des flux dans la zone saturée-non saturée, un second niveau de discrétisation est réalisé à l'intérieur de chaque REW. Ce dernier est divisé en colonnes verticales, aux formes irrégulières, appelées les Representative Elementary Columns (RECs). Ces dernières sont déterminées par l'analyse et la classification d'une séries de couches de SIG superposées telles que l'occupation des sols, la texture du sol et l'infrastructure. Elles constituent des volumes irréguliers, subdivisés en un même nombre de couches aux propriétés texturale et/ou structurales qui peuvent être différentes. L'infiltration, l'évaporation du sol, la transpiration des plantes et l'interception, la saturation de la surface et les transferts de polluants sont modélisés à l'échelle du REC à partir d'une méthode numérique de l'équation de Richards rapide et précise (Ross, Agronomy Journal, 2003, in press). La même routine est utilisée pour calculer les écoulements latéraux et les écoulements de subsurface entre RECs voisins et la redistribution verticale à l'intérieur d'un même REC. Le lien entre les RECs et les REWs se fait par calcul de moyenne pondérée des flux sur l'ensemble des REWs