Bringing of Geostatistics to Hydrological Modelling : Watersheds Studies in Sudano-Sahelian Zone
Apport de la Géostatistique à la Modélisation Hydrologique : Étude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sahélienne
Résumé
The analysis, critics, and comparison studies of model versions in hydrology, started during the research at University Montpellier 2 (Koné, 2007), contributed to the improvement of a spatio-temporal conceptual model, of GR2M type (Model of the CEMAGREF - Genie Rural at 2 parameters at Monthly time step), while proposing a modification among others on the basis of geo-statistical considerations : the proposition of a weighting factor on different grids of a watershed, related to their “elementary contributions” to runoff discharges at the outlet of this hydro-system. The semi-distribution concept is to make the model input (entry) distributed as a grid whereas its output is not distributed. During this dissertation work at Montpellier some others proposed methodologies were tested with different versions (semi-distributed and non-distributed) of the GR2M hydrologic model, on a set of 16 watersheds as samples. Conceptual models present the advantage to be simple and close to the functioning of the hydrological system to simulate, yet, without respecting the whole physics of exchanges processes between this system's compartments. These models are preferentially used in situations where observations data are rare or little reliable. Their use permits the production of data intended to filling hiatuses in observation series of rivers discharges, and also (to the production) of estimations as entries data for complex models - semi-physical or physical basis. The present study compares internal subtleties of different models versions, through their simulation results, as information sources that lead to the "perfecting" of these models, and enriches the literature in reproducible and/or adaptable methodologies, on other models and in other contexts. GR2M model and one of its variants named SimulHyd (Simulation of Hydrological Systems), in their semi-distributed and non-distributed versions, are in the center of the present research. One of the targeted objectives is on the one hand, after having recreated an effective version of the work tool, (which is a numerical simulation framework, with its reconstituted hydro-climatic database), to test the propositions from the previous works (Koné, 2007) through the SimulHyd model, and on the other hand, to explore the geostatistics application possibilities in order to improving hydrological modelling.
L’étude d’analyse, de critique, et de comparaison de versions de modèle en hydrologie, débutée pendant les recherches à l’Université Montpellier 2 (Koné, 2007), a contribuée à l’amélioration d’un modèle conceptuel, spatio-temporel, de type GR2M (Modèle du CEMAGREF - Génie Rural à 2 paramètres au pas de temps Mensuel), en proposant entre autres une modification sur la base de considérations géo-statistiques : la proposition d’un coefficient de pondération des contributions « élémentaires », des différentes mailles d’études d’un bassin versant, au débit d’écoulement à l’exutoire de ce dernier. Ce travail de mémoire a vu aussi la proposition de certaines méthodologies testées avec différentes versions (semidistribuée et non-distribuée) du modèle GR2M sur un jeu de 16 échantillons de bassins versants hydrologiques. Les modèles conceptuels présentent l’avantage d’être simple et proche du fonctionnement du système hydrologique à modéliser sans pourtant respecter toute la physique des processus d’échanges entre les compartiments de ce système. Ces modèles sont préférentiellement utilisés dans des situations où les données d’observations sont rares ou peu fiables. Leurs utilisation permettent la production de données destinées au comblement de lacunes des chroniques d’observations de débits et aussi (à la production) d’estimations comme données d’entrées des modèles complexes ; (à base semi-physique ou physique). La présente étude confronte les subtilités internes de différentes versions de modèles, à travers leurs résultats de simulation, comme source d’information pouvant conduire au « perfectionnement » de ces modèles, et enrichit la littérature en méthodologies reproductibles et/ou adaptables sur d’autres modèles et dans d’autres contextes. Le modèle GR2M et l’une de ces variantes nommée ici SimulHyd (Simulation des Systèmes Hydrologiques), dans leurs versions semi-distribuées et non-distribuées, sont au centre de la présente recherche scientifique. L’un des objectifs visé est d’une part, après avoir récréée une version performante de l’outil de travail qui est la plateforme de simulation numérique avec sa base de données hydro-climatiques reconstituées, de tester les propositions issues des travaux antérieurs (Koné, 2007) à travers le modèle SimulHyd et d’autre part, d’explorer la possibilité d’application de la géostatistique en vue d’améliorer la modélisation hydrologique.
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