Aquifers and rivers : can groundwater level data improve modelling of river low flows?
Nappes et rivières : la piézométrie peut-elle améliorer la modélisation des étiages des cours d'eau ?
Résumé
Reliable forecasting tools of river low-flows are necessary to adapt to droughts intensified by climate change. Among hydrological processes in catchments, those involving aquifers are crucial for droughts: indeed, aquifers have the ability to store water on the long run, which gives them a role in sustaining streamflow when the other components of the catchment do not contribute to streamflow any more. We explored the integration of groundwater level data as a possible way to improve low-flow modelling. First, we gathered a set of 107 French catchments, each of them being associated with one or several piezometers, which are representative of the catchment hydrogeological context. Then, we explored multiyear dynamics of streamflow and groundwater level time series, using two methods: hydrograph separation and study of data yearly statistics. Finally, we developed and validated a lumped conceptual hydrological model able to simulate both streamflow and groundwater level. We evaluated this model as a low-flow forecasting tool and we tried to improve its performance by assimilating observed data into the model. This work is an inter-disciplinary approach of river low-flows.
Disposer d'outils de prévision fiables des étiages des cours d'eau est indispensable à l'adaptation aux sécheresses causées par le changement climatique. Parmi les processus hydrologiques à l'œuvre dans un bassin versant, ceux impliquant les aquifères sont cruciaux pour les sécheresses : en effet, les aquifères ont la capacité de stocker de l'eau sur de longues durées, ce qui leur confère un rôle d'alimentation des cours d'eau lorsque les autres compartiments du bassin versant ne contribuent plus au débit. L'utilisation de données piézométriques est donc une piste pour améliorer la modélisation hydrologique des étiages, que nous avons exploré. Nous avons d'abord constitué un échantillon de 107 bassins versants en France métropolitaine, chacun étant associé à un ou plusieurs piézomètres représentatifs de son contexte hydrogéologique. Nous avons ensuite exploré les dynamiques interannuelles des séries temporelles de débit et de piézométrie via plusieurs méthodes : séparation d'hydrogramme et étude des statistiques annuelles. Enfin, nous avons développé et validé un modèle hydrologique global conceptuel capable de simuler à la fois le débit et la piézométrie. Nous l'avons évalué en prévision des étiages et avons tenté d'améliorer ses performances en assimilant les dernières données observées. Ce travail repose sur une approche inter-disciplinaire des étiages des cours d'eau.
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