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Thèse Année : 2020

Hydrology of mediterranean catchments

Hydrologie des bassins versants méditerranéens

Résumé

Mediterranean water resources usually available in this region are now, more than ever, exposed to continuous increasing demand for agriculture, industry, tourism, urban and demographic development, and climate evolution.This PhD aims to characterise Mediterranean catchments, for that we have four objectives motivated by the quest for a specific Mediterranean hydrology. - The first consists of collecting an inclusive hydrological database including with the hydrological boundary as the project area.- The second to establish a new high-resolution climatic classification for hydrology purposes based on Mediterranean specific climate indices like precipitation seasonality and aridity.- The third, to carry out a physiographic classification of all Mediterranean catchments based on landform, landcover and soil indices to highlight Mediterranean variability.- The fourth, to carry out an extensive water balance analysis of 55 Mediterranean catchments based on different water balance functional models as advanced by L'vovich (1979) and elaborated by Ponce & Shetty (1995a, 1995b) and Sivapalan et al., (2011) to check the hydrological variability and similarity between all catchments and between same climatic and/or physiographic classes catchments. The climatic classification into 5 classes coincided with a geographical distribution in the Mediterranean ranging from the most seasonal and dry CC1 in the south to the least seasonal and most humid CC5 in the North. The MED-CORDEX ALADIN and CCLM historical and projected data simulated under RCP 4.5 and 8.5 scenarios for the 2070-2100 period served to assess the climate change impact on this classification and have demonstrated an evolution of the Mediterranean region towards arid climate. The classes located to the north are slowly evolving towards moderate coastal classes which might affect hydrological regimes due to shorter humid seasons and earlier snowmelts.The physiographic classification and analysis provided a unique overview of Mediterranean catchments, mainly landform which revealed the existence of a micro-climatic variability, shadowed by the macro climate homogeneity. This micro-climatic variability is the main reason behind natural landcover variability like different tree cover.The water balance analysis highlighted the Mediterranean trend aligned with the general climatic setting. In fact, the climate is the main driving force of the Mediterranean hydrology, however, it is not the only one as the hydrological homogeneity was identified, under different climates, for the mountainous karstic and snow influenced catchments which yield the highest baseflows and runoff coefficients.The regionalisation has permitted the prediction of the MED-CORDEX climate change scenarios impact on runoff and baseflow coefficients. The projected evolution has mainly impacted the extremes, hence minimising the interclass variability and increasing catchments homogeneity. Catchments scatter and classes have drawn closer to the moderate Mediterranean catchments, with karstic and snow influenced catchments staying as the highest yielding catchments.The alerting climatic and anthropogenic impacts call for urgent adaptation and mitigation measures that should be included in future national strategies and water resources management plans and that should be more based on regional research by deepening the knowledge on the spatial and temporal variability of hydrological resources all over the Mediterranean.
En Méditerranée, les ressources en eau sont plus que jamais exposées à de grands défis; les besoins croissants de l'agriculture, l'industrie, le tourisme, le développement urbain, démographique et l'évolution climatique.Cette thèse vise à caractériser les bassins versants méditerranéens avec quatre objectifs motivés par la recherche d'une hydrologie méditerranéenne spécifique. - Le premier consiste à rassembler une base de données hydrologique complète avec comme zone d'étude la limite hydrologique des bassins qui s'écoulent vers la Méditerranée.- Le deuxième, à établir une nouvelle classification climatique pour l'hydrologie basée sur des indices climatiques spécifiques à la Méditerranée tels que la saisonnalité des précipitations et l'aridité.- Le troisième, à effectuer une classification physiographique de tous les bassins en fonction des indices de relief, d'occupation du sol, etc. pour mettre en évidence la variabilité méditerranéenne. - Le quatrième, à effectuer une analyse approfondie du bilan hydrologique de 55 bassins versants méditerranéens selon les différents modèles fonctionnels tels avancés par Budyko (1974), L'vovich (1979), élaborés par Ponce & Shetty (1995) et Sivapalan (2011), pour vérifier la variabilité hydrologique et la similarité entre tous les bassins versants et entre les mêmes classes climatiques et / ou physiographiques.La classification climatique en 5 classes coïncide avec une distribution géographique allant du climat le plus sec et saisonnier au Sud vers le moins saisonnier et plus humide au Nord. L'impact du changement climatique sur cette classification, suivant les scénarios RCP 4.5 et 8.5, évalué pour la période 2070-2100 avec les modèles climatiques régionaux ALADIN et CCLM développés dans le cadre du projet MED-CORDEX, a indiqué une évolution de la région méditerranéenne vers le climat aride. Les classes situées au Nord évolueront lentement vers des classes côtières modérées ce qui pourrait affecter les régimes hydrologiques en raison des saisons humides plus courtes et des fontes précoces des neiges.La classification et l'analyse des caractéristiques physiographiques, principalement le relief a révélé l'existence d'une variabilité microclimatique masquée par l'homogénéité macro-climatique. Cette variabilité microclimatique est la cause principale de la variabilité naturelle de la couverture végétale. L'analyse du bilan hydrologique selon la modélisation fonctionnelle, a mis en évidence une tendance méditerranéenne alignée avec le contexte climatique général. En effet, le climat est le principal déterminant de l'hydrologie méditerranéenne, mais n'est pas unique, puisque l'homogénéité hydrologique a été identifiée pour la classe physiographique des bassins versants montagneux karstiques et influencés par la neige malgré les différents climats, avec les débits de base et coefficients de ruissellement les plus élevés.La régionalisation a permis aussi de prévoir l'impact du changement climatique sur les coefficients de ruissellement et d'écoulement souterrain, selon les mêmes scénarios du MED-CORDEX. Dans l'ensemble, l'évolution projetée a principalement affecté les extrêmes, minimisant ainsi la variabilité interclasse et augmentant l'homogénéité des bassins versants. Les bassins versants se sont rapprochés des classes les plus méditerranéennes sans changer leurs tendances avec toujours les bassins karstiques et sous influence de la neige les plus productifs.L'alerte climatique et les effets anthropiques appellent à des mesures d'adaptation et d'atténuation urgentes qui devraient être incluses dans les futures stratégies nationales et plans de gestion des ressources en eau et qui devraient être davantage basées sur la recherche régionale en approfondissant les connaissances sur la variabilité spatiale et temporelle des ressources hydrologiques partout dans la Méditerranée.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04069760 , version 1 (14-04-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04069760 , version 1

Citer

Antoine Allam. Hydrology of mediterranean catchments. Earth Sciences. Montpellier SupAgro; Université Saint Joseph, Faculté d'Ingenierie, 2020. English. ⟨NNT : 2020NSAM0014⟩. ⟨tel-04069760⟩
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