Thèse Année : 2025

Physical realism in conceptual hydrological modelling : Improving the spatial consistency of a semi-distributed model : test on the Somme and the Meuse catchments

Amélioration du réalisme physique des modèles hydrologiques conceptuels : cohérence spatiale d'un modèle semi-distribué

Résumé

Hydrological models are traditionally developed to better describe river discharge dynamics. Model calibration is usually based only on discharge at the catchment outlet, while internal fluxes are often ignored. As a result, in spatially distributed models, inconsistencies may arise between simulated fluxes in different modelling units. When this happens, the model may reproduce discharge correctly but remain an unrealistic representation of the hydrological system. This PhD thesis hypothesises that the physical realism and spatio-temporal robustness of conceptual hydrological models can be improved by explicitly enhancing their spatial consistency. Starting from a lumped modelling framework, this thesis identifies both the need and the strategy to achieve spatial consistency in simulated fluxes. Actual evaporation (AE) and inter-catchment groundwater flows (IGFs) are the most uncertain components in discharge-only calibrations, as errors in one can be compensated by the other to close the water balance. The work therefore focuses on (a) constraining AE through multi-objective calibration, and (b) constraining IGFs by revising model structure and assumptions. Applications are conducted in the Somme catchment, strongly influenced by groundwater processes, and further evaluated in the Meuse catchment.

Les modèles hydrologiques sont traditionnellement développés pour mieux décrire la dynamique du débit des rivières. Leur calage repose généralement uniquement sur le débit à l'exutoire du bassin versant, tandis que les flux internes au modèle sont souvent ignorés. Il en résulte que, dans les modèles spatialement distribués, des incohérences peuvent apparaître entre les flux simulés dans les différentes sous-unités de modélisation. Dans ce cas, le modèle peut reproduire correctement le débit, tout en restant une représentation irréaliste du système hydrologique. Cette thèse pose l'hypothèse que le réalisme physique et la robustesse spatio-temporelle des modèles hydrologiques conceptuels peuvent être améliorés en renforçant explicitement leur cohérence spatiale. En partant d'une approche globale (non spatialement distribué), cette thèse identifie à la fois le besoin et la stratégie pour atteindre une meilleure cohérence spatiale des flux simulés. L'évapotranspiration réelle (ETR) et les flux souterrains inter-bassins (IGFs) constituent les composantes les plus incertaines d'un calage basé uniquement sur le débit, car une erreur sur l'un peut être compensée par l'autre lorsque le modèle ajuste son bilan hydrologique. Ce travail se concentre donc sur (a) la contrainte de l'ETR par des stratégies de calage multi-objectifs, et (b) la contrainte des IGFs par la révision de la structure et des hypothèses du modèle. Les applications sont réalisées sur le bassin de la Somme, fortement influencé par les processus souterrains, et sont ensuite évaluées sur le bassin de la Meuse.

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  • HAL Id : tel-05480523 , version 1

Citer

Shu-Chen Hsu. Physical realism in conceptual hydrological modelling : Improving the spatial consistency of a semi-distributed model : test on the Somme and the Meuse catchments. Hydrology. Sorbonne Université, 2025. English. ⟨NNT : 2025SORUS479⟩. ⟨tel-05480523⟩
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