conception, contenu et applications

FREIBURGER SCHRIFTEN ZUR HYDROLOGIE
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Band 22
Karl Ludwig & Manfred Bremicker (Eds)
Le modèle de bilan hydrologique LARSIM –
conception, contenu et applications
2006
Institut für Hydrologie der Universität Freiburg i. Br.

Freiburger Schriften zur Hydrologie
Herausgegeben von / Édité par :
Prof. Dr. Christian Leibundgut
Prof. Dr. Siegfried Demuth
Dr. Jens Lange
Institut für Hydrologie, Universität Freiburg i. Br.
Schriftleitung / Rédaction :
Ingeborg Vonderstraß
Titre original: The Water Balance Model LARSIM – Design, Content and Applications
Übersetzung im Rahmen des Interreg III B-Projektes TIMISflood im Auftrag von /
Traduction dans le cadre du projet d’Interreg III B TIMISflood par ordre du:
Landesamt für Umwelt, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht Rheinland-Pfalz
Kaiser-Friedrich-Straße 7, D- 55016 Mainz,, Allemagne, http://www.luwg.rlp.de
Übersetzung / Traduction par
Bureau d’etudes Dr.-Ing. Karl Ludwig , Herrenstraße. 14, D – 76133 Karlsruhe, Allemagne
http://www.ludwig-wawi.de
PDF-download / Téléchargement du fichier PDF:
http://www.hydrology.uni-freiburg.de/publika/band22.html
(il n'existe pas de version imprimée)
© Copyright : Institut für Hydrologie, Universität Freiburg i. Br., 2006
Verlag und Vertrieb / Maison d’édition et de distribution :
Institut für Hydrologie
Universität Freiburg i. Br.
im Selbstverlag
Adresse : Fahnenbergplatz, D-79098 Freiburg i. Br.
Germany
ISSN 0945-1609

Préface – À propos de LARSIM
LARSIM est un acronyme pour « Large Area Runoff Simulation Model » (« modèle pour simu-
ler les écoulements dans un grand secteur »). C’est un modèle hydrologique, qui décrit des pro-
cessus d'écoulements continus dans des bassins versants et des réseaux fluviaux. LARSIM est
basé sur un précédent modèle de bassin fluvial conçu pour des épisodes de crue individuelle et
d’étiage, dont il a hérité la structure générale du modèle. Des processus hydrologiques sont simu-
lés dans une série d'éléments de sous-secteurs connectés par des éléments qui servent à calculer la
propagation des crues dans un ordre prédéterminé. LARSIM simule les processus hydrologiques
pour un élément pour une période de temps définie. L'hydrogramme de sortie résultant est l'in-
formation d’entrée pour l'élément suivant selon les règles générales de la structure du modèle. La
structure du modèle peut être basée sur un maillage régulier ou sur des sous-bassins hydrologi-
ques.
Depuis environ une décennie, des données système hydrologiques (p. ex. utilisation du sol, types
de sol, topographie et données du chenal) nécessaires pour le flux entrant du modèle sont dispo-
nible numériquement pour de grands secteurs à une haute résolution spatiale. En même temps, la
vitesse et la capacité des ordinateurs ont fait l’objet d’un développement important. Ceci a rendu
possible d’appliquer le modèle à des grands secteurs en utilisant un maillage à haute résolution, p.
ex. avec des cellules de maillage de1x1 km pour des bassins versants de plusieurs milliers de ki-
lomètres carrés.
Ces caractéristiques permettent des applications à une grande diversité de problèmes en utilisant
des différentes échelles spatiales et temporelles. LARSIM a été utilisé pour des simulations de
planification de protection de crue, de modifications d'utilisation du sol et d’effets du changement
climatique sur les ressources en eau. Une fonction importante est son application à des prévisions
opérationnelles des crues, des étiages et de la température de l'eau.
L'utilisation du modèle par différentes autorités de l'eau, lesquelles ont articulé leurs demandes
spécifiques pour un développement ultérieur et des fonctionnalités supplémentaires du modèle de
manière très coopérative, a particulièrement aidé à développer un modèle très utile en pratique.
Particulièrement, son application en tant qu’outil de routine pour des prévisions opérationnelles
de débit et d'autres paramètres hydrologiques (humidité du sol, couverture de neige) a abouti à un
code du modèle très fiable et stable.
La description de LARSIM dans cette publication est en grande partie basée sur une description
allemande du modèle et des exemples de son application dans BREMICKER 2000 (Freiburger
Schriften zur Hydrologie, Band 11). Les développements les plus récents du modèle quant à la
fonte des neiges, le bilan de l’eau du sol, les températures de l’eau et les méthodes de prévision
opérationnelles ont été ajoutés ici.
Les développements actuels de LARSIM visent à la simulation et à la prévision du contenu
d'oxygène dans l’eau et également aux applications aux prévisions long-termes pour des buts dif-
férents.
Karl Ludwig, Manfred Bremicker
Karlsruhe, Allemagne, Septembre 2006

Freiburger Schriften zur Hydrologie
Band 22 / Volume 22
Contributions de :
Manfred Bremicker 1)
Martin Ebel 2)
Kai Gerlinger 2)
Ingo Haag 2)
Annette Luce 2)
Karl-Gerd Richter 2)
Angela Sieber 1)
1) Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, Karlsruhe, Allemagne
www.lubw.baden-wuerttemberg.de
2) Bureau d’études Dr.-Ing. Karl Ludwig, Karlsruhe, Allemagne
www.ludwig-wawi.de

Table des matières
Résumé ....................................................................................................................................IV
1 Introduction ........................................................................................................................ 1
2 Concept du modèle de bilan hydrologique LARSIM...................................................... 3
2.1 Échelles et description des processus en hydrologie................................................... 3
2.2 Concept de LARSIM pour le projet BALTEX ........................................................... 4
3 Composantes de LARSIM ................................................................................................. 8
3.1 Réservoir d’interception............................................................................................ 11
3.2 Réservoir de neige..................................................................................................... 13
3.2.1 Accumulation de neige ................................................................................. 14
3.2.2 Fonte des neiges potentielle d’après la méthode simplifiée de Knauf.......... 15
3.2.3 Fonte des neiges potentielle d’après la méthode étendue de Knauf............. 16
3.2.4 Calcul de la température de la neige
(contenu de froid de la couverture de neige) ................................................ 17
3.2.5 Évaporation de l’eau de fonte....................................................................... 18
3.2.6 Compaction de la neige et fonte des neiges effective................................... 19
3.3 Réservoir sol.............................................................................................................. 21
3.3.1 Réservoir sol avec trois composantes d’écoulement .................................... 21
3.3.2 Modèle étendu du réservoir sol avec quatre composantes
d’écoulement................................................................................................. 26
3.3.3 La quatrième composante d’écoulement sans extension
du modèle du réservoir sol............................................................................ 33
3.4 Composantes du modèle pour des surfaces spéciales............................................... 34
3.4.1 Composantes du modèle pour une surface d'eau.......................................... 34
3.4.2 Considération de la température de l'eau pour l’évaporation
des surfaces d'eau libre ................................................................................. 35
3.4.3 Composantes hydrologiques du modèle pour des secteurs aménagés.......... 36
3.5 Evapotranspiration .................................................................................................... 37
3.5.1 Équation de base pour le calcul de l'évapotranspiration............................... 38
3.5.2 Radiation nette.............................................................................................. 39
3.5.3 Flux de chaleur du sol................................................................................... 42
3.5.4 Résistance aérodynamique............................................................................ 43
3.5.5 Résistance de la surface en tenant compte de l’humidité du sol................... 44
3.6 Concentration d’écoulements dans le bassin versant................................................ 49
I