Hydrologie continentale et ressources en eau

Bloc«Hydrologiequantitative »‐ Séance4
5.Waterinrivers
6.Watercyclesunderhumaninfluences
Exercice 1‐ Transformationdeshydrogrammes del’amontàl’aval :lecasduNiger
Exercice2‐ Effetduchangementclimatiquesurl’humiditéatmosphérique(quantitéet
tempsderésidence)etsurl’évapotranspirationderéférenceET0
Exercice3‐ EffetduchangementclimatiquedansleBVdelaDurance
Exercice4‐ CrueshistoriquesdelaSeine(hydrologiefréquentielle+prévisiondecrue)
M1SDE‐ MEC558
Hydrologiecontinentaleetressourceseneau
ContinentalHydrology andWaterResources
Exercice1‐ Transformationdeshydrogrammes del’amontàl’aval :lecasduNiger
L’objectifestdecomprendrelesdifférencesd’hydrogrammeannuelmoyenenplusieurs
stationslimnimétrique enAfriquedel’Ouest,enfonctiondesconditionsclimatiqueset
physiographiques.
Ex.1
Selectedriversandstations.
RainfallvaluesarefromCRU3.1dataset(1970/2009)
K
N
M
Delta
64,000km²
D
Fleuve Station SurfaceQMAmoy
amont(km²) m3/s
SENEGAL DAGANA 268000 690
SENEGAL KAYES 157400 480
GAMBIA 42000 145
BLACKVOLTA 134200 270
WHITEVOLTA 63350 110
SASSANDRA 62000 330
BANI DOUNA 101600 465
NIGER KOULIKORO 120000 1370
NIGER DIRE 340000 995
NIGER NIAMEY 700000 880
NIGER MALANVILLE 1000000 1000
BENUE 107000 20
Dischargedatacomefromthe
GRDCandarefordifferenttime
periods,dependingontheriver
butwithatleast27years.
Meannormalizedhydrographsofthestudiedriverbasins(Qmonth/Qyear)
Ex.1
Fleuve Station QMAmoy
m3/s
SENEGAL DAGANA 690
SENEGAL KAYES 480
GAMBIA 145
BLACKVOLTA 270
WHITEVOLTA 110
SASSANDRA 330
BANI DOUNA 465
NIGER KOULIKORO 1370
NIGER DIRE 995
NIGER NIAMEY 880
NIGER MALANVILLE 1000
BENUE 20
Ex.2
Exercice2–Effetduchangementclimatiquesurl’humiditéatmosphérique(quantitéet
tempsderésidence)etsurl’évapotranspirationderéférenceET0
Leréchauffementclimatiqueentraîneuneaugmentationdelapressiondevapeur
saturanteàsaturationes(Ta),quiestsusceptibled’augmenterlapressiondevapeurea,et
humiditéspécifiqueqa.
L’objectifestd’examinerleslienspossiblesavec
a. leschangementsdeprécipitationsassociésetletempsderésidencedel’humidité
atmosphérique
b. l’évapotranspirationderéférenceET0,quidépendduVPD=es(Ta)‐ea
Rappels:

Ex.2
Exercice2–Effetduréchauffementclimatiquesurl’humiditéatmosphérique(quantitéet
tempsderésidence)etsurl’évapotranspirationderéférenceET0
Lesdonnéesduproblème:
Posonsenconditionsactuelles:
Pa=1000hPa
T=10°C
PE=1000mm/an
W=25mm(stocktotald’eau
dansl’atmosphèreenkg/m²,ou
eauprécipitable)
tR=W/PE9j
Considéronslechangement
climatiquesuivant:
T=2.5°C
P=+5%
Globalmean precipitation change(%)asa
function ofglobalmean temperature change
at equilibrium fordoubled CO2inatmospheric
GCMs coupled toanon‐dynamic slab ocean.
AR4,IPCC(2007),WG1,Chapter 10.5.2.1
Figure10.25.
2.1 Balanceequation foratmospheric water
Moyennezonaleetverticale
proportionnelleàl’eauprécipitable:
<q>=2.5g/kgetp=1kg/cm²
=><W>=25kg/m²=25mm
Distributionsméridiennes
Troposphère
80%masseatmosphérique
99%eauatmosphérique
Peixoto&Oort,p281,284
Humiditéspécifique
Pressure(db)
Ex.2
a. Influencedeschangementstempératureetde
précipitationsurletempsderésidencede
l’humiditéatmosphérique
OncalculeratRsouschangementclimatiqueselon
deuxhypothèsesextrêmes:
Cas1:ea etqnechangentpassousl’effetdu
réchauffement,doncl’humiditérelativeUbaisse
Cas2:ea etqaugmententdetellesorteque
Uresteconstante
Posonsenconditionsactuelles:
Pa=1000hPa
T=10°C
PE=1000mm/an
W=25mm(stocktotald’eau
dansl’atmosphèreenkg/m²,ou
eauprécipitable)
tR=W/PE9j
Considéronslechangement
climatiquesuivant:
T=2.5°C
P=+5%
Ex.2
a. Influencedeschangementstempératureetde
précipitationsurletempsderésidencede
l’humiditéatmosphérique
OncalculeratRsouschangementclimatiqueselon
deuxhypothèsesextrêmes:
Cas1:ea etqnechangentpassousl’effetdu
réchauffement(l’humiditérelativeUbaisse)
Cas2:ea etqaugmententdetellesorteque
Uresteconstante
Posonsenconditionsactuelles:
Pa=1000hPa
T=10°C
PE=1000mm/an
W=25mm(stocktotald’eau
dansl’atmosphèreenkg/m²,ou
eauprécipitable)
tR=W/PE9j
Considéronslechangement
climatiquesuivant:
T=2.5°C
P=+5%
ValeurssousCCindiquéespar*:
T*=12.5°C
PE*=1050mm/an=1.05P
es(T)=12,3hPa
es(T*)=14,5hPa

Ex.2
a. Influencedeschangementstempératureetde
précipitationsurletempsderésidencede
l’humiditéatmosphérique
OncalculeratRsouschangementclimatiqueselon
deuxhypothèsesextrêmes:
Cas1:ea etqnechangentpassousl’effetdu
réchauffement(l’humiditérelativeUbaisse)
q*=qdoncW*=W
tR*=W/P*=W/(1.05P)=tR/1.050,95tR
Cas2:ea etqaugmententdetellesorteque
Uresteconstante
qa*=qa .es(T*)/es(T)*=1.18qa
W*=1.18W
tR*=W*/(1.05P)=1.18tR/1.051,12tR
Posonsenconditionsactuelles:
Pa=1000hPa
T=10°C
PE=1000mm/an
W=25mm(stocktotald’eau
dansl’atmosphèreenkg/m²,ou
eauprécipitable)
tR=W/PE9j
Considéronslechangement
climatiquesuivant:
T=2.5°C
P=+5%
ValeurssousCCindiquéespar*:
T*=12.5°C
PE*=1050mm/an=1.05P
es(T)=12,3hPa
es(T*)=14,5hPa
Ex.2
a. Influencedeschangementstempératureetde
précipitationsurletempsderésidencede
l’humiditéatmosphérique
OncalculeratRsouschangementclimatiqueselon
deuxhypothèsesextrêmes:
Cas3:Lesobservationsrécentessontplutôtvers
uneaugmentationdeq,d’environ+0.06g/kgpar
décenniesur1975‐2005(Dai 2006)
Cecifaituneaugmentationde0.3g/kgen50ans
Comparéà<q>2.5g/kg(moyenneverticale)
qa*=1.12qa
W*=1.12W
tR*=W*/(1.05P)=1.12tR/1.051,07tR
Posonsenconditionsactuelles:
Pa=1000hPa
T=10°C
PE=1000mm/an
W=25mm(stocktotald’eau
dansl’atmosphèreenkg/m²,ou
eauprécipitable)
tR=W/PE9j
Considéronslechangement
climatiquesuivant:
T=2.5°C
P=+5%
ValeurssousCCindiquéespar*:
T*=12.5°C
PE*=1050mm/an=1.05P
es(T)=12,3hPa
es(T*)=14,5hPa
Ex.2
b. InfluencesurET0quidépendduVPD
ET0=a+b(es(T)‐ea)
aetbnechangentpas
Onexamineral’évolutiondeET0selonlesdeux
mêmeshypothèsesextrêmes:
Cas1:ea etqnechangentpassousl’effetdu
réchauffement,doncl’humiditérelativeUbaisse
Cas2:ea etqaugmententdetellesorteque
Uresteconstante
Posonsenconditionsactuelles:
Pa=1000hPa
T=10°C
PE=1000mm/an
W=25mm(stocktotald’eau
dansl’atmosphèreenkg/m²,ou
eauprécipitable)
tR=W/PE9j
Considéronslechangement
climatiquesuivant:
T=2.5°C
P=+5%
Ex.2
b. InfluencesurET0quidépendduVPD
ET0=a+b(es(T)‐ea)
aetbnechangentpas
Onexamineral’évolutiondeET0selonlesdeux
mêmeshypothèsesextrêmes:
ET0*=a+b(es(T*)‐ ea*)
Cas1:ea etqnechangentpassousl’effetdu
réchauffement,doncl’humiditérelativeUbaisse
ET0*=a+b(es(T*)‐ ea)
ET0*=ET0+b(es(T*)‐es(T))>ET0
Cas2:ea etqaugmententdetellesorteque
Uresteconstante
U=ea/es(T)=ea*/es(T*)
ea*=Ues(T*)
ET0*=a+b(es(T*)–Ues(T*))=a+bes(T*)(1‐U)
ET0*=a+bes(T*)(1‐ ea/es(T))
ET0*=a+b(es(T)‐ea)(es(T*)/es(T))>ET0
ET0*=ET0 +b(es(T*)‐es(T))/es(T)PlusfaiblequeCas1
Posonsenconditionsactuelles:
Pa=1000hPa
T=10°C
PE=1000mm/an
W=25mm(stocktotald’eau
dansl’atmosphèreenkg/m²,ou
eauprécipitable)
tR=W/PE9j
Considéronslechangement
climatiquesuivant:
T=2.5°C
P=+5%

Since 1960
Evapotranspiration potentielle
Weedon et al., 2001, Journal of
Hydrometeorology
ET0 Penman-Monteith
Moyennes globales sauf
Antarctique
Projet WATCH
Ex.2Ex.3
Exercice3–EffetduchangementclimatiquedansleBVdelaDurance
Débitshistoriques« naturalisés »parEDF
Ex.3
Queltypederégimehydrologique?
Modèle MODCOU
Durance
Ardèche
Saône
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
dT (K)
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
dP (%)
Hiver
0.0 0.
2
0.4 0.
6
0.
8
1.0 1.
2
1.4 1.
6
1.
8
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
dT (K)
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
dP (%)
Eté
Durance
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
dT (K)
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
dP (%)
Saone
Ardèche
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
dT (K)
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
dP (%)
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
dT (K)
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
dP (%)
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
dT (K)
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
dP (%)
x R
x LL
x CH
x CL
x LH
x H
x R
x LL
x CH
x CL
x LH
x H
x R
x LL
x CH
x CL
x LH
x H
x R
x LL x CH
x CL
x LH x H
x R
x LL x CH
x CL
x LH x H
x R
x LL x CH
x CL
x LH x H
Hiver
Eté
Du
r
ance
SaoneArdèche
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
-2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
-60.
-45.
-30.
-15.
0.
15.
30.
45.
60.
x R
x LL
x CH
x CL
x LH
x H
x R
x LL
x CH
x CL
x LH
x H
x R
x LL
x CH
x CL
x LH
x H
x R
x LL x CH
x CL
x LH x H
x R
x LL x CH
x CL
x LH x H
x R
x LL x CH
x CL
x LH x H
Ecoulement Stockdeneige
ΔP
(%)
ΔT+6
+60
‐60
‐2
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+2mm
0
EtudedesensibilitéauCC
Ex.3

Modèle couplé MODCOU - ISBA - CROCUS
REF REF
CC CC
Ex.3
ImpactduCCsurlerégimehydrologiquedelaDurance
Quelschangements?Quelleinterprétation?
Fonte
Hiver
Remplissage
Beaucaire
Ex.3
ImpactduCCsurleRhôneàBeaucaire
Exercice4‐ CrueshistoriquesdelaSeine(hydrologiefréquentielle+prévisiondecrue)
Lesobjectifssontdemieuxcomprendre:
‐lanotiondepériodederetourd’événementextrêmes
‐lesenjeuxdegestion/prévisionliésauxcrues
1. PrésentationdescrueshistoriquesdelaSeineàParis
2. Prévisiondecrue
3. Prédéterminationetpériodederetour:principeetmiseenœuvrepasàpas
4. Interprétationdespériodesderetour
Ex.4
LescrueshistoriquesdelaSeineàParis
Ex.4.1
Les crues les plus importantes Les crues les plus récentes
27 février 1658 8,96 m 6 janvier 1924 7,32 m
28 janvier 1910 8,62 m 23 janvier 1955 7,12 m Crue cinquantennale
26 décembre 1740 8,05 m 14 janvier 1982 6,15 m La plus forte des 25
dernières années
9 février 1799 7,65 m
28 janvier 1802 7,62m Mars 2001 5,21 m
Hauteursdecruesàl’échelledeParisAusterlitz(sourceDIREN)
1982
PontdelaTournelle
1910
Pontdel’Alma