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Développement d'un modèle numérique d'évolution du couvert neigeux adapté à la modélisation hydrologique

Mas, Alexandre (2016). Développement d'un modèle numérique d'évolution du couvert neigeux adapté à la modélisation hydrologique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La plupart des modèles hydrologiques utilisent des méthodes de type degré jour ou bilan d’énergie simplifié pour simuler l’évolution du couvert neigeux. Les paramètres utilisés dans ces équations requièrent un calage qui est généralement fait par rapport à des données de débit. Malgré son efficacité apparente, cette méthode tend à promouvoir les risques d’équifinalité dans les modèles ayant de nombreux paramètres et entraîne l’utilisation de relations empiriques dont la validité dans un contexte de changements climatiques n’est pas prouvée. L’objectif de cette étude est de développer un modèle de neige à base physique utilisable en modélisation hydrologique et qui ne nécessiterait pas ou peu de calage de ses paramètres. Nommé MASiN (Modèle Autonome de Simulation de la Neige), ce modèle applique la méthode du bilan d’énergie et de masse pour simuler l’évolution d’un couvert neigeux multicouches en utilisant des données météorologiques communes au pas de temps horaire (température de l’air, humidité relative et vitesse du vent) et quotidien (précipitation). La paramétrisation du modèle a été effectuée à un seul site selectionné parmi les 23 sites d’étude localisés au Canada et en Suède. La hauteur de neige simulée par MASiN à chaque site avec ce jeu de paramètres a été comparée à des mesures et des simulations de trois autres modèles calibrés à chacun des 23 sites. Les modèles de comparaison sont le module de neige du modèle hydrologique Hydrotel et deux modèles de neige empiriques. En moyenne, MASiN est le meilleur des quatre modèles pour deux des trois critères d’évaluation des performances utilisés. Une baisse de performance est constatée aux sites de latitude elevée. MASiN présente globalement de solides capacités de transferabilité dans le temps et l’espace qui en font un modèle robuste pour des applications en modélisation distribuée requerant une simulation de l’évolution du couvert neigeux, en particulier quand la validité d’un calage est questionnée. L’utilisation de MASiN en modélisation hydrologique n’a pu qu’être effleurée dans cette étude. L’approche utilisée pour cette première tentative n’a pas apportée les résultats escomptés en terme de performance de simulation des débits à l’exutoire de quatre bassins versants du sud du Québec. Les résultats de cette première tentative sont néanmoins présentés ici.

Titre traduit

Development and validation of a snowpack evolution model suitable for hydrological modeling

Résumé anglais

Most hydrological models simulate snowmelt using a degree day or simplified energy balance method which usually requires a calibration of the snow related parameters using discharge data. Despite its apparent efficiency, this method is recognized as promoting equifinalities in models having a large number of parameters and leads to empirical relations which are not proven to remain valid in a changing climate. The objective of this study is to develop a physically based snowpack model suitable for hydrological modeling and whose simulation process would ultimately not require calibration against discharge data. The model called MASiN computes the energy and mass balance of multiple layers of the snowpack using commonly measured meteorological parameters at hourly time step (air temperature, relative humidity, wind velocity) and daily time step (precipitation). Model parameterization is performed at a single site selected among 23 study sites in Canada and Sweden on which the model is tested at. The snow depth simulated by MASiN with a unique set of parameters is compared against measurements and simulations from three other models which were calibrated on the 23 study sites. Models used for comparison are the snow module of the hydrological model Hydrotel and two empirical snow models. On average, MASiN shows the best performance among the four models for two of the three criteria used for comparison. MASiN exhibits lower performances at the northernmost sites. MASiN globaly shows strong time and space transferability which make it a robust snow model for distributed modeling applications in snow cover related studies, particularly when the recourse to calibration is questionned. The application of MASiN to hydrological modeling has only been scratched in this study. The approach used in this first attempt did not bring the expected results regarding discharge simulation performance assessed on four watershed from southern Quebec. However, the results of this first try are presented here.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la construction". Bibliographie : pages 117-127.
Mots-clés libres: Enneigement Modèles mathématiques. Modèles hydrologiques. Enneigement Canada. Enneigement Suède. Dégel. Bilan énergétique (Géophysique) Bilan de masse (Géophysique) neige, modélisation hydrologique, fonte de la neige
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Baraër, Michel
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 03 août 2016 19:01
Dernière modification: 03 oct. 2016 20:33
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1702

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