Étude de l'incertitude liée à la modélisation de l'évapotranspiration potentielle dans les études d'impact des changements climatiques sur les ressources en eau au Canada, aux États-Unis et au Mexique

Dallaire, Gabrielle (2019). Étude de l'incertitude liée à la modélisation de l'évapotranspiration potentielle dans les études d'impact des changements climatiques sur les ressources en eau au Canada, aux États-Unis et au Mexique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation	PDF Télécharger (23MB) | Prévisualisation
Prévisualisation	PDF Télécharger (1MB) | Prévisualisation

Résumé

En contexte de changements climatiques, des périodes d’étiage plus sévères et prolongées sont à prévoir, ce qui aura des répercussions sur la quantité et la qualité de l’eau. L’évapotranspiration est un processus important dans le cycle de l’eau et est particulièrement significatif en période d’étiage. Il est donc important d’étudier la qualité de la modélisation de l’évapotranspiration dans la chaîne de modélisation hydroclimatique afin de mieux comprendre les impacts associés aux changements climatiques sur la disponibilité en eau. Comme l’évapotranspiration est un processus plutôt difficile et coûteux à mesurer, des formules sont utilisées pour determiner l’évapotranspiration potentielle (ETP), soit la quantité d’eau maximale pouvant être évaporée ou transpirée sans aucun facteur limitant. Ainsi, l’objectif de ce projet est de déterminer la contribution de la formulation d’ETP dans l’enveloppe d’incertitude de la chaîne de modélisation hydroclimatique en contexte de changements climatiques. Onze formules d’ETP simples qui nécessitent uniquement les températures minimales et maximales ainsi que la latitude du bassin versant sont utilisées. Ces formules sont appliquées sur 2080 bassins versants situés en Amérique du Nord (235 au Canada, 1825 aux États-Unis et 20 au Mexique). Puisque l’ETP est directement liée aux conditions climatiques, l’utilisation d’une grande quantité de bassins versants couvrant plusieurs zones climatiques permet d’augmenter la robustesse des conclusions obtenues. Trois modèles hydrologiques globaux (GR4J, HMETS et Mohyse), calibrés selon le critère de Nash-Sutcliffe, sont utilisés pour la modélisation hydrologique des bassins versants. Par la suite, l’étude de transférabilité dans des conditions futures est réalisée à l’aide de simulations issues de huit modèles climatiques et suivant deux scénarios différents d’émission de gaz à effet de serre. Les sorties des simulations (précipitations et températures) sont post-traitées selon deux méthodes de correction de biais, avant leur introduction au sein des trois modèles hydrologiques. La contribution de l’ETP dans la chaîne de modélisation globale en changements climatiques ainsi que l’incertitude qui y est associée, peuvent alors être estimées, entre autres par analyse de décomposition de la variance. De plus, l’analyse de différents indices d’étiage permet d’étudier l’impact des changements climatiques selon les différentes formulations d’ETP. Par exemple, les valeurs des débits d’étiage sur une période de plusieurs jours consécutifs pour une période de récurrence sont comparées afin de voir si les changements d’ETP ont des répercussions sur les étiages. Les résultats montrent que l’augmentation de l’ETP et la diminution des débits d’étiage sont différentes selon les zones climatiques. Malgré une grande variabilité entre les différentes formulations d’ETP, les résultats démontrent des tendances similaires en changements climatiques. Ce projet montre aussi que certaines formules spécifiques ne s’adaptent pas bien au climat futur. Il résulte de ce projet une meilleure compréhension et une amélioration des connaissances de l’impact du choix de la formulation d’ETP dans la chaîne de modélisation hydroclimatique en context de changements climatiques. Les conclusions pourront servir aux gestionnaires des ressources hydriques pour l’identification de mesures d’adaptation adéquates, permettant notamment de prévenir l’assèchement des sources d’approvisionnement en eau en périodes d’étiage.

Titre traduit

Investigating the uncertainty of potential evapotranspiration modelling in climate change impact studies on water ressources in Canada, United States and Mexico

Résumé traduit

In the context of climate change, more severe and extended periods of low flows are expected, which will affect the quantity and quality of water sources. Evapotranspiration is an important process in the water cycle and is particularly significant during low-flow events. Therefore, it is important to study the effects of uncertainty in evapotranspiration modeling in the hydroclimatic modelling chain to understand the impacts of climate change on the water availability. As evapotranspiration is a rather hard and expensive process to measure, formulas are used to determine potential evapotranspiration (PET), which is the maximum water quantity that can be evaporated and transpired without any limiting factors. The objective is to determine the contribution of PET formulas to uncertainty in the full modelling chain in the context of climate change. Eleven simple PET formulas that only require minimum and maximum temperatures as well as the latitude are used. These formulas are applied to 2080 watersheds in North America (235 in Canada, 1825 in United States, and 20 in Mexico). As PET is directly related to climatic conditions, studying a large quantity of watersheds that cover many climatic zones increases the robustness of the conclusions. Three global hydrological models (GR4J, HMETS and Mohyse) calibrated with the Nash-Sutcliffe criterion are employed for the hydrologic modelling aspect of the work. Subsequently, the study of transferability under future climate is conducted with simulations from eight climate models and two different greenhouse gas emission scenarios. These simulations outputs (precipitations and temperatures) are post processed with two bias correction methods and are then introduced into the three hydrological models. The PET contribution in the global modelling chain in climate change and its uncertainty are estimated with different analyses such as variance decomposition. The analysis of different low-flow indices allows studying the climate change trends as expressed through the PET formulas. For instance, low-flow values over a period of several consecutive days for a certain recurrence period are compared to see if changes in the PET affect low-flows. Results show that the PET increases and the low-flow decreases are different according to climatic zones. Despite a great variability between the different formulas, results show similar trends under climate change. This project also shows that some specific formulas do not adapt well to future climate. This project results in a better comprehension and an increase in knowledge regarding the impacts of the PET formula choice in hydroclimatic modelling chain under climate change. The conclusions can be used for water resources management to identify adequate adaptation measures, such as preventing the drying up of water resources during low-flow periods.

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 avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 117-122).
Mots-clés libres:	évapotranspiration, modélisation hydrologique, changement climatique, étiage, incertitude
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Poulin, Annie
Codirecteur:	Codirecteur Arsenault, Richard
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	16 mai 2019 20:02
Dernière modification:	16 mai 2019 20:02
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2312

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt