Attribution de l'incertitude structurelle du modèle hydrologique dans les études d'impact du changement climatique

Chebbi, Samed (2021). Attribution de l'incertitude structurelle du modèle hydrologique dans les études d'impact du changement climatique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette recherche a investigué l’importance de la structure des modèles hydrologiques en tant que source d’incertitude dans les études d’impacts du changement climatique sur les ressources en eau. Plusieurs études récentes ont montré que l’incertitude structurelle pouvait jouer un rôle significatif et même parfois dominant sur l’incertitude future, mais l’origine de cette incertitude a été peu explorée.

Afin d’explorer l’incertitude liée à la structure du modèle hydrologique et de comprendre l'incertitude associée à chacune des composantes structurelles, une analyse multi modèle a été faite à partir de onze (11) représentations de l’évapotranspiration, six (6) modèles d’accumulation et de fonte de neige, de même que seize (16) formulations d’écoulement de l’eau, formant ainsi 1056 combinaisons uniques de structures hydrologiques. L’étude couvre 21 métriques hydrologiques et un ensemble de 100 bassins versants situés en Amérique du Nord. L’importance de ces trois composantes à générer de l’incertitude en climats présent et futur a été étudiée et a été comparée avec celle liée aux modèles de circulation générale.

Les résultats ont montré que pour le climat actuel, l’incertitude structurelle réside majoritairement dans les formulations de l’écoulement de l’eau et ce pour toutes les métriques considérées.

Dans un climat futur plus chaud, l’incertitude structurelle des modèles hydrologiques domine les métriques de faibles débits et grands débits extrêmes et est autrement comparable à celle résultant des modèles climatiques. Les formulations d’évapotranspiration potentielle dans le climat futur contribuent plus fortement à l’incertitude globale et se compare à celle des formulations d’écoulement pour les métriques décrivant les débits moyens à élevés, mais devient minimale pour les métriques représentant les faibles et très grands débits. La contribution à la variance provenant des formulations d’accumulation et de fonte de neige reste faible pour tous les cas et métriques considérés.

Une sélection des meilleures structures de modèles hydrologiques a relativement peu d’impact sur les incertitudes globales et relatives. Elle permet de réduire la contribution des termes d’interaction d’ordre élevé liée aux débits extrêmes (période de retour de 2 à 20 ans), et de rehausser la contribution relative des Modèles de circulation générale, mais ne permet pas de réduire significativement la variance totale, ou à réduire drastiquement la contribution des structures hydrologiques à la variance totale.

Titre traduit

Attribution of hydrological model structural uncertainty in climate change impact studies

Résumé traduit

This research investigated the importance of the structure of hydrological models as a source of uncertainty in studies of the impacts of climate change on water resources. Several recent studies have shown that structural uncertainty can play a significant and sometimes even dominant role on future uncertainty, but the origin of this uncertainty has been little explored. In order to explore the uncertainty associated with the structure of the hydrological model and to understand the uncertainty associated with each of the structural components, a multi-model analysis was performed using eleven (11) representations of evapotranspiration, six (6) models of snow accumulation and melt and sixteen (16) formulations of water flow forming 1056 combinations of hydrological structures. The study covers 21 hydrological metrics and a set of 100 watersheds located in North America. The importance of these three components in generating uncertainty in present and future climates was investigated and compared with that related to general circulation models.

The results showed that for the present climate, the structural uncertainty resides mostly in the water flow formulations for all metrics considered. In a warmer future climate, the structural uncertainty in the hydrological models continues to dominate the low flow and large extreme flow metrics and is otherwise comparable to that resulting from the climate models. Potential evapotranspiration formulations in the future climate contribute more strongly to the overall uncertainty and is comparable to that from runoff formulations for metrics describing medium to high flows but becomes minimal for metrics representing low and very high flows. The contribution to variance from snow accumulation and melt formulations remains small for all cases and metrics considered.

A selection of the best hydrological model structures has relatively little impact on the overall and relative uncertainties. It reduces the contribution of high order interaction terms related to extreme flows (return period of 2 to 20 years), and enhances the relative contribution of GCMs, but does not significantly reduce the total variance, or drastically reduce the contribution of hydrological structures to the total variance.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par article présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de l’environnement". Comprend des références bibliographiques (pages 71-82).
Mots-clés libres:	changements climatiques, incertitude, modélisation hydrologique, structure de modèle hydrologique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Brissette, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt:	17 janv. 2022 20:31
Dernière modification:	17 janv. 2022 20:31
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2847

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