Les impacts du changement climatique sur le volume des crues dans les bassins versants d'Amérique du Nord

Ionno, Alexandre (2023). Les impacts du changement climatique sur le volume des crues dans les bassins versants d'Amérique du Nord. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Avec les effets du changement climatique d'origine anthropique, il est prévu que les événements extrêmes tels que les sécheresses et les inondations augmenteront en termes de fréquence, d'intensité et de magnitude pour la majorité du continent nord-américain. Que ce soit à des fins hydroélectriques ou de rétention d'eau pour fournir de l'eau potable en période de sécheresse ou de protection en période d'inondation, l'évaluation des effets du changement climatique futur sur les volumes d'inondation est critique pour assurer une meilleure gestion de ces catastrophes étant donné la gravité des impacts dévastateurs des inondations. De plus, il est essentiel d'utiliser le volume d'inondation plutôt que le pic d'inondation, car ce dernier se concentre sur le débit le plus élevé possible observé lors d'une inondation, alors que le volume d'inondation prend également en compte la durée de l'écoulement, qui est un facteur important en termes de dommages causés à l'environnement bâti.

Cette étude vise à évaluer l'impact du changement climatique sur les volumes d'inondation sur un large échantillon de 1 403 bassins versants nord-américains en utilisant une approche multimodèle. 2 112 combinaisons de projections du volume des inondations sont établies par bassin versant, résultant de multiples modèles hydrologiques alimentés par de multiples projections climatiques corrigées des biais dans le cadre des scénarios de changement climatique RCP4.5 et RCP8.5. Le second objectif de cette étude est d'évaluer la contribution de chaque source d'incertitude de l'approche d'ensemble (modèles hydrologiques versus méthodes de correction des biais versus modèles climatiques) sur les futurs régimes hydrologiques projetés. L'ensemble multi-membres est constitué de 21 éléments qui comprend quatre modèles hydrologiques globaux de complexité variable (GR4J, HMETS, HSAMI et MOHYSE), onze modèles climatiques globaux (MCG), quatre méthodes de corrections de biais (DBC, MBCn, QDM et TSQM) ainsi que deux scénarios d’émission de gaz à effets de serre (RCP4.5 et RCP8.5) qui fournissent à l’étude une très large gamme de résultats pour la période de référence, 1971 à 2000, et la période future, 2070 à 2099.

Les résultats montrent que les volumes de crue devraient diminuer dans les zones montagneuses de l'ouest, la région des Grands Lacs et les Maritimes, tandis qu'une augmentation des volumes de crue est susceptible de se produire principalement dans l'est de l'Amérique du Nord. Il est démontré que les plus fortes augmentations prévues du volume des inondations dans le cadre du changement climatique sont induites par des événements de fonte des neiges de type pluie sur neige. D’ailleurs, les modèles hydrologiques contribuent le plus à l'incertitude des bassins versants individuels et les MCG en deuxième rang, tandis que la contribution moyenne est menée par les MCG avec les modèles hydrologiques en deuxième position. De plus, la contribution des MCG est la deuxième plus importante dans les zones d'augmentation du volume des crues, donc sur les côtes Ouest et Est des États-Unis.

Les résultats démontrent également que sur les 1 403 bassins versants inclus dans l'étude à travers le continent, approximativement 80% des bassins versants vont voir une augmentation des volumes de crue sous les différents scénarios et seuils d’inondations dans la fenêtre de 30 ans, avec le 20% restant qui verront une décroissance des volumes de crue. Cela permettra aux décideurs politiques de prendre de meilleures décisions pour la prévention des inondations et l'atténuation des dommages.

Titre traduit

Impacts of climate change on flood volumes over North American catchments

Résumé traduit

With the effects of anthropogenically induced climate change, extreme events such as droughts and floods have been projected to increase in terms of frequency, intensity and magnitude for the majority of the North American continent. Whether it be for hydroelectric purposes or water retention services to provide potable water in times of droughts or protection in times of floods, assessing the effects of future climate change on flood volumes is crucial to provide better management of such disasters given the severity of the devastating impacts of flooding. Further, using flood volume instead of flood peak is critical because the latter focuses on the highest possible discharge observed during a flood event, while flood volume also considers flow duration, which is an important factor in terms of the damage caused to the built environment.

This study aims to evaluate the overall impact of climate change on flood volumes over a large sample of 1,403 North American catchments by using a multi-model approach. 2,112 combinations of flood volume projections are established per catchment, resulting of multiple hydrological models fed by multiple bias-corrected climate projections under the RCP4.5 and RCP8.5 climate change scenarios. The second aim of this study is to evaluate the contribution of each uncertainty source of the ensemble approach (hydrological models versus biascorrection methods versus climate models) on the future projected hydrological regimes. The selected ensemble members consist of a 21-member ensemble that includes four lumped hydrological models of varying complexity (GR4J, HMETS, HSAMI and MOHYSE), eleven global climate models (GCMs), four bias correction methods (DBC, MBCn, QDM and TSQM) and two greenhouse gas emission scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) that provide the study with a very wide range of results for the reference period, 1971 to 2000, and the future period, 2070 to 2099.

The results show that flood volumes are expected to decrease in the western mountainous areas, the Great Lakes region, and the Maritimes, while an increase in flood volumes is likely to occur mainly in eastern North America. We show that the largest projected increases in flood volume under climate change are induced by rain-on-snow snowmelt events. We also demonstrate that hydrological models contribute the most to individual catchment uncertainty and GCMs the second most, while average contribution is lead by GCMs with hydrological models in second. The contribution of GCMs is the second largest in areas of increasing flood volume, i.e., on the west and east coasts of the United States.

The results demonstrate that of the 1,403 watersheds included in the study across the continent, approximately 80% of the watersheds will see an increase in flood volumes under the different flood scenarios and thresholds within the 30-year window; with the remaining 20% seeing a decrease in flood volumes. This will allow policymakers to make better decisions for flood prevention and mitigation of damage.

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 la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 95-104).
Mots-clés libres:	volume des crues simulé, changement climatique, hydroclimatologie, analyse d'incertitude, modélisation hydrologique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Arsenault, Richard
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	08 mai 2023 13:49
Dernière modification:	08 mai 2023 13:49
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3219

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