Amélioration de la modélisation des variables hydrologiques et évaluation de l’impact des changements climatiques au Québec

Talbot, Frédéric (2025). Amélioration de la modélisation des variables hydrologiques et évaluation de l’impact des changements climatiques au Québec. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire vise à améliorer la modélisation des variables hydrologiques et à évaluer les impacts des changements climatiques sur les bassins versants du Québec, en mettant l'accent sur l'application du modèle hydrologique WaSiM et les projections climatiques issues de CMIP6. La recherche se concentre sur trois aspects clés : l'optimisation de la configuration du modèle hydrologique, la comparaison entre les méthodes de modélisation conventionnelle et asynchrone, et l'évaluation des impacts des changements climatiques sur les variables hydrologiques.

Dans le premier volet de l’étude, trois configurations du modèle WaSiM sont comparées. La configuration intégrant la recharge de la nappe phréatique dans la calibration des paramètres du modèle, bien que moins performante en termes de reproduction des débits observés, offre une précision supérieure dans la modélisation des variables hydrologiques internes, soulignant l’importance d’une calibration multi-variable pour limiter le phénomène d’équifinalité lors de l’optimisation du modèle et améliorer la représentation des variables hydrologiques.

Le deuxième volet de l’étude compare les performances des méthodes de modélisation conventionnelle et asynchrone. L'approche asynchrone, qui élimine la dépendance aux données météorologiques historiques, présente des avantages potentiels dans les régions où les données d'observation sont limitées ou peu fiables. Toutefois, elle montre des lacunes dans la représentation temporelle des événements hydrologiques, en particulier la fonte des neiges. Cette méthode souffre d’une incohérence dans la synchronisation des processus saisonniers. Cela souligne la nécessité d’intégrer une forme de synchronicité dans la méthode asynchrone, afin d'améliorer la fiabilité des projections hydrologiques.

Le troisième volet porte sur l’évaluation des impacts des changements climatiques dans 34 bassins versants du sud du Québec. Les résultats montrent une augmentation des précipitations totales et des températures, avec une transition significative des précipitations neigeuses à la pluie, une réduction de l'accumulation de neige, et un décalage des crues printanières vers des périodes plus précoces. Les projections indiquent également une augmentation de la recharge des nappes phréatiques en hiver et au printemps, tandis que l'évapotranspiration s’intensifie durant les mois plus chauds. Les résultats de cette étude fournissent des informations cruciales pour la gestion des ressources en eau dans un contexte de changements climatiques.

Ce mémoire met en évidence l’importance d’une calibration multi-variable et l’utilisation des dernières projections climatiques pour améliorer la modélisation hydrologique.

Titre traduit

Improving hydrological variables representation and assessing the impact of climate change in Quebec

Résumé traduit

This thesis aims to improve the modeling of hydrological variables and assess the impacts of climate change on watersheds in Quebec, with a focus on the application of the WaSiM model and climate projections from CMIP6. The research addresses three key aspects: optimizing the configuration of the hydrological model, comparing conventional and asynchronous modeling methods, and evaluating the impacts of climate change on hydrological variables.

In the first part of the study, three calibration configurations of the WaSiM model are compared. The configuration that incorporates recharge into the model’s calibration, while slightly less accurate in reproducing observed streamflow, provides superior precision in simulating internal hydrological processes. This highlights the importance of multi-variable calibration to limit equifinality and improve the representation of hydrological variables.

The second part of the study compares the performance of conventional and asynchronous modeling methods. The asynchronous approach, which eliminates the reliance on historical meteorological data, presents potential advantages in regions where observational data are limited or unreliable. However, it shows shortcomings in accurately capturing the timing of hydrological events, particularly snowmelt. This method suffers from inconsistencies in synchronizing seasonal processes, underlining the need for future research to incorporate some form of synchronicity in the asynchronous method to improve the reliability of hydrological projections.

The third part evaluates the impacts of climate change across 34 watersheds in southern Quebec. The results indicate an increase in total precipitation and temperature, with a significant shift from snowfall to rainfall, reduced snow accumulation, and earlier spring peak flows. The projections also show an increase in groundwater recharge during winter and spring, while evapotranspiration intensifies during the warmer months. These findings provide critical insights for water resource management in the context of climate change.

This thesis emphasizes the importance of multi-variable calibration and the use of the latest climate projections to enhance hydrological modeling.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par articles 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 221-234).
Mots-clés libres:	modélisation hydrologique, changements climatiques, calibration, modèle hydrologique spatialement distribué
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Arsenault, Richard
Codirecteur:	Codirecteur Sylvain, Jean-Daniel
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	02 juin 2025 18:09
Dernière modification:	02 juin 2025 18:09
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3628

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