Le modèle HBV Light

Le modèle Suédois HBV développé par SMHI (Swedish Meteorological and Hydrological Institute) qui est devenu un outil largement utilisé dans le monde de prédiction du débit pour les bassins versants non jaugés ce qui est le cas contraire du modèle global GR4J. Le modèle hydrologique universel HBV (Lindström et al., 1997) est un modèle conceptuel global ou semi distribué à l’échelle du bassin versant et qui est capable de calculer le débit pour divers sous bassins. Ce modèle est connu pour sa robustesse, malgré sa simplicité relative. Pour simplifier d’avantage le modèle, certaines composantes peuvent être rendues inactives.

Ce modèle simule le débit quotidien en utilisant comme entrées la température et la précipitation journalières, ainsi que les estimations mensuelles de l’évapotranspiration potentielle. Pour les fonctions de production neige et sol, les calculs sont réalisés pour chaque zone, ainsi le modèle est semi-distribué (Figure 3.5), alors que les paramètres de la fonction de transfert sont globaux par sous-bassin. Il prend en compte les caractéristiques topographiques comme la superficie et l’altitude pour la discrétisation spatiale du domaine d’étude en zones homogènes. Le modèle HBV consiste en une fonction de production pour l’écoulement vertical (Figure 3.6) où la fonte de la neige est calculée par la méthode selon la température limite. La recharge de la nappe et l’évapotranspiration réelle sont des fonctions du stockage en eau actuel dans le réservoir sol et où la formation de l’écoulement de surface se fait à travers trois réservoirs dont le premier est non-linéaire.

Figure 3.5 : Modèle semi distribué (Abadie, 2006)

Le modèle HBV et ses variantes ont été appliqués dans un grand nombre de pays (Graham, 2000). Bergström, (1992) mentionne que des applications à plus de 200 bassins dans 30 pays, y compris des bassins nivaux et glaciaires des Alpes, de l’Himalaya, de Nouvelle-Zélande, du Groenland et d’Amérique du Nord, des bassins arctiques en Scandinavie et en Alaska du nord, et des bassins à environnements de basse latitude tant humides que semi-arides comme au

Chapitre 3. Critères de calage, validation et description de quelques modèles globaux et semi-distribués

Panama. Le modèle HBV en version modifié HBVx a été également appliqué à des bassins de la Tunisie (Ouachani et al., 2010).

Figure 3.6 : Schéma simplifié du modèle HBV (Abadie, 2006)

Vu la diversité des modèles et leurs limites d’utilisation, la difficulté d’application, l’indisponibilité de données, sous ses problèmes techniques, la décision doit être prise d’une manière rigoureuse pour le choix du modèle d’application dans la modélisation de la relation pluie-débit.

A travers cette sélection de quatre modèles, nous avons retenu le modèle GR4J et HBV Light pour l’estimation des débits au niveau du bassin versant de l’Oued Boussalem (8 sous-bassins) et Rhumel (5 sous-sous-bassins).

Température de l’air Evaporation

potentielle Interception Précipitation Réservoir supérieur (K0) Réservoir inférieur 1 (K1) Réservoir inférieur 2 (K2) Fonction de transfert (MAXBAS) Débit total Eau dans le sol

Evaporation Débit de surface

Excès d’eau dans le sol

Percolation Evapotranspirati on ^PROCESSUS Débit direct Q0 Débit de base Q1 Débit de base Q2 Percolation profonde ENTREE SORTIE

Chapitre 3. Critères de calage, validation et description de quelques modèles globaux et semi-distribués

Conclusion

L’amélioration des techniques de prévision des débits sur les bassins versants non jaugés est l’un des défis majeurs auquel les hydrologues doivent faire face, compte tenu de l'importance de l'information hydro-climatique, surtout pour les pays en voie de développement tel est le cas pour notre pays, qui ne parviennent pas à mettre en place des dispositifs de mesure et de collectes de données à travers tous leurs bassins versants; donc le recours à des modèles comme HBV est devenus plus que nécessaire sous réserve bien sûr leur adaptabilité.

Nous nous concentrons sur le modèle GR4J et HBV Light, par la suite une évaluation de la capacité des deux modèles hydrologiques qui doit reproduire les débits observés en temps présent. Les modalités d'application des modèles GR4J et HBV Light sont différentes. Les deux modèles sont constitués d'un minimum de 5 années consécutives et sont sélectionnées sur des critères de disponibilité des données de débits observés. Nous avons retenu le modèle GR4J et HBV Light pour les raisons suivantes : premièrement, le but étant d'obtenir un modèle applicable rapidement à des bassins non jaugés, il était indispensable d'implanter un modèle très simple : notre choix s'est donc arrêté sur des modèles conceptuels globaux et semi-distribués.

A travers cette exploration de ces codes de calculs, nous avons choisi deux modèles globaux le GR4J et le HBV Light.

L’application de ces deux modèles est issue de notre connaissance, la maîtrise de ces codes et leur adaptation selon les données hydrométriques, météorologiques que nous disposons pour la simulation des apports journaliers des deux basins de l’Oued Boussalem et Rhumel.

Le GR4J prend l’écoulement sous forme de deux réservoirs, alors que le HB Light, tient compte des trois réservoirs de routage contribuant aux trois composantes de l’écoulement.

Au terme de ce travail nous pouvons dire que le modèle HBV : Est un modèle conceptuel de simulation de débit

Permet de subdiviser le bassin versant en sous bassins selon la topographie et l’occupation du sol.

Difficile à comprendre, à lire et appliquer

A fournis de très bons résultats dans la plupart des applications.

Est devenu un outil standard pour les études de ruissellement dans le monde Nécessite une modeste quantité de données en entrée.

La qualité du modèle HBV est intéressant pour la simulation sur les bassins versants non jaugés, il est important que le modèle soit robuste. Le HBV possède donc plus de difficultés à

Chapitre 3. Critères de calage, validation et description de quelques modèles globaux et semi-distribués

performer très bien sur un bassin, mais fournit plus souvent des résultats acceptables. Toutes ces raisons nous confortent dans le choix des modèles GR4J et HBV Light. Le chapitre prochain serra consacré à la description des structures et le fonctionnement des deux modèles en question.

A cet effet nous avons fait appel à l’utilisation de deux modèles conceptuels globaux, GR4J et HBV Light en version globale et semi-distribuée, qui seront détaillées dans le chapitre 4. Les résultats de la simulation du quotidien des 13 sous bassins (chapitre 5) seront interprétés en comparaison avec des résultats issus des deux approches globales et semi-distribuées.

Le modèle doit parfaitement reproduire les données d’observation. Il est impossible d’avoir un ajustement parfait entre les simulations du modèle et les observations. Il est bon de rappeler que le modèle n’est qu’une simplification de la réalité, il représente au mieux les dynamiques simplifiées des processus physiques (Bessiere, 2008) et indépendamment de l’incertitude associée aux observations et à la structure du modèle.

Chapitre 4 Présentation des modèles GR4J et HBV Light

Chapitre 4