Identification des impacts hydrologiques du changement climatique : constitution d'un réseau de référence pour la surveillance des étiages

(1)

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la surveillance des étiages

I. Giuntoli, Benjamin Renard

To cite this version:

I. Giuntoli, Benjamin Renard. Identification des impacts hydrologiques du changement climatique :

constitution d’un réseau de référence pour la surveillance des étiages. [Rapport de recherche] irstea.

2010, pp.106. �hal-02595597�

(2)

Identification des impacts

hydrologiques du

changement climatique :

constitution d’un réseau de

référence pour la surveillance

des étiages.

Rapport 2010

Ignazio GIUNTOLI

Benjamin RENARD

Décembre 2010

Département Eaux

Unité de Recherche Hydrologie - Hydraulique Groupement de Lyon

3 bis quai Chauveau – CP 220

CemOA

: archive

ouverte

d'Irstea

(3)

CemOA

: archive

(4)

Ce rapport a été rédigé dans le cadre de la convention 2010 liant l’ONEMA et le Cemagref. Il présente les

principales investigations menées dans le cadre de l’action 3.6 « Evolution des régimes hydrologiques».

L’objectif à long terme de cette action est de mettre en place un réseau de référence de surveillance des

étiages, regroupant les stations hydrométriques adaptées à l’identification des impacts hydrologiques du

changement climatique, ainsi que les outils permettant l’analyse des données issues de ce réseau.

Le rapport d’activité 2010 présente notamment les résultats d’une critique approfondie des données

hydrométriques, menée à bien en collaboration avec les producteurs de données (DREAL, EDF, CNR,

SPC, DDE, CA Coteaux de Gascogne). Nous souhaitons remercier l’ensemble des personnes s’étant

impliquées dans cette analyse pour leur temps, leur expertise et leurs conseils.

Les auteurs

Ignazio Giuntoli

Ingénieur de recherche contractuel

ignazio.giuntoli@cemagref.fr

Cemagref Lyon

Benjamin Renard

Chargé de recherche

benjamin.renard@cemagref.fr

Cemagref Lyon

Les correspondants

Onema : Pascal Maugis, Chargé de mission Hydrologie, pascal.maugis@onema.fr

Référence du document :

Cemagref : Benjamin Renard, Cemagref, benjamin.renard@cemagref.fr

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France

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Professionnels, experts

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CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(5)

CemOA

: archive

ouverte

d'Irstea

(6)

Identification des impacts hydrologiques du changement climatique : constitution d’un

réseau de référence pour la surveillance des étiages.

Rapport 2010

Ignazio Giuntoli, Benjamin Renard

Sommaire

Résumé _______________________________________________________________________ 7

Abstract ______________________________________________________________________ 10

1. Introduction ________________________________________________________________ 12

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2. Finalisation du réseau de référence _____________________________________________ 14

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3. Evolution des régimes d’étiage _________________________________________________ 32

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8. 4. Conclusions et perspectives ____________________________________________________ 72

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Références____________________________________________________________________ 74

Annexe 1 : Liste des stations du réseau_____________________________________________ 76

Annexe 2 : Stations modifiées ____________________________________________________ 81

Annexe 3 : Résultats de l’analyse locale pour les stations des DOM______________________ 82

Annexe 4 : Résultats Analyse régionale fine. ________________________________________ 83

Annexe 5 : Résultats Analyse régionale large. _______________________________________ 85

Annexe 6 : Cartes des résultats par sous/saison (régimes de transition)___________________ 86

CemOA

: archive

ouverte

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(8)

Identification des impacts hydrologiques du changement climatique : constitution d’un

réseau de référence pour la surveillance des étiages.

Ignazio Giuntoli, Benjamin Renard

RESUME

L’action 2010 de la convention Onema-Cemagref a porté sur la finalisation de la validation des

données hydrométriques du Réseau de Référence pour la Surveillance climatique des Etiages

(RRSE) initié en 2008 et sur l’analyse des indices définis en 2009 décrivant la sévérité et la

saisonnalité de l’étiage.

La première partie du rapport décrit la finalisation de la critique des données qui a conduit à un réseau

définitif de 236 stations hydrométriques réparties sur la France Métropolitaine. Dans un premier

temps, les causes ayant conduit à exclure un certain nombre de stations sont décrites. Puis, nous

décrivons les caractéristiques des stations finalement retenues et des bassins versants qu’elles

contrôlent. Enfin, nous comparons le réseau ainsi créé avec d’autres réseaux de référence utilisés à

l’échelle nationale pour caractériser diverses variables environnementales (e.g. paramètres

climatiques ou biologiques). De plus, les stations métropolitaines ont été complétées par des stations

hydrométriques des départements d’Outre-Mer (DOM). Le rapport présente la critique de ces stations,

qui ont été sélectionnées dans un deuxième temps et qui ont nécessité une étude distincte étant

donné la différence de climat et de régime hydrologique. Au final, 14 stations hydrométriques (4 en

Guadeloupe, 2 en Martinique, 1 à la Réunion et 7 en Guyane) complètent ainsi les 236 du réseau

Métropolitain.

La seconde partie du rapport décrit l’analyse des stations du réseau afin d’évaluer la stationnarité des

régimes d’étiage. Nous présentons tout d’abord les tests statistiques qui visent à évaluer l’existence

de tendances sur divers indices d’étiage. L’analyse est faite à deux niveaux : à l’échelle locale

(chaque station est étudiée indépendamment) et à l’échelle régionale (des groupes de stations

contrôlant des bassins versants similaires sont étudiés conjointement). Les principaux résultats

peuvent être résumés de la manière suivante :

(i) Sévérité : on observe une tendance à l’aggravation de la sévérité des étiages dans plusieurs

régions de la moitié sud de la France. A l’inverse, quelques tendances vers des étiages moins sévères

apparaissent en Bretagne et sur les Pays de la Loire. A l’exception de ces deux régions, on n’observe

pas d’évolution significative de la sévérité des étiages dans la partie nord du pays, ni dans les rivières

nivales.

(ii) Saisonnalité : on observe globalement de nombreux changements significatifs décrivant un

décalage de la période d’étiage vers plus de précocité. Ce décalage est particulièrement marqué pour

le début de la période d’étiage, est moins marqué pour le centre de l’étiage, et devient peu significatif

pour la fin de l’étiage.

MOTS CLES

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: archive

ouverte

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(11)

Identifying hydrological impacts of climate change : a reference network for monitoring

low flows.

Ignazio Giuntoli, Benjamin Renard

%

ABSTRACT

The 2010 action of the Onema-Cemagref agreement aimed to complete the validation of river

discharge data from the Reference Network for Low Flow Climatic Monitoring (Réseau de Référence

pour la Surveillance climatique des Etiages - RRSE) implemented in 2008 and to analyze the indices

defined in 2009 which describe drought timing and severity.

The first part of the present report describes how the data review was accomplished and how we

ended up with the definitive network of 236 gauging stations across France. Secondly we describe the

causes that brought about the exclusion of a number of gauging stations. Moreover we describe the

characteristics of the stations that were finally selected and their respective catchments. A comparison

is then made between our drought database and other French reference databases used nationwide

to monitor environmental variables (e.g. climate and biological parameters). Finally, in addition to the

stations from Mainland France a number of gauging stations from French overseas departments were

selected. The data screening for such stations was carried out at a later stage of the project and, due

to the differences of climate and hydrology, required a distinct analysis. As a result, 14 gauging

stations (4 in Guadeloupe, 2 in Martinique, 1 in Réunion Island and 7 in French Guyana) were added

to the 236 from Mainland France.

The second part of the report describes the analysis carried out on the database stations in order to

evaluate the stationarity of drought regimes, through the use of statistical trend tests. The analysis is

carried out at two levels: at a local scale (At-site analysis) and at the regional scale (considering at

once sets of stations grouped into homogeneous regions). The main results are listed here:

(i) Drought severity: an increasing severity is observed over several regions of southern France.

Conversely signs of decreasing severity appear in some of the northwestern regions (Brittany and

Pays de la Loire). Except for these regions there is no evidence of an increase in drought severity in

northern France, nor in regions with snowmelt regimes.

(ii) Drought timing: a number of significant changes suggest a time shift towards droughts that occur

earlier in the year. Such time shift is particularly consistent for the drought start, less consistent for the

drought center, and is barely noticeable for the drought end.

KEYWORDS

Hydrological droughts ; drought indices ; severity ; seasonality ; statistical tests; data validation.

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1. Introduction

1.1. Contexte et enjeux

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1.2. Vers un réseau de référence pour la surveillance climatique des

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1.3. Etat d’avancement et objectifs de l’action 2010

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1 1.4. Plan du rapport

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2. Finalisation du réseau de référence

2.1. Rappel sur la présélection de stations hydrométriques

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2.2. Critique des données

2.2.1. Organisation de la critique

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2.2.2. Résultats de la critique

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2.3.1. Description des stations de mesure

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2.3.2. Description des bassins versants contrôlés

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2.4. Comparaison à d’autres réseaux de mesure

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B

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9 2.4.3. Réseau de référence Pérenne

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9 3. Evolution des régimes d’étiage

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3.1. Méthodologie : indices d’étiage

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B

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Début d’étiage 2

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(

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J

*

o

Centre de l’étiage

2 D .J

(

_ q

J* CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(34)

o

Fin d’étiage

2 D .J

(

_ q

J*

o

Date du pic de l’étiage

2 (

@

0 *

• Indices de sévérité 2

o

Durée de l’étiage 2

(

_ q

J*

o

Déficit de volume 2

_ q

J

o

Pic de l’étiage 2

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0 *

• Autres

o

Temps de récession 2

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o

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o

Module 2

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3.2. Méthodologie : tests statistiques

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3.2.1. Echelle locale : test de Mann-Kendall

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(35)

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3.2.2. Echelle régionale

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(41)

K2871910 - Module de 1968 à 2007

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2005 Année m 3 / s

0

2 ,

(

* :

2?

2 2, %

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K2871910 - Module de 1936 à 2007

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1936 1940 1944 1948 1952 1956 1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2005 Année m3 / s

0

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C

(43)

CemOA

: archive

ouverte

d'Irstea

(44)

3.3. Méthodologie : regroupements régionaux

3.3.1. Rappel sur les régions « hydro-géo-climatiques »

!

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3.3.2. Modifications effectuées

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(45)

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B

C

B

C

(48)

3.4. Résultats

3.4.1. Périodes d’analyse et présentation des résultats

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(51)

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(52)

CemOA

: archive

ouverte

d'Irstea

(53)

3.4.2. Débit moyen annuel

5 !

5 (;

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(54)

CemOA

: archive

ouverte

d'Irstea

(55)

3.4.3. Débit journalier minimum annuel

!

5 (;

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(56)

CemOA

: archive

ouverte

d'Irstea

(57)

3.4.4. Durée de l’étiage

!

5 (;

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1 -

( 9J

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(58)

CemOA

: archive

ouverte

d'Irstea

(59)

3.4.5. Déficit de volume

-

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0 ( -

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3.4.6. Début de l’étiage

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(63)

3.4.7. Centre de l’étiage

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ouverte

d'Irstea

(65)

3.4.8. Date du minimum annuel

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ouverte

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(67)

3.4.9. Fin de l’étiage

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(68)

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ouverte

d'Irstea

(69)

3.4.10. Temps de récession

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(70)

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: archive

ouverte

d'Irstea

(71)

3.4.11. Base Flow Index

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(72)

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ouverte

d'Irstea

(73)

4. Conclusions et perspectives

4.1. Réseau de référence pour la surveillance climatique des étiages

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4.2. Tendances dans les régimes d’étiage en France

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