The influence of vegetal cover on flood hydrology : validation by both upscaling and downscaling simulations
Influence du couvert végétal sur l'hydrologie des crues : modélisation à validations multiples
Résumé
The modelling presented here has been validated twice: experimentally, by the use of highly contrasted basins in terms of plant population, and methodologically by the simultaneous use of an upstreaming flow-duration-frequency model and a downstreaming model. The Ardières watershed in Beaujeu (54.5 km2) is a small mountainous watershed with 90% of its surface area covered with spruce, broad-leaved trees and grasslands, and vineyards on the remaining 10%. 70% of the surface area of this watershed is planted with wine grapes and 30% is made of grasslands or forests. And here, the floods are highly different from the ones observed in the Ardières watershed. The floods of the Vauxonne waterhed, the rainfall reaction of which is fast, are generally twice as intense as the others. We can therefore assume that this hydrological behavior difference is related to land use. To characterize this behavior, we have designed a model based on the GR3J rainfall-flow global conceptual method, the Ardières and Vauxonne watersheds' daily supplies. Even if this modelling corresponds to a diagram of mechanisms responsible for the flow with no apparent relation to measurable processes, we have used it to demonstrate the relationships between the GR3J parameters and the flood flow dynamics which is strongly related to the plant population of each watershed. The adequation of the GR3J model for both watersheds has allowed us to simulate the daily flow of each one of them for a given oceanic or "alpine" continental type of rainfall. Using the simulated flows, the influence of the plant population on flood quantity can be demonstrated even in very different rainfall situations. We have also demonstrated that, by using a different approach, the flow-duration-frequency model, the quantitative influence of plant populations on flood could also be proven. By comparing the results obtained, using both methods, we were able to conclude that both models are adequate to reflect the effect of plant populations on floods.
La modélisation présentée ici a subi une double validation : expérimentale, par exploitation de bassins fortement contrastés en végétation, et méthodologique, par exploitation simultanée d'un modèle à démarche ascendante (QdF) et d'un modèle à démarche descendante (GR3J). Le bassin versant de l'Ardières à Beaujeu (54.5 km2) est un petit bassin versant montagneux, recouvert sur 90 % de sa superficie d'une forêt de sapins, de feuillus ainsi que de prairies et sur les 10 % restants de vignobles. Sur ce bassin versant, dont 70 % de la superficie sont plantés en vigne et 30 % sont occupés par la forêt et les prairies, nous observons des crues bien différenciées de celles du bassin versant de l'Ardières. En particulier le bassin versant de la Vauxonne, dont la réaction aux précipitations est rapide, présente généralement des crues deux fois plus intenses. Nous pouvons penser que cette différence de comportement hydrologique est liée au mode d'occupation des sols. Pour caractériser ce comportement, nous avons modélisé, à partir du mode conceptuel global pluie-débit GR3J, les apports journaliers des bassins versants de l'Ardières et de la Vauxonne. Cette modélisation, bien que répondant à un schéma des mécanismes à l'origine de l'écoulement sans lien direct avec les processus mesurables, nous a permis de montrer à postériori des liaisons entre le paramètres de GR3J et la dynamique de l'écoulement en crue, fortement liée à l'entité végétale représentative de chaque bassin versant. L'adéquation du modèle GR3J, tant pour le bassin versant de l'Ardières que pour celui de la Vauxonne, nous a ensuite permis de simuler, pour une même pluie d'entrée de type océanique et de type continental "alpin", l'écoulement journalier résultant sur chacun d'eux. L'étude statistique des débits simulés permet d'illustrer l'influence de l'entité végétale sur les quantiles de crues, et ce dans un contexte pluviométrique bien différencié. Par ailleurs, nous avons de même montré qu'une approche différente, par modèle descriptif synthétique QdF (débit-durée-fréquence), permettait de traduire quantitativement l'influence de la modification du couvert végétal sur les quantiles de crues. Une confrontation des résultats obtenus, à partir des deux modélisations (GR3J, QdF), permet de conclure tant vis à vis des observations que des simulations, à l'adéquation des deux modèles pour traduire l'effet de la couverture végétale sur les crues.