Hydrotel

Le modèle hydrologique distribué Hydrotel a été développé dans le but de simuler ou de prévoir le comportement hydrologique de bassins versants de tailles très diverses, allant de petits bassins de quelques kilomètres carrés à de très grands bassins comptant des milliers de kilomètres carrés.

Dans Hydrotel, la variation spatiale des caractéristiques du bassin versant est obtenue à partir des données d’un SIG et de la télédétection. Ainsi, le suivi temporel des classes d’occupation du territoire est obtenu d’images satellitaires de haute résolution, alors que les types de sols proviennent de données SIG. Un bilan hydrologique vertical est calculé séparément sur de petites unités hydrologiques relativement homogènes (UHRH). Ces unités correspondent à de très petits sous-bassins dont la structure de drainage est dérivée d’un modèle numérique d’altitude (MNA) de résolution relativement grande (5 à 20 m de côté selon les bassins).

La base de données décrivant les caractéristiques des bassins est préparée par Physitel, un logiciel développé pour remplir cet objectif spécifique et compatible avec les logiciels commerciaux de SIG. Hydrotel et Physitel sont dotés d’une interface conviviale. Des simulations ou des prévisions hydrologiques peuvent être réalisées à divers pas de temps allant de 1 à 24 heures, avec des algorithmes assurant la compatibilité entre les résultats acquis à divers pas de temps. Tant des données météorologiques mesurées à des stations que des données en provenance de radars météorologiques peuvent être utilisées. Le couvert de neige en pays froid ou en haute montagne en pays plus chaud peut être suivi par télédétection et comparé aux cartes de couvert de neige fournies lors de simulations.

La structure spatiale et les informations hydrologiques quantitatives fournies par le modèle Hydrotel sont aussi utilisées par GIBSI un système de modélisation intégrée quantité-qualité et de gestion des bassins versants, aussi développé à l’INRS-ETE. Outre Hydrotel, GIBSI utilise des versions adaptées des modèles USLE pour la modélisation de l’érosion hydrique, SWAT/EPIC pour celle du cycle et du transport de polluants agricoles (azote, phosphore, pesticides) et QUAL2E pour celle de la qualité de l’eau.

Le modèle hydrologique Hydrotel divise la simulation des processus hydrologiques en six sous-modèles: l’interpolation des données météorologiques, l’évolution du couvert nival, l’évapotranspiration potentielle, le bilan d’eau vertical, l’écoulement sur la partie terrestre du bassin et l’écoulement par le réseau hydrographique.

Pour chacun des processus hydrologiques, Hydrotel offre le choix entre un ou plusieurs algorithmes (Tableau 1). La disponibilité de ces divers algorithmes permet de sélectionner le sous-modèle le plus performant possible sur un bassin donné compte tenu de la disponibilité des données d’entrée. Par exemple, si, sur un bassin donné, seules des données météorologiques de précipitations et de températures à une seule station sont disponibles et qu’aucune base de données ne permet d’obtenir des informations sur la distribution des types de sol. Le modèle pourra être utilisé avec des options minimales soit : les polygones de Thiessen, la méthode des degrés-jours, l’équation de Thorthwaite ou celle d’Hydro-Québec, le bilan vertical selon l’algorithme CEQUEAU, etc... Autrement, si un bassin est bien nanti en termes de données, notamment en termes de données météorologiques et de connaissance de la distribution des sols, des sous-modèles plus complets pourront être utilisés : Moyenne pondérée des trois stations les plus rapprochées, la méthode des degrés-jours, l’équation de Penman-Monteith, le bilan vertical selon trois couches de sol, etc...

Les quatre premiers processus (interpolation des données météorologiques, évolution du couvert nival, évapotranspiration potentielle et bilan d’eau vertical) sont simulés au niveau de chaque UHRH. En d’autres termes, la distribution spatiale de ces processus à l’intérieur d’un bassin versant est réalisée au niveau de chaque UHRH. Il en est de même pour les flux entre ces processus. L’écoulement sur la partie terrestre du bassin est simulé par la production initiale d’un hydrogramme géomorphologique spécifique à chaque UHRH et généré par l’écoulement d’une lame d’eau de référence de maille en maille sur cet UHRH (figure 1.1.1b). Il est important de noter que les flux entre les algorithmes qui simulent les cinq premiers processus hydrologiques sont réalisés au niveau des UHRH. Ainsi, le sous-modèle qui effectue le calcul de l’écoulement sur la partie terrestre du bassin reçoit à chaque pas de temps et au niveau de l’UHRH une lame d’eau qu’il distribue dans le temps en fonction de l’hydrogramme géomorphologique précédemment estimé à partir de la structure spécifique d’écoulement interne à l’UHRH. Finalement, l’écoulement par le réseau hydrographique est simulé sur les tronçons du réseau. Les entrées de chaque tronçon proviennent alors du tronçon amont et des apports latéraux des UHRH connexes.