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1. BA S E Biotechnol Agron Soc Environ 2014 18 1 83 96 Le Point sur Repr sentation du couvert forestier dans la mod lisation hydrologique comparaison de dix mod les synth se bibliographique Deborah Deraedt Gilles Colinet Hugues Claessens 2 Aurore Degr D Univ de Li ge Gembloux Agro Bio Tech Unit Syst mes Sol Eau Passage des D port s 2 B 5030 Gembloux Belgique E mail Deborah Deraedt ulg ac be Univ de Li ge Gembloux Agro Bio Tech Unit de Gestion des Ressources foresti res et des Milieux naturels Passage des D port s 2 B 5030 Gembloux Belgique Recu le 25 janvier 2013 accept le 10 septembre 2013 De nombreux mod les de simulation hydrologique existent dont un certain nombre sont applicables en milieux forestiers Cette synth se bibliographique a pour objectif de comparer dix d entre eux BILJOU EPIC BROOK90 SWAT RHESSys MIKE SHE SHETRAN WaSiM ETH DHSVM et Hydrus afin d clairer le choix des utilisateurs potentiels La comparaison est ax e sur diff rents aspects de l environnement forestier l interception l vapotranspiration le pr l vement racinaire l effet du sous tage la croissance des arbres ainsi que la validation de ces mod les L interception lorsqu elle est calcul e est trait e de mani re similaire par neuf mod les sur les dix s lectionn s Les mod les utilisent diverses m thodes de calcul de
2. galement possible de calculer les pr l vements d azote et de phosphore partir des concentrations de ces l ments dans l arbre et des quantit s optimales pour la plante ces quantit s varient selon le stade de d veloppement Williams 1995 Neitsch et al 2011 Pour Hydrus le taux de transpiration est fonction de la transpiration potentielle de la distribution du pr l vement potentiel et d une fonction de r ponse au stress hydrique Celle ci peut suivre la formule de Feddes ou de van Genuchten La premi re d pend uniquement du potentiel hydrique et permet de prendre 89 en compte la r duction de transpiration lorsque le sol est proche de la saturation tandis que la seconde est fonction des potentiels hydrique et osmotique Hydrus permet galement de tenir compte du fait que les racines peuvent compenser un stress hydrique jusqu un certain point par une augmentation du pr l vement d eau dans une couche de sol plus humide et de calculer le pr l vement de nutriments Il n y a pas de distribution proprement dite celle ci est remplac e par la distribution du pr l vement hydrique dans la zone racinaire Radcliffe et al 2010 im nek et al 2011 Mike SHE calcule l vapotranspiration r elle globale du bassin versant par la formule de Kristensen Jensen Refsgaard et al 1995 et requiert donc des valeurs d vapotranspiration potentielle pour laquelle la formule de Penman Monteith 196
3. Nous nous focaliserons plus particuli rement sur la mani re dont les mod les repr sentent les processus hydrologiques li s au couvert forestier 2 PRESENTATION DES MODELES SELECTIONNES DANS LA LITTERATURE Parmi la multitude de mod les existants dix ont t s lectionn s afin de comparer leur repr sentation du couvert forestier La s lection des mod les s est faite selon le caract re r cent des mod les et le nombre de publications les citant Tableau 1 Ils forment un panel assez repr sentatif des mod les actuellement disponibles couvrant toutes les distributions spatiales globale semi spatialis e spatialis e des pas de temps allant de la minute voire moins l ann e des mod les conceptuels aussi bien que physiques selon la classification de Beckers et al 2011 etc 2 1 BILJOU Le mod le BILJOU Granier et al 1995 est un mod le exclusivement forestier de bilan hydrique journalier global qui permet la quantification des flux d eau et la caract risation des stress hydriques intensit dur e fr quence l chelle de la parcelle Il a t d velopp afin d tre applicable tout type de couvert Les flux lat raux ne sont pas pris en compte il incombe Vutilisateur de choisir une parcelle pr sentant un flux lat ral nul La version d crite dans la litt rature a t utilis e pour cet article 2 2 BROOK90 BROOK90 Federer et al 2003 est un mod le journalier gl
4. valeurs d vapotranspiration obtenues avec la formule de Haude sont presque syst matiquement inf rieures celles obtenues avec toutes les autres formules Seules quatre des sept formules propos es par ces mod les font intervenir un ou plusieurs param tres d pendant des caract ristiques du couvert Penman Monteith inclut la r sistance de canop e et la r sistance a rodynamique Penman la r sistance a rodynamique Wendling fait intervenir l alb do et Haude poss de un facteur mensuel empirique dont la valeur est d pendante du type de couvert La station d Uccle n tant pas situ e en for t les r sistances a rodynamiques n ont pu tre calcul es pour ce type de milieu N anmoins les valeurs obtenues sont du m me ordre de grandeur que celles trouv es dans la litt rature pour les couverts forestiers La valeur retenue pour la r sistance de canop e de 100 sec m l alb do fix 0 15 et le facteur empirique dont les valeurs mensuelles sont tir es de Schulla 2012 sont tous trois adapt s aux pic as 3 3 L effet du sous tage Seuls quatre mod les permettent de prendre en compte un sous tage BILJOU RHESSys WaSiM et DHSVM Tous les quatre repr sentent l effet de cette strate de mani re tr s diff rente Comme expliqu pr c demment BILJOU int gre dans l ETR une composante correspondant l vapotranspiration de la strate herbac e Ehinger et al 2009 DHSVM donne la poss
5. C et al 2004 Validation of catchment models for predicting land use and climate change impacts 3 Blind validation for internal and outlet responses J Hydrol 287 1 4 74 94 Beckers E amp Degr A 2011 Revue bibliographique la prise en compte des transferts horizontaux dans les mod les hydrologiques Biotechnol Agron Soc Environ 15 1 143 151 Birkinshaw S J 2011 SHETRAN Web Site Newcastle upon Tyne UK School of Civil Engineering and Geosciences Newcastle University http research ncl ac uk shetran index htm 28 03 12 93 Birkinshaw S J Bathurst J C Iroum A amp Palacios H 2010 The effect of forest cover on peak flow and sediment discharge An integrated field and modelling study in central southern Chile Hydrol Processes 25 8 1284 1297 Bormann H Breuer L Graff T amp Huisman J A 2007 Analysing the effects of soil properties changes associated with land use changes on the simulated water balance a comparison of three hydrological catchment models for scenario analysis Ecol Model 209 1 29 40 Brolsma R J van Beek L PH amp Bierkens M F P 2010 Vegetation competition model for water and light limitation II Spatial dynamics of groundwater and vegetation Ecol Model 221 10 1367 1377 Cao W Bowden W B Davie T amp FenemorA 2006 Multi variable and multi site calibration and validation of SWAT in a large mountainous catchment with high spatial variabi
6. G Claessens H et al 5 a BILJOU 5 b BROOK90 4 1AI0 4 laiGsait lai6sai0 7 LAI3 z laissait lai3sai0 7 co 3 LAI 3 lai0sail lai0sai0 7 2 g 2 2 8 g 1 S 1 oO o lt _ lt _ i 0 5 10 15 0 5 10 15 Pr cipitations incidentes mm Pr cipitations incidentes mm 5 c DHSVM 5 d MIKE SHE 4 LAlo6u0 LAlo6u0 5 4 LAI6cint0 5 LAI6cint0 05 3 LAlo3u0 LAlo3u0 5 LAIScint0 5 LAI3cint0 05 S LAlotu0 LAlo0u0 5 34 LL LAlOcint0 5 LAI0cint0 05 a 2 a T o o 1 9 Ko O 0 5 10 15 0 5 10 15 Pr cipitations incidentes mm Pr cipitations incidentes mm 5 5 e RHESSys f SHETRAN E 4 _lagf0 05 lai6gf0 1 4 j 189005 lai3gf0 1 C 3 FL Al6s05 LAIBSS a a LAISS0 5 wwe laidgf0 05 lai0gf0 1 5 _ LAIBS5 LAI0s0 5 LAIOs5 2 2 2 ior EE 0 0 5 10 15 0 5 10 15 Pr cipitations incidentes mm Pr cipitations incidentes mm _ gt g SWAT h Wasim 100 LAlcant 100 LAlcan2 4 laiGhsi0 3 lai6hsi0 05 2 50 LAlcani 50 LAlcan2 3 ewe lai3hsi0 3 lai3hsi0 05 ww O LAIcant O LAlcan2 5 lai0hsi0 3 laiOhsi0 05 g 2 a 2 F 1 g O ae 0 5 10 15 0 5 10 15 Pr cipitations incidentes mm Pr cipitations incidentes mm Figure 1 Comparaison de l interception des mod les en fonction de
7. et le facteur de d croissance due la s nescence Le couvert est consid r mature pour les simulations il en r sulte que le LAI maximum atteint ne varie pas d une ann e l autre Le seul stress admis par le mod le est celui induit par la temp rature Pour le mod le SWAT l volution du LAI d pend de la temp rature journali re moyenne de l air de la temp rature de base pour la croissance de l arbre de l ge de l arbre des param tres de forme de la courbe LAI degr jours potentiels PHU du nombre d ann es n cessaires pour atteindre la maturit et du LAI maximal Le mod le permet l utilisation de facteurs limitant l accroissement du LAI tels que les stress 91 hydrique de temp rature d azote et de phosphore Neitsch et al 2011 Seuls EPIC et SWAT permettent le calcul de la productivit et de l volution de la hauteur de canop e EPIC pr sente une m thode de calcul identique pour les cultures et les arbres La biomasse a rienne au jour j d pend de la concentration en CO de l atmosph re du LAI d un coefficient d extinction de la lumi re du rayonnement incident photosynth tiquement actif et de param tres de forme La croissance de biomasse peut tre r duite par un stress hydrique de nutriment de temp rature ou un manque d oxyg ne La hauteur des arbres est fonction des PHU et de la taille maximale de l arbre La profondeur d enracinement d pend quant ell
8. la pluviom trie Comparison of the models interception in function of the rainfall rate a Pessi re simul e dans BILJOU pour des LAI 0 3 et 6 correspond respectivement un rayonnement intercept relatif de 1 4 5 et 20 Fire spruce stand with BILJOU for LAI of 0 3 and 6 correspond respectively to a relative light interception of 1 4 5 and 20 b BROOK90 pour des LAI de 0 3 et 6 et des SAI de 0 7 et 1 BROOK90 for LAI of 0 3 and 6 and SAI of 0 7 and 1 c DHSVM pour des LAI de la strate dominante LAIo valant 0 3 et 6 des LAI du sous tage LAIu de 0 et 0 5 et un taux de couverture du sol de 0 9 DHSVM with overstory cover LAI of 0 3 and 6 the understory cover LAI is 0 and 0 5 and the soil coverage ratio is 0 9 d MIKE SHE pour des LAI de 0 3 et 6 et une capacit d interception sp cifique cint de 0 05 et 0 5 mm MIKE SHE for LAI of 0 3 and 6 the maximum storage capacity cint is 0 05 and 0 5 mm RHESSys pour des LAI de 0 3 et 6 et une fraction de vide dans la canop e gf de 0 1 et 0 05 La capacit maximale de stockage de la pluie est fix e 0 3 mm et le SAI 1 RHESSys for LAI of 0 3 and 6 and the gap fraction gf is 0 1 and 0 05 The maximum storage capacity is 0 3 mm and the SAI is 1 f SHETRAN pour des LAI de 0 3 et 6 et une capacit de stockage maximale s de 0 5 et 5 mm m SHETRAN for LAI of 0 3 and 6 and the maximum storage capacity s of 0 5 and 5 mmm g
9. les feuillus et 2 mm pour les conif res Au del de cette valeur l interception continue d augmenter selon une exponentielle inverse Les autres mod les pr sentent une volution lin aire de la quantit d eau intercept e proportionnelle la pluviom trie suivie d un palier dont la valeur est fix e par la capacit d interception maximale de la canop e qui peut atteindre 5 mm avec les valeurs de param tres telles qu utilis es dans le cas du mod le SHETRAN Ce palier de 5 mm est obtenu avec les valeurs de param tres conseill es par le mod le si l utilisateur ne les trouve pas appropri es il lui est possible d obtenir une volution de l interception presque similaire celle des autres mod les en diminuant la valeur de la capacit maximale de stockage par la canop e Cependant nous pouvons observer pour ce m me mod le l absence d impact du LAI d la valeur limite de celui ci En effet lorsqu il atteint une valeur sup rieure l unit SHETRAN utilise cette valeur unitaire dans ses calculs Newcastle University sd a RHESSys pr sente une insensibilit au param tre de fraction de vide de la canop e gf cela est d au fait que l quation utilis e comporte une fonction minimum ce qui la rend sensible soit l indice de couverture de la plante PAI soit la fraction de vide Pour une pluie de 5 mm l interception oscille entre 0 et 5 mm selon les mod les Les mod l
10. 032 120 145 Deraedt D Colinet G Claessens H et al Priestley C H B amp Taylor R J 1972 On the assessment of surface heat flux and evaporation using large scale parameters Mon Weather Rev 100 2 81 92 Radcliffe DE amp im nek J 2010 Soil physics with Hydrus modeling and applications Boca Raton FL USA CRC Press Taylor amp Francis Group Refsgaard J C amp Storm B 1995 MIKE SHE In Singh V P ed Computer models of watershed hydrology Highlands Ranch CO USA Water Resources Publications 809 846 SafeeqM amp FaresA 2012 Hydrologic effect of groundwater development in a small mountainous tropical watershed J Hydrol 428 429 51 67 Sahoo G B Ray C amp De Carlo E H 2006 Calibration and validation of a physically distributed hydrological model MIKE SHE to predict streamflow at high frequency in a flashy mountainous Hawaii stream J Hydrol 327 1 2 94 109 Schulla J 2012 Model Description WaSiM Water balance Simulation Model completely revised version 2012 Z rich Switzerland Hydrology Software Consulting Shuttleworth W J amp Wallace J S 1985 Evaporation from sparse crops an energy combination theory Q J R Meteorolog Soc 11 469 839 855 im nek J van Genuchten M T amp ejna M 2011 The HYDRUS Software package for simulating the two and three dimensional movement of water heat and multiple solutes in variably saturated media technical man
11. 4 Nasr A et al 2007 A comparison of SWAT HSPF and SHETRAN GOPC for modelling phosphorus export from three catchments in Ireland Water Res 41 5 1065 1073 Natkhin M et al 2012 Differentiating between climate effects and forest growth dynamics effects on decreasing groundwater recharge in a lowland region in Northeast Germany J Hydrol 448 245 254 Neitsch S L Arnold J G Kiniry JR amp Williams J R 2011 Soil and water assessment tool theoretical documentation version 2009 Technical report No 406 College Station TX USA Texas Water Resources Institute Newcastle University sd a SHETRAN Water Flow Component Equations and Algorithms Newcastle upon Tyne UK School of Civil Engineering and Geosciences Newcastle University http research ncl ac uk shetran water 20flow 20equations pdf 12 03 12 Newcastle University sd b SHETRAN Version 4 data requirements data processing and parameter values Newcastle upon Tyne UK School of Civil Engineering and Geosciences Newcastle University http research ncl ac uk shetran SHETRAN 20V4 20Data 20 Requirements pdf 16 03 12 Ooba M Wang Q Murakami S amp Kohata K 2010 Biogeochemical model BGC ES and its basin level application for evaluating ecosystem services under forest management practices Ecol Model 221 16 1979 1994 Penman H L 1948 Natural evaporation from open water bare soil and grass Proc R Soc London Ser A 193 1
12. 5 est conseill e La transpiration est d termin e par le type de sol Vhumidit du sol et par la relation entre le LAI et le rapport vapotranspiration r elle et potentielle L eau intercept e calcul e 4 chaque pas de temps est d duite du pr l vement racinaire Dans chaque horizon la distribution de l eau pr lev e d pend de la densit racinaire qui est fonction de la profondeur et de la densit apparente DHI Software 2007 Pour RHESSys la canop e tant divis e en plusieurs couches P ETP est calcul e pour chacune de ces couches avec l quation de Penman Monteith 1965 et un rayonnement net adapt a chacune d entre elles Le calcul inclut l vaporation de l eau intercept e la sublimation de la neige intercept e et la transpiration des couches vascularis es Pour ce dernier point le mod le distingue les composants expos s au soleil et ceux l ombre La transpiration totale est fonction de la dur e de la pluie du jour de la longueur du jour et de l vapotranspiration potentielle des feuilles expos es au soleil et de l ETP des feuilles l ombre et cela pour un d ficit de pression de vapeur nul et moyen Le mod le permet galement de calculer le pr l vement de nutriments par les arbres Tague et al 2004 Dans SHETRAN l vapotranspiration potentielle peut tre calcul e soit par la formule de Penman Monteith 1965 soit par des valeurs d ETP pr tablies partir de
13. SWAT pour des rapports LAT sue LAL pa LAD valant 0 50 et 100 des capacit s maximales de stockage can gales 1 et 2mm SWAT model for LAI ratio LAI equal to 0 50 and 100 and the maximum storage can is 1 and 2 mm h WaSiM pour un taux de couverture du sol de 0 9 des LAI de 0 3 et 6 et une capacit maximale de stockage hsi de 0 3 et 0 05 mm WaSiM with a vegetation coverage ratio of 0 9 LAI of 0 3 and 6 and the maximum storage capacity hsi of 0 3 and 0 05 mm Approches hydrologiques en milieux forestiers Elle d pend du rayonnement global incident et du LAI du couvert La quantit d eau transpir e est soustraite du r servoir symbolisant la r serve d eau utile du sol Celle ci est fonction du volume de sol prospect par les racines et des propri t s de r tention d eau du sol La transpiration est consid r e faible voire nulle lors d v nements pluvieux Aussenac et al 1979 Ehinger et al 2009 BROOK90 calcule la transpiration potentielle T partir de l ETP qui utilise la formule de Penman Monteith 1965 La diff renciation de l vaporation de l eau intercept e et de la transpiration potentielle se fait gr ce la m thode de Shuttleworth et Wallace 1985 La T d pend des potentiels hydriques du sol et des racines ainsi que de la r sistance au flux du xyl me Lorsque le potentiel hydrique des racines est sup rieur au potentiel hydrique d un horizon de sol le pr
14. USAITIIA SH Nd UH M IAd Ld SH d Wd Wd Wd Wd Ld H Wd Wd d d LA 1 SP MOI x x x x x x x x x uondoo lu IPNI ououtououd x x x x s rn r jur suorsu turq x x x x x neIoH X x x x x x x x x x J I pumor x x x Jonsusjy x x x jonuuy sdua op sed X X X X X o9sipereds x x sri eneds rmu x X X eqo D uonnqrnsiq MISEM LVMS NVALAHS S SSAHY AHS MIA SMP H OId4 WASHA 06HOON4 n nO fTI S DOIAI sanbt S119798187 S pouu pajaajas ay JO s211S14919D4DUO ay fo 2 qp KADUIUINS s uuono s Spot sop sanbnstigoe169 sap nbn ulu s nesqey T NUSIqUL 86 Biotechnol Agron Soc Environ 2014 18 1 83 96 sites l impact des pratiques culturales les effets du changement climatique etc Le mod le Mike SHE peut prendre les valeurs de pas de temps d sir es Refsgaard et al 1995 bien qu aucune publication concernant une simulation annuelle n ait t trouv e Il op re l chelle du bassin versant dont la taille peut d passer 8 104 km et n est pas sp cialis dans un cosyst me en particulier DHI Software 2007 2 7 RHESSys RHESSys Regional Hydro Ecologic Simulation System est un mod le semi distribu con u dans le but de simuler les flux de carbone d eau et de nutriments Tous ces processus sont d crits sur base physique Ce mod le provient de l assemblage de plusieurs autres mod les MTN Clim model pour les aspects de topographie et de m t orologie BIOME BGC pour les f
15. e de la profondeur maximale des racines et des PHU Elle peut tre affect e par des contraintes de temp rature de r sistance du sol l enracinement et de la concentration en aluminium changeable Williams 1995 Le mod le SWAT utilise un code diff rent pour les arbres L accroissement de biomasse est fonction de l ge de l arbre du nombre d ann es n cessaires pour atteindre la maturit et de la biomasse maximale maturit tandis que la hauteur de canop e est calcul e annuellement en fonction de l ge des arbres Ces r sultats n influencent ni le LAI qui suit les variations saisonni res impos es ni la profondeur d enracinement qui dans le cas des arbres reste constante tout au long de la simulation Neitsch et al 2011 Comparaison de l volution du LAI au fil des saisons Figure 3 Les trois mod les proposant un calcul du LAI BILJOU EPIC et SWAT sont compar s a la figure 3 Les valeurs utilis es pour le mod le BILJOU sont tir es de la litt rature tandis que celles des mod les EPIC et SWAT sont les valeurs propos es par les mod les pour le pin couvert mature La temp rature moyenne journali re est celle d Uccle Belgique 50 48 N 4 21 E en 2010 BILJOU propose une repr sentation de l volution du LAI au cours du temps relativement simple et lin aire Initialement d velopp s pour des cultures annuelles les mod les SWAT et EPIC pr voient la remise 0 du LAI a
16. ematical models of small watershed hydrology and applications Highlands Ranch CO USA Water Resources Publications 7 42 Williams J R 1995 The EPIC model In Singh V P ed Computer models of watershed hydrology Highlands Ranch CO USA Water Ressources Publications 909 1000 95 Zierl B Bugmann H amp Tague C L 2007 Water and carbon fluxes of European ecosystems an evaluation of the ecohydrological model RHESSys Hydrol Processes 21 24 3328 3339 51 r f 96 Biotechnol Agron Soc Environ 2014 18 1 83 96 Deraedt D Colinet G Claessens H et al Annexe 1 Formules de calcul de l vapotranspiration potentielle Hamon h 216 7 e ETP 0 1651 f 2 12 T 273 3 L Hargreaves ETP 0 0022 R JT T min T 17 8 Haude ETP k e 1 RH Penman c R A P Ce r ETP h _ A A y Penman Monteith H G A PX Cr F ET 4 tr Priestley Taylor a ETP 2 ti G A A y Wendling ETP RG 1 1 a 93 f 2 150 T 123 Hamon 1961 Hargreaves et al 1985 Haude 1955 Penman 1948 Monteith 1965 Priestley et al 1972 Wendling 1975
17. ent racinaire et la distribution des racines l effet du sous tage et la croissance des arbres Cette comparaison pourrait tre tendue d autres processus importants tels que les coulements lat raux les stress biotiques et abiotiques etc L interception est calcul e de mani re tr s diverse par les mod les mais hormis BILJOU les fonctions ont une allure similaire une progression lin aire suivie d un plateau Lors de la comparaison des quations d vapotranspiration utilis es par les diff rents mod les nous avons observ que la seule diff rence entre les formules de Wendling 1975 de Penman 1948 et de Priestley Taylor 1972 est un facteur multiplicatif La formule de Penman Monteith 1965 est assez proche de celle de Wendling L quation d Hamon pr sente quant a elle une plus faible amplitude de variation des valeurs d ETP simul es La distribution racinaire est consid r e dans certains mod les comme constante au sein d une m me couche de sol dans d autres mod les elle varie de mani re continue en fonction de la profondeur Le mod le Hydrus pr sente la particularit de la remplacer par la distribution du pr l vement dans le sol Le sous tage est rarement pris en compte dans les mod les Lorsque c est le cas il peut tre repr sent par une strate simple ou multiple dont un ou plusieurs param tres peuvent varier La croissance des arbres du point de vue de la bio
18. es BROOK90 et DHSVM calculent des interceptions plus faibles que les autres mod les Dans le cas de BROOK90 deux param tres CINTRL et CINTRS dont la valeur est impos e par le mod le provoquent la faible quantit de pluie intercept e Pour ce qui est de DHSVM cela est d la valeur du param tre de capacit de stockage maximum par unit de LAI propos e par le mod le Si cette valeur est tripl e nous obtenons un graphique dont l allure est similaire la majorit des mod les 3 2 L vapotranspiration et le pr l vement racinaire Tous les mod les sauf Hydrus se basent sur l vapotranspiration potentielle pour calculer la quantit d eau pr lev e par le syst me racinaire Une ou plusieurs formules de calcul de l ETP sont propos es selon le mod le la plus courante tant celle de Penman Monteith 1965 Deux mod les sur les dix s lectionn s pour cet article ne font pas du tout intervenir l effet de la distribution de la densit racinaire il s agit de BILJOU et de RHESSys Dans BILJOU la transpiration est fonction du LAI de la r serve en eau utile relative du sol et de l vapotranspiration potentielle ETP calcul e par la formule de Penman 1948 L vapotranspiration r elle ETR comprend une composante suppl mentaire repr sentant l vapotranspiration de la strate herbac e 88 Biotechnol Agron Soc Environ 2014 18 1 83 96 Deraedt D Colinet
19. ibilit l utilisateur de traiter un tage dominant et un sous tage mousse herbes etc L tage sup rieur peut couvrir l enti ret d une cellule unit ou une fraction de celle ci tandis que le sous tage couvre toujours l enti ret de la cellule unit La pr sence d un sous tage annule la possibilit d vaporation Wigmosta et al 2002 10 Penman Monteith Penman pe p Priestley Taylor Hargreaves I 8 Wendling Hamon a A 1 __ Haude g 1 y I ETP mm par jour 1 avril 11 avril 21 avril 1 mai 31 mai 21 mai Figure 2 Comparaison de l vapotranspiration simul e par les mod les s lectionn s Comparison of evapotranspiration simulated by the selected models Uccle 2010 Approches hydrologiques en milieux forestiers RHESSys offre la possibilit d introduire plusieurs essences simultan ment ainsi qu une couche de mousse Il divise la canop e en strates de LAI diff rents et le calcul de la transpiration et de la photosynth se se fait s quentiellement selon la hauteur de chacune d entre elles Les pr cipitations les radiations incidentes et le vent sont att nu s par ces couches selon leurs caract ristiques et la hauteur des arbres Tague et al 2004 WaSiM permet introduction de plusieurs couches de v g tation par l interm diaire de deux tables de donn es La premi re table reprend les valeurs des
20. ion du bilan hydrique des peuplements forestiers Rev For Fr XLVII 59 68 Granier A Br da N Biron P amp Villette S 1999 A lumped water balance model to evaluate duration and intensity of drought constraints in forest stands Ecol Model 116 2 3 269 283 94 Biotechnol Agron Soc Environ 2014 18 1 83 96 Hamon W R 1961 Estimating potential evapotranspiration J Hydraul Div Proc Am Soc Civ Eng 87 107 120 Hargreaves G L Hargreaves G H amp Riley J P 1985 Agricultural benefits for Senegal river basin J Irrig Drain Eng 111 2 113 124 Haude W 1955 Zur bestimmung der verdunstung auf m glichst einfache weise Mitt Dtsch Wetterdienstes 2 11 1 24 Hollander H M et al 2009 Comparative predictions of discharge from an artificial catchment Chicken Creek using sparse data Hydrol Earth Syst Sci 13 11 2069 2094 Holzel H R ssler O amp Diekkriiger B 2011 Grope in the Dark Hydrological modelling of the artificial Chicken Creek catchment without validation possibilities Phys Chem Earth 36 1 4 113 122 Jasper K Calanca P amp FuhrerJ 2006 Changes in summertime soil water patterns in complex terrain due to climatic change J Hydrol 327 3 4 550 563 Monteith J L 1965 Evaporation and the environment Jn Proceedings of the 19 Symposium of the Society for Experimental Biology 8 12 September 1964 Swansea UK Cambridge UK University Press 205 23
21. ironmental Policy Integrated Climate depuis 1996 est un mod le journalier global initialement d velopp pour tudier les effets 4 long terme de l rosion sur la productivit agricole Il a ensuite t tendu a toutes sortes de simulations li es l agriculture Il s agit d un mod le base physique Williams 1995 qui fonctionne l chelle de la parcelle Les valeurs des param tres d crivant les plantes et leur croissance sont disponibles dans le manuel d utilisateur du mod le SWAT qui quelques modifications pr s utilise le m me module de croissance des plantes Un total de 79 plantes est ainsi r pertori dont cinq esp ces ligneuses le pommier Malus domestica Borkh le pin Pinus sp le ch ne Quercus sp le peuplier Populus sp et le mesquite Prosopis glandulosa Torr La version EPIC1199 a t utilis e pour cet article 2 5 Hydrus Le mod le Hydrus permet la simulation des transferts d eau l aide des quations de Richards de chaleur et de solut s dans le sol au pas de temps d sir Ce mod le peut tre utilis en une deux ou trois dimensions et donc aussi bien a chelle d une colonne de sol du versant ou du bassin versant Il s agit d un mod le physique qui utilise la m thode des l ments finis Radcliffe et al 2010 im nek et al 2011 La taille des l ments simul s n est pas limit e si ce n est par le temps de calcul Bien qu il per
22. l quation de Penman 1948 et modifi es pour prendre en compte les conditions d humidit du sol Dans ce dernier cas il faut garder l esprit que ces valeurs sont syst matiquement sous estim es car elles sont calcul es pour un gazon de r f rence qui est moins haut et dont le LAI est plus faible que celui des arbres Newcastle University sd b L eau intercept e est vapor e et donc d duite de la quantit d eau pr lev e par les racines La r partition du pr l vement dans le sol se fait selon la densit racinaire de chaque couche Cette densit racinaire est fonction de la profondeur Bien que le mod le n y soit pas vraiment sensible 90 Biotechnol Agron Soc Environ 2014 18 1 83 96 Newcastle University sd a il propose des fonctions pr tablies de densit racinaire Pour calculer l ETP WaSiM utilise la formule de Penman Monteith 1965 de Wendling 1975 de Hamon 1961 ou de Haude 1955 Il est galement permis de calculer l vaporation d une surface d eau Le calcul de l ETR se fait ensuite soit avec l approche Topmodel ou soit avec l quation de Richards selon la version de WaSiM utilis e et est r duite par les stress hydrique et en oxyg ne lorsque le sol est saturation La quantit d eau pr lev e par les racines est diminu e du stock d eau intercept e L eau extraite par les racines est d duite au centre de chaque horizon de l humidit du sol en fo
23. l vapotranspiration potentielle et la plupart font intervenir la densit racinaire pour le calcul du pr l vement d eau dans le sol Le sous tage et la croissance des arbres sont rarement pris en compte Mots cl s Mod lisation environnementale couvert forestier hydrologie relation plante eau syst me racinaire transpiration Forest cover representation in hydrological modeling a comparison of ten models A review There are many hydrological models some of which can be used for forested environments This review aims to compare ten of these models BILJOU EPIC BROOK90 SWAT RHESSys MIKE SHE SHETRAN WaSiM ETH DHSVM and Hydrus in order to provide guidance in the choice of model The comparison of the models focuses on the following forest fluxes interception transpiration and root water uptake root distribution the understory effect tree growth and model validation The review underlines the fact that each model deals with forest fluxes in a different way Most of the models deal with interception in a similar way and root distribution is used in the process of root water uptake Understory and growth are seldom considered Keywords Environmental modelling forest cover hydrology plant water relations root systems transpiration 1 INTRODUCTION Les mod les hydrologiques forestiers se retrouvent plus que jamais au c ur de nombreuses tudes que ce soit dans la th matique de l adaptation des for ts aux changement
24. l vement est nul pour cet horizon Le sol est d coup en couches non n cessairement identiques aux horizons p dologiques et de densit racinaire connue Le pr l vement racinaire est r parti dans chaque couche Federer 2002 DHSVM calcule l vapotranspiration par la formule de Penman Monteith 1965 La quantit d eau totale pr lev e par les racines est d duite de la diff rence entre l ETP et l eau intercept e par la canop e Sa r partition dans les diff rentes couches de sol se fait selon la fonction de densit racinaire Pour chaque type de couvert la zone racinaire peut tre divis e en plusieurs couches La fraction de racines de l tage dominant et du sous tage est d termin e pour chaque horizon Wigmosta et al 2002 EPIC et SWAT pr sentent la transpiration des plantes comme une fonction de l vapotranspiration potentielle et du LAI ainsi que de l eau pr sente dans le sol Trois formules sont disponibles pour le calcul de l ETP Hargreaves 1985 Priestley Taylor 1972 et Penman Monteith 1965 L eau transpir e est retir e dans les diff rentes couches de sol suivant un param tre de distribution de pr l vement d eau Dans le cas des arbres le mod le estime que 50 du pr l vement d eau par les racines a lieu dans les 6 sup rieurs de la profondeur d enracinement des arbres et que celle ci est toujours gale la profondeur maximale de l esp ce consid r e I est
25. lity Hydrol Processes 20 5 1057 1073 Combalicer E A Cruz R V O Lee S amp ImS 2010 Assessing climate change impacts on water balance in the Mount Makiling forest Philippines J Earth Syst Sci 119 3 265 283 Dai Z et al 2010 Bi criteria evaluation of the MIKE SHE model for a forested watershed on the South Carolina coastal plain Hydrol Earth Syst Sci 14 6 1033 1046 DHI Software 2007 MIKE SHE User manual volumes 1 amp 2 User guide amp User manual H rsholm Denmark DHI Dun S et al 2009 Adapting the Water Erosion Prediction Project WEPP model for forest applications J Hydrol 366 1 4 46 54 Ehinger G Maurice D amp HeydtN 2009 Mod le de bilan hydrique forestier Champenoux France INRA UMR Ecologie et Ecophysiologie Foresti res https appgeodb nancy inra fr biljou index php p accueil 16 01 13 Elliott A H Oehler F Schmidt J amp Ekanayake J C 2012 Sediment modelling with fine temporal and spatial resolution for hilly catchment Hydrol Processes 26 24 3645 3660 Federer C A 2002 BROOK 90 a simulation model for evaporation soil water and streamflow http www ecoshift net brook brook90 htm 16 1 2013 Federer C A V r smarty C amp Fekete B 2003 Sensitivity of annual evaporation to soil and root properties in two models of contrasting complexity J Hydrometeorol 4 6 1276 1290 Granier A Badeau V amp Br da N 1995 Mod lisat
26. lux au sein du couvert ainsi que TOPMODEL et DHSVM pour l humidit du sol et le ruissellement RHESSys fonctionne au pas de temps horaire ou journalier et pour tous les environnements Sa repr sentation hi rarchique du paysage permet de mod liser l chelle du bassin versant du versant et de la parcelle Tague et al 2004 2 8 SHETRAN SHETRAN SHE TRANsport d rive lui aussi du SHE Il permet la mod lisation des flux d eau de solut s et de s diments Birkinshaw 2011 Il s agit d un mod le physique spatialement distribu Dans un premier temps d velopp pour simuler les bassins versants dans leur enti ret il permet maintenant de repr senter des parcelles pr sentant des limites avec flux d eau SHETRAN permet l utilisation du pas de temps d sir entre la minute et le jour Nasr et al 2007 et la simulation de tout type d environnement Le bassin est divis en l ments de base l ments de berge et canaux et utilise la m thode des diff rences finies 2 9 SWAT SWAT Soil Water Assessment Tool comporte diff rents modules provenant d autres mod les Ainsi le module de croissance des cultures a t d velopp partir du mod le EPIC pr c demment cit l volution des pesticides provient du mod le GLEAMS etc Le mod le SWAT op re l chelle journali re mais il est galement possible d obtenir les moyennes mensuelles ou annuelles des variables de sortie Neitsch e
27. masse est peu repr sent e dans les mod les contrairement aux variations de LAI qui sont syst matiquement prises en compte sauf pour Hydrus Nous pouvons remarquer que la description de ces ph nom nes est diff rente selon le mod le Le choix d un mod le ne peut tre fait en ignorant cette diversit Ainsi selon l importance donn e par l tude aux diff rents flux un mod le peut se trouver plus ad quat qu un autre ceci rappelle le caract re simplificateur de toute mod lisation Singh 1995 Par exemple pour la mod lisation de parcelles dont les essences sont multiples les mod les WaSiM et RHESSys semblent plus appropri s en raison de leur repr sentation de la canop e qui permet respectivement la simulation de combinaisons d essences dont les caract ristiques sont connues et de subdiviser la canop e en diff rentes couches de propri t s distinctes Approches hydrologiques en milieux forestiers Il a galement t mis en vidence que certains mod les avaient fait l objet de validations plus pouss es et plus nombreuses que d autres Il serait d s lors int ressant d tendre les validations toutes les sorties de ces mod les et de diversifier les milieux tudi s Dans le cadre d tudes qui requi rent un haut degr de pr cision du point de vue hydrologique Hydrus semble le plus ad quat bien que sa repr sentation des flux tudi s dans cet article pourrait tre am lior e T
28. mette la prise en compte de la v g tation il n est pas sp cialis dans ce domaine 2 6 Mike SHE Le mod le Mike SHE DHI Software 2007 provient du Syst me Hydrologique Europ en SHE Ce mod le physique spatialement distribu permet la simulation des flux d eau aussi bien en milieu humide qu en milieu semi aride ou aride Il couvre de nombreux domaines d application tels que le drainage l irrigation la gestion des ressources en eau la contamination de 85 Approches hydrologiques en milieux forestiers ASOOIPAY pOur JTS VM 19 ASOTOIpAY JOPOW IVMS gt NVALLAHS gt SASSAHA gt lt ASO OIpAU Jopow FHS AYIN gt lt ASO OIpPAU Popow snipAY gt yewo payersoqur Aod eyowUOIAUS OI gy YO 1ole no eo edur QrAn npo d uorso OI qy gt popou uorejos tos ASojoip u pomqnsip WASH gt lt 06MOOU gt NOLTIA gt splomday Sulu4o o f IYI YM ajajduioy JUNUUONAUT PUD JODASGD JVI s spq DIDP ay WOsf 108 SJUEAINS S9 9 SJOUI Sa IMAL ajajdwioy JuauuoMAUy 19 JODAISGD YD SOQUUOP ap saseq sop Ied Y snu qo 44 spney oH UOWEH UH Sur pu AA M HOUON UEUUSX Wd JopAR Aopsorig Ld SOAvAISIVH SH upuruod d aC LOC COOT OS lt OS lt OS ST ST gt OS ST OS lt OS lt OS ST OS ST ST gt anus suoyeorqnd op 31qutoN X x SOIGI SAP BDURSSIOID x x x x 988 J9 SN0S np PHA x x x x X X X X irpuroei UOTINGLYSIG X X X X X X X X X X OTTBUTORI JUS
29. nction de la densit racinaire de cet horizon Le mod le pr sente la densit racinaire comme d pendant de la profondeur de la profondeur d enracinement maximale et de la forme du syst me racinaire Lorsque les racines n atteignent pas le fond d une couche le point d extraction sera situ entre la limite sup rieure de la couche de sol et la profondeur maximale atteinte par les racines Si une couche de sol est trop s che et ne permet pas le pr l vement de la quantit d eau calcul e la couche suivante peut compenser ce manque jusqu a une certaine limite Schulla 2012 Comparaison des formules de calcul de l vapotranspiration potentielle Figure 2 Une comparaison des Ep simul es selon les diff rentes formules utilis es par les mod les s lectionn s est men e pour les mois d avril et mai 2010 partir des donn es IRM de la station m t orologique d Uccle Belgique 50 48 N 4 21 E H s agit des formules de Penman Monteith PM Penman P Priestley Taylor PT Hargreaves Hs Wendling W Hamon Hn et Haude He pr sent es en annexe 1 La figure 2 montre que les quations de P PT et W ont un comportement tr s similaire mis part un facteur multiplicatif La formule de PM est assez semblable a celle de W L amplitude Deraedt D Colinet G Claessens H et al de variation de l ETP est r duite avec l quation de Hs ceci est encore plus marqu pour celle d Hn Les
30. nnuellement Les deux mod les pr sentent une diminution du LAI diff rente SWAT utilise une formule d pendante de la temp rature contrairement a EPIC 4 CALIBRAGES ET VALIDATIONS DES MODELES Tous les mod les s lectionn s ont fait l objet de plusieurs validations Granier et al 1995 Bathurst et al 2004 Cao et al 2006 Jasper et al 2006 Sahoo et al 2006 Combalicer et al 2010 Dai 92 Biotechnol Agron Soc Environ 2014 18 1 83 96 10 8 6 BILJOU of 4 EPIC _ SWAT s 2 0 4 janv 31janv 1mars 1 avril 1 mai 1 juin 1 juillet 1 aout Deraedt D Colinet G Claessens H et al 31 aout oct 31oct 1d c 31 d c Figure 3 Comparaison de l volution du LAI du pin durant l ann e 2010 Comparison of pine LAI evolution during 2010 et al 2010 Wang et al 2011 Natkhin et al 2012 Safeeq et al 2012 van der Heijden et al 2013 La plupart du temps un calibrage a pr c d cette tape a l exception des validations dites en aveugle Bathurst et al 2004 Bien que valid s par plusieurs auteurs certains mod les comme BROOK90 et DHSVM n ont t v rifi s que pour le d bit Au contraire les mod les RHESSys SHETRAN et WaSiM ETH ont subi une validation multicrit re avec des param tres tels que la couverture neigeuse et les flux de carbone pour RHESSys Zierl et al 2007 le niveau de nappe le potentiel hydrique du sol et le transport de s diment
31. obal base physique permettant de prendre en compte les facteurs qui influencent les flux d eau tels que la croissance v g tale la biog ographie ou la fonte des neiges Il travaille l chelle de la parcelle et n est pas d di un type de milieu en particulier Les param tres d crivant les plantes et leur croissance sont fournis avec le mod le pour douze cosyst mes for t bor ale sempervirente parcelle cultiv e gazon court arbustes scl rophylles for t temp r e d cidue for t temp r e sempervirente prairie temp r e for t tropicale d cidue for t tropicale sempervirente savane tropicale toundra d sert Federer 2002 2 3 DHSVM DHSVM Distributed Hydrology Soil Vegetation Model est un mod le a base physique spatialement distribu permettant de nombreuses simulations Deraedt D Colinet G Claessens H et al de diff rents flux d eau et de leur r ponse la topographie et la v g tation prenant en compte le climat et lorsque cela est souhait son volution Il est par exemple possible de simuler l interception de la neige la fonte de la couverture neigeuse et l impact des routes sur les coulements d eau pour des bassins versants allant jusque plus de 104 km Il permet des simulations annuelles mensuelles ou journali res et est plus adapt aux milieux forestiers Wigmosta et al 2002 2 4 EPIC Le mod le EPIC Erosion Productivity Impact Calculator ou Env
32. od lisation sous couvert forestier et les flux pris en compte n cessitent une adaptation par rapport aux simulations sur sol nu ou agricole Dans cette publication la repr sentation de cing de ces ph nom nes sera d taill e l interception la transpiration et le pr l vement racinaire la distribution racinaire l effet du sous tage et la croissance des arbres 3 1 L interception L interception est prise en consid ration par neuf des dix mod les s lectionn s seul Hydrus n en tient pas compte Du point de vue du calcul de l interception l unique ressemblance entre les mod les except pour EPIC est l intervention d un indice de couverture de la canop e Il s agit de la fraction de vide dans la canop e pour le mod le RHESSys et du LAI Leaf Area Index pour les sept autres mod les Pour BILJOU l interception est fonction de l intensit de la pluie journali re et de la proportion de rayonnement intercept calcul e partir du LAI et d un coefficient d extinction Granier et al 1999 BROOK90 calcule l interception partir des pr cipitations journali res du LAI et du Stem Area Index SAT Federer 2002 Quatre autres param tres dont la valeur est d j fix e par le mod le sont n cessaires au calcul Il s agit de la fraction d eau Approches hydrologiques en milieux forestiers intercept e et de la capacit d interception maximale par unit de LAI et de SAT P
33. ol du LAI de l intensit de la pr cipitation du taux d vaporation de la quantit d eau n cessaire pour humidifier l enti ret des feuilles et de deux param tres d crivant la d charge du r servoir d interception Pour les for ts il est conseill de fixer la capacit de stockage maximale 5 mm m Newcastle University sd a Dans SWAT la capacit de stockage maximale de la canop e est d termin e pour chaque stade de d veloppement de la plante partir du rapport entre le LAI actuel et le LAI maximum de la quantit maximale d eau retenue par la canop e au LAI maximum dont la valeur est sens e tre connue et des pr cipitations journali res Neitsch et al 2011 WaSiM repr sente la capacit d interception par un r servoir qui d pend du LAT du degr de couverture de la v g tation et de la hauteur d eau maximale retenue par les feuilles Schulla 2012 Comparaison de l interception selon les diff rents mod les Figure 1a 1h Une comparaison de la simulation de l interception parles mod les s lectionn s est men e pour une pluviom trie allant de 0 15 mm une vapotranspiration nulle et un stock d interception initial nul Les autres param tres sp cifiques chaque mod le ont t fix s aux valeurs ou dans les gammes de valeurs pr conis es par le mod le BILJOU consid re 87 une interception totale de la pluie lorsque celle ci est inf rieure 1 mm pour
34. our DHSVM la capacit de stockage maximale d une cellule unit est fonction du LAI de la portion de sol couvert par la canop e et du rapport entre le stockage maximum et le LAI La fraction humide 1 fraction s che est fonction de la hauteur de pluie durant le pas de temps de la hauteur d eau d ja pr sente en d but de pas de temps et de la capacit de stockage maximale de la canop e de la cellule unit Wigmosta et al 2002 EPIC prend l interception en compte dans la m thode SCS par une constante nomm e terme d abstraction initiale qui regroupe toutes les pertes d eau pr c dant le ruissellement telles que l infiltration initiale le stockage de surface l interception etc Williams 1995 L interception dans Mike SHE est fonction du LAI de l intensit de la pluie et de la capacit d interception de la canop e qui d pend du type de couvert du stade de d veloppement de la densit du peuplement etc Refsgaard et al 1995 DHI Software 2007 Pour RHESSys l interception est calcul e comme tant le minimum entre la quantit d eau maximale intercept e qui d pend de la pluviom trie et de la fraction de vide et la quantit d eau que la canop e peut encore stocker qui est fonction du PAI Plant Area Index et de la capacit d interception sp cifique Tague et al 2004 Linterception de SHETRAN est fonction de la capacit de stockage maximale du taux de couverture du s
35. outefois lors de l utilisation de tels mod les il faut garder l esprit que si les valeurs de certains param tres doivent tre estim es avec une incertitude plus ou moins importante la pr cision finale de la simulation en est modifi e D autres mod les pourraient faire l objet d am liorations Par exemple les mod les SWAT et EPIC ont une repr sentation du LAI qui par d faut propose une perte totale du feuillage l automne et ce m me pour des conif res Dans le cas de SHETRAN une possible am lioration concerne la valeur seuil du LAI qui emp che notamment la variation de l interception lorsque l indice foliaire d passe ce seuil Liste des abr viations ETP vapoTranspiration Potentielle ETR vapoTranspiration R elle HRU Hydrological Response Unit Unit de r ponse hydrologique LAI Leaf Area Index Indice foliaire PAI Plant Area Index Indice de couverture de la plante PHU Potential Heat Unit Degr jours potentiels SAI Stem Area Index Indice de tige Bibliographie Aussenac G amp Granier A 1979 tude bioclimatique d une futaie feuillue de l Est de la France II tude de l humidit du sol et de l vapotranspiration r elle Ann Sci For 36 4 265 280 Band L E Patterson P Nemani R amp Running S W 1993 Forest ecosystem processes at the watershed scale incorporating hillslope hydrology Agric For Meteorol 63 1 2 93 126 Bathurst J
36. param tres de chacune des essences pr sentes la seconde table donne la combinaison d essences de chaque cellule du maillage Schulla 2012 3 4 La croissance des arbres La mod lisation de la croissance des arbres peut avoir deux buts distincts soit d crire la production de biomasse ou productivit utile pour le gestionnaire d une parcelle soit d crire l volution des caract ristiques du couvert au cours du temps influen ant la r ponse du mod le Tous les mod les except Hydrus permettent de tenir compte de la variation annuelle de LAI pour les for ts d cidues Les mod les BROOK90 DHSVM Mike SHE SHETRAN et WaSiM ne proposent pas de courbes d volution de LAI pr tablies c est l utilisateur d introduire les valeurs de LAI pour diverses dates BILJOU diff rencie les feuillus et les conif res Ces derniers conservent un LAI constant tout au long de l ann e Pour les feuillus BILJOU base sa courbe sur le LAI maximum les dates de d bourrement et de chute des feuilles Il impose un d lai de 30 jours pour atteindre le LAI maximal ainsi que pour la perte totale du feuillage EPIC propose un calcul du LAI proche des formules utilis es par SWAT pour les cultures Les variables utilis es pour ce calcul sont la temp rature moyenne journali re la temp rature de base pour la croissance de la plante les param tres de forme de la courbe LAI en fonction des PHU le LAI maximum de la plante
37. s pour SHETRAN Bathurst et al 2004 Elliott et al 2012 ou l humidit du sol pour SHETRAN et WaSiM Bathurst et al 2004 Jasper et al 2006 La plupart des mod les ont galement fait l objet de validation en milieu montagneux Cao et al 2006 Jasper et al 2006 Sahoo et al 2006 Safeeq et al 2012 A l exception d EPIC dont les seules validations trouv es se focalisent sur les milieux agricoles tous les autres mod les ont d j t valid s en milieu mixte milieu forestier urbain agricole etc Quelques mod les ont t valid s sur des parcelles ou des bassins versants enti rement bois s notamment BILJOU pour une ch naie et une pessi re Granier et al 1995 Mike SHE sur parcelle mixte feuillus r sineux Dai et al 2010 et RHESSys sous couvert d un m lange de conif res Band et al 1993 5 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES La mod lisation hydrologique en milieu forestier est au centre d un bon nombre de probl matiques actuelles changements climatiques rosions des sols etc Pour r pondre cette demande plusieurs mod les ont t d velopp s ou am lior s dans le but d int grer l impact de la for t sur l hydrologie des bassins versants L article a mis en vidence les diff rences de repr sentation des principaux processus hydrologiques qui caract risent le milieu forestier H s agit de l interception des pr cipitations l vapotranspiration le pr l vem
38. s climatiques Granier et al 1999 Tatarinov et al 2009 de l rosion des sols et du ruissellement Dun et al 2009 ou de l impact de la gestion de la for t sur le bilan hydrique Ooba et al 2010 Les tudes qui se basent sur des mod les pr existants sont toutes confront es la question du choix du mod le qui sera appliqu Bien souvent les raisons du choix d un mod le ne sont pas expliqu es il arrive r guli rement qu il s agisse de l application d un mod le d velopp par les auteurs Birkinshaw et al 2010 Brolsma et al 2010 La plupart du temps lorsqu une raison est invoqu e il s agit du fait que le mod le a donn de bons r sultats dans des tudes pr c dentes Bormann et al 2007 Holzel et al 2011 et dans de rares cas les auteurs justifient le choix par la prise en compte par le mod le d un type de processus essentiel l tude ou au site tudi Whitaker et al 2003 Ce dernier crit re devrait tre pr pond rant pour tous les utilisateurs de mod les Dans les faits des limitations viennent souvent s ajouter telles que la quantit et le type de donn es disponibles ou les ressources temps et budget disponibles L objectif de cet article est de proposer une information technique objective qui puisse servir 84 Biotechnol Agron Soc Environ 2014 18 1 83 96 de base pour la s lection d un mod le hydrologique prenant en compte le couvert forestier
39. t al 2011 Ce mod le a base physique semi distribu a t cr dans le but de simuler le rendement agricole et les flux d eau et de solut s sur le long terme Initialement d velopp pour les milieux agricoles il a t adapt de Deraedt D Colinet G Claessens H et al mani re pouvoir simuler les for ts Il utilise les unit s de r ponse hydrologique HRU comme discr tisation spatiale Aucune interaction n est possible entre les HRU d un m me sous bassin versant L eau de ruissellement de chaque HRU est transmise la nappe aquif re profonde stock e dans un r servoir ou encore transmise au chenal Hollander et al 2009 Le mod le a t con u afin de pouvoir repr senter des bassins versants de plus de 10000 km2 2 10 WaSiM Le mod le WaSiM WAter balance SImulation Model est la combinaison d un mod le physique distribu d taill et d un mod le requ rant peu de donn es Il est capable de simuler des bassins versants d une taille inf rieure 1 km jusqu plusieurs dizaines de milliers de kilom tres carr s pour des pas de temps allant de la minute plusieurs jours et pour toutes sortes de milieux Il est utilis pour la r alisation d tudes d impact environnemental la pr vision de ruissellement la recharge des nappes le transport de s diments etc Schulla 2012 3 ANALYSE DU MODE DE REPR SENTATION DES PROCESSUS HYDROLOGIQUES DU COUVERT FORESTIER La m
40. ual version 2 0 Prague Czech Republic PC Progress Singh V P 1995 Computer models of watershed hydrology Highlands Ranch CO USA Water Ressources Publications Tague C L amp Band L E 2004 Regional Hydro Ecologic Simulation System An object oriented approach to spatially distributed modeling of carbon water and nutrient cycling Earth Interact 8 19 1 42 Tatarinov F A amp Cienciala E 2009 Long term simulation of the effect of climate changes on the growth of main Central European forest tree species Ecol Model 220 21 3081 3088 van der HeijdenG et al 2013 Tracing and modeling preferential flow in a forest soil Potential impact on nutrient leaching Geoderma 195 196 12 22 Wang X C Li J Tahir M N amp De Hao M 2011 Validation of the EPIC model using a long term experimental data on the semi arid Loess Plateau of China Math Comput Modell 54 3 4 976 986 Wendling U 1975 Zur messung und sch tzung der potentielle verdunstung Ztg Meteorol 25 2 103 111 Whitaker A Alila Y Beckers J amp Toews D 2003 Application of the distributed hydrology soil vegetation model to Redfish Creek British Columbia model evaluation using internal catchment data Hydrol Processes 17 2 199 224 Wigmosta M S Nijssen B amp Storck P 2002 The distributed hydrology soil vegetation model In Approches hydrologiques en milieux forestiers Singh V P amp Frevert D K eds Math

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