Modéliser et analyser l'effet cumulé agro-hydrologique des retenues d'eau dans les bassins versants agricoles

In many regions of the world characterized by strong seasonal and interannual hydroclimatic variability, water reservoirs are considered as a solution to secure the water resource for its use in crop irrigation. However, the development and multiplication of reservoirs in an agricultural watershed can have significant cumulative effects, both on hydrology and other environmental components (geomorphology, ecology, etc.). Modeling is an approach to estimate and quantify these cumulative effects. The objective of this thesis was to develop and test a distributed agro-hydrological model that couples hydrology, crop development and farmers' decisions in a watershed with water reservoirs. This model, called MHYDAS-Small-Reservoirs, has the originality of explicitly representing the main elements of the watershed (plot, reach, reservoir, water table) and the hydrological and agronomic links between these elements. The model has been numerically and computationally verified. It has been applied and evaluated on a case study, the Gélon watershed, in France (20 km²).The model simulates satisfactorily the flows and the crop yields. In addition, the databases used to parameterize the model are mostly national, which would allow an application of the model to other watersheds.We analyzed the interest of the model to quantify and understand the cumulative effects of reservoirs on watershed hydrology and crop yields in a variety of configurations in terms of climate, reservoir density, and crop rotation. This analysis was carried out on the basis of theoretical situations in the Gélon watershed. The simulations show in particular the interest of the model to evaluate both local and cumulative effects, and the links between these effects. In addition, they allow us to identify a certain number of counter-intuitive results, to quantify them and to understand them. Finally, these simulations have demonstrated and explained local effects associated with reservoirs that were contrary to the effect of all reservoirs in the watershed.
Dans beaucoup de régions du monde marquées par une forte variabilité saisonnière et interannuelle hydroclimatique, les retenues d'eau sont considérées comme une solution pour sécuriser la ressource en eau en vue de son utilisation pour l'irrigation des cultures. Le développement et la multiplication des retenues dans un bassin versant agricole peuvent cependant avoir des effets cumulés importants, aussi bien sur l'hydrologie que d'autres composantes environnementales (géomorphologie, écologie…). La modélisation constitue une approche pour estimer et quantifier ces effets cumulés. Cette thèse avait pour objectif de développer et tester un modèle agro-hydrologique distribué qui couple hydrologie, développement des cultures et décisions des agriculteurs dans un bassin versant avec retenues d'eau. Ce modèle, appelé MHYDAS-Small-Reservoirs, a pour originalité de représenter explicitement les principaux éléments du bassin versant (parcelle, bief, retenue, nappe) et les liens hydrologiques et agronomiques entre ces éléments. Le modèle a été vérifié numériquement et informatiquement et a été appliqué et évalué sur un cas d'étude, le bassin versant du Gélon, France (20 km²). Le modèle simule de manière satisfaisante débits et rendements des cultures. En outre, les bases de données utilisées pour paramétrer le modèle sont pour la plupart nationales, ce qui permettrait d'appliquer le modèle à d'autres bassins versants.Nous avons analysé l'intérêt du modèle pour quantifier et comprendre les effets cumulés des retenues sur le fonctionnement hydrologique du bassin versant et sur les rendements des cultures dans une diversité de configurations en termes de climat, de densité de retenues et d'assolement. Cette analyse a été effectuée à partir de situations théoriques du bassin versant du Gélon. Les simulations montrent en particulier l'intérêt du modèle pour évaluer à la fois les effets locaux et les effets cumulés, et les liens entre ces effets. De plus, elles permettent d'identifier un certain nombre de résultats contre-intuitifs, de les quantifier et de les comprendre. Enfin, ces simulations ont permis de démontrer et d'expliquer des effets locaux associés aux retenues contraires à l'effet de l'ensemble des retenues sur le bassin versant.