Développement d'un modèle hydrologique de surface terrestre couplé et évaluation dans un observatoire de zone critique

Résumé Un modèle hydrologique de surface terrestre totalement couplé, Flux-PIHM, est développé en intégrant un schéma de surface terrestre dans le modèle hydrologique intégré de Penn State (PIHM). Le schéma de surface terrestre est adapté du modèle de surface terrestre Noah. Étant donné que PIHM est capable de simuler le flux d'eau latéral et les eaux souterraines profondes à des résolutions spatiales suffisantes pour résoudre les réseaux de rivières de montagne, Flux-PIHM peut représenter les hétérogénéités dues à la topographie et aux sols à haute résolution, y compris la structure spatiale dans le lien entre les eaux souterraines et le bilan énergétique de surface (SEB). Flux-PIHM a été mis en œuvre dans le bassin versant de Shale Hills (0,08 km2) dans le centre de la Pennsylvanie. Des observations multistatiques du débit, de la profondeur de la nappe phréatique, de l'humidité du sol, de la température du sol et des flux de chaleur sensible et latente en juin et juillet 2009 sont utilisées pour calibrer manuellement Flux-PIHM à une résolution temporelle horaire. Les prédictions du modèle du 1er mars au 1er décembre 2009 sont évaluées. Les prédictions hydrologiques et les prédictions de SEB montrent un bon accord avec les observations. Les comparaisons des prédictions du modèle entre Flux-PIHM et l'original PIHM montrent que l'inclusion de la simulation complexe de SEB n'apporte qu'une légère amélioration des prédictions de débit horaire du modèle. Flux-PIHM ajoute la capacité de simuler SEB à PIHM et améliore la prédiction de l'évapotranspiration horaire, de l'écoulement total (débit) et des prédictions de certains événements de débit de pointe, surtout après de longues périodes sèches. Les résultats du modèle révèlent que les flux de chaleur sensible et latente moyens annuels sont fortement corrélés à la profondeur de la nappe phréatique, et la corrélation est particulièrement forte pour les grilles du modèle près du ruisseau.