Monthly water balance modeling and evaluation of climate change impacts over Peruvian Amazonas basin
Modélisation du bilan hydrique à pas de temps mensuel pour l'évaluation de l'impact du changement climatique dans le bassin Amazonien du Pérou.
Résumé
The researches developed during this study gives answers about three important questions: What are the annual and seasonal cycles, as well as interannual and intra-seasonal variability in the medium and long term hydrological cycle over the basins of Huallaga and Ucayali rivers? What are the water resources available in the basins of Huallaga and Ucayali rivers? What is the impact of the climate change on the hydrological cycle of Huallaga and Ucayali rivers? First, we describe the main features of the basins of Huallaga and Ucayali rivers, as well as the hydrological database used an we put in evidence a warming in our zone of study (estimated at +0.09°C per decade). Moreover, the ruptures observed in the series of average temperature at the end of the Seventies are in accordance with the sequences of “El Niño”. We showed a negative correlation between the temperatures and the index of the Pacific (Southern Oscillation Index, SOI). On the other hand, no tendency is highlighted in the precipitation series. Nevertheless, approximately 10% of the stations in our area of study present significant ruptures during the 1991-2000 decade. Then, the production of water resources in the basins of Huallaga and Ucayali rivers is evaluated over 7 sub-basins: 6 located in the Ucayali basin and one located in the Huallaga basin. To quantify water resources, we use two hydrological models at monthly step (GR2M and MWB3). The use of water holding capacity data of FAO soils (maximum, mean and minimum) as input of the hydrological models, contributed to propose physical interpretations to these models. The optimal parameters obtained by calibration procedure reproduce reasonably well the flow observed in the selected basins. The impacts of climate change on hydrology were evaluated using as climatic data the outputs of the IPCC models (BCM2, CSMK3 and MIHR), corresponding to the scenarios A1B and B1. The annual flows simulated in the 2008-2099 period suggest that the impacts of climate change on hydrology vary with the basin, the hydrological model chosen, and the scenario: The Requena sub-basin is characterized by an increase (respectively a reduction) of flow using GR2M model (respectively MWB3) considering the A1B and B1 scenarios. The Chazuta, Maldonadillo and Pisac basins exhibit flows decreasing while the basins of Puerto Inca, Tambo and Mejorada show flows increasing. The changes simulated in monthly flows over the 2008-2099 period suggest an increase for all the sub-basins, except the Pisac basin. July, August and September are in general the months characterized by the most marked changes, with an increase in flows for Requena, Chazuta, Puerto Inca, Maldonadillo and Tambo basins.
Les recherches entreprises au cours de la présente thèse s'intéressent à répondre aux questions suivantes: Quels sont les cycles annuels et saisonniers, ainsi que la variabilité interannuelle et intra-saisonnière à moyen et long terme, des principales composantes du cycle hydrologique sur les bassins des rios Huallaga et Ucayali ? Quelles sont les réserves disponibles en eau sur les bassins des rios Huallaga et Ucayali ? Quel est l'impact du changement climatique sur l'hydrologie des rios Huallaga et Ucayali ? En premier lieu, nous décrivons les principales caractéristiques des bassins des rios Ucayali et Huallaga, ainsi que la base de données utilisée. Nous avons ainsi mis en évidence le réchauffement sur notre zone d'étude (estimé à +0.09°C par décade). De plus, les ruptures observées sur les séries de température moyenne à la fin des années 70 concordent avec les séquences d'événements de type « El Niño ». Nous avons aussi démontré une corrélation négative entre les températures et l'indice du Pacifique (Indice d'Oscillation du Sud, IOS). Par contre, aucune tendance n'est mise en évidence dans les séries de précipitation. Néanmoins, environ 10% des stations de notre région d'étude présentent des ruptures significatives dans la période 1991-2000. La production des ressources en eau sur les bassins des rios Ucayali et Huallaga est évaluée pour 7 sous-bassins : 6 situés dans le bassin de l'Ucayali et un situé dans le basin du Huallaga. Pour quantifier ces ressources en eau, nous utilisons deux modèles hydrologiques au pas de temps mensuel (GR2M et MWB3). L'utilisation des données de capacité de rétention en eau des sols (maximum, moyenne et minimum) de la FAO, comme valeurs d'entrée dans les modèles hydrologiques, a contribué à rendre plus physique ces modèles. Les paramètres optimaux obtenus par calibration reproduisent raisonnablement bien l'écoulement observé à l'exutoire des bassins sélectionnés. L'impact des changements climatiques sur l'hydrologie ont été évalué en utilisant comme données climatiques les sorties des modèles de l'IPCC (BCM2, CSMK3 et MIHR), correspondant aux scénarios A1B et B1. Les écoulements annuels simulés sur la période 2008-2099 suggèrent que les impacts du changement climatique sur l'hydrologie varient avec le bassin, le modèle hydrologique choisi, et le scénario: Le sous-basin Requena est caractérisé par une augmentation (respectivement une diminution) d'écoulement en utilisant les modèles GR2M (respectivement MWB3) en considérant les scénarios A1B et B. Les bassins de Chazuta, Maldonadillo et Pisac voient leurs débits diminuer tandis que les bassins de Puerto Inca, Tambo et Mejorada voient leurs débits augmenter. Les changements simulés dans les écoulements mensuels sur la période 2008-2099 suggèrent une augmentation pour tous les sous-bassins, excepté le bassin de Pisac. Juillet, Août et Septembre sont en général les mois caractérisés par les changements les plus marqués, avec une augmentation des débits pour les bassins de Requena, Chazuta, Puerto Inca, Maldonadillo et Tambo.