ISBA-TOP

TOPMODEL (TOPopgraphy based hydrological MODEL, Beven and Kirkby 1979) est un modèle hydrologique distribué. Il considère que la composante prépondérante dans la génération des crues est le ruissellement par excès de saturation. TOPMODEL utilise une information topographique détaillée pour déduire la distribution spatiale du contenu en eau au sein d’un bassin versant hydrologique.

Une version de TOPMODEL, appelée TOPODYN, a été adaptée au contexte des crues rapides en région Méditerranéenne. Les travaux de l’Observatoire Hydrométéorologique Méditerranéen Cévennes-Vivarais (http://www.lthe.hmg.inpg.fr/OHM-CV/) ont montré l’intérêt de coupler modèles de surface et modèles hydrologiques pour la simulation de ces crues particulières dévastatrices.

Aussi, en collaboration avec la communauté hydrologique, le CNRM-GAME a développé un couplage entre ISBA et TOPODYN. Il s’agit d’estimer la redistribution latérale de l’eau du sol effectuée par le module hydrologique dans le schéma de surface. Les échanges sol-atmosphère sont gérés par ISBA en particulier l’évaporation et l’infiltration de l’eau dans le sol. A partir de l’humidité du sol fournie par ISBA, TOPMODEL réalise des transferts latéraux de l’eau dans le sol à partir de l’information topographique. Les surfaces saturées et les nouvelles estimations de l’humidité du sol sont alors renvoyées à ISBA qui en déduit une valeur pour le ruissellement de sub-surface et le drainage profond. Le routage de ces deux composantes vers les exutoires permet la simulation de débits totaux.

Le système couplé ISBA-TOP est utilisé au CNRM pour la simulation et la prévision des crues rapides Méditeranéennes..Initialement, la version d’ISBA utilisée dans ISBA-TOP était ISBA-3L. ISBA-TOP était calibré pour plusieurs bassins méditerranéens.

Dans le cadre d’HyMex, ce modèle a tourné en temps réel pour la prévision de débits sur 4 bassins de la région Cévennes-Vivarais et 3 du département du Var. Des études de cas on été réalisées sur des bassins versants espagnols et italiens. Cette version est aussi utilisée par le service hydro-météorologique Bulgare, NIMH, pour la prévision opérationnelle des débits de la rivière Arda (Artinyan et al, 2016).
Depuis 2015, ISBA-DF peut être utilisé dans ISBA-TOP, ce qui permet d’éviter de devoir calibrer le modèle qui se trouve entièrement paramétré. Edouard et al, 2016 ont développé une version probabiliste d’ISBA-TOP qui prend en compte l’incertitude sur les paramètres et sur les conditions initiales. ISBA-TOP n’est pas utilisé que pour la prévision des débits mais simule aussi les phénomènes de ruissellement intenses tels que ceux qui provoquent la coupure des réseaux routier (Vincendon et al., 2016)

Références

Artinyan, E., Vincendon, B., Kroumova, K., Nedkov, N., Tsarev, P., Balabanova, S. and Koshinchanov, G. : Flood forecasting and alert system for Arda River basin, Journal of Hydrology, in press.

Beven K. and Kirkby M.J., 1979 : A physically based, variable contributing area model of basin hydrology. Hydrol. Sci. Bull., 24, 43-69.

Bouilloud, L., K. Chancibault, B. Vincendon, V. Ducrocq, F. Habets, G.-M. Saulnier, S. Anquetin, É. Martin, J. Noilhan, 2009 : Coupling the ISBA land surface model and the TOPMODEL hydrological model for Mediterranean flash-flood forecasting : Description, calibration and validation. Journal of Hydrometeorology, 11(2), 315-333

Edouard S., Vincendon B. and Ducrocq V : Taking hydrological uncertainty into account in flash flood forecasting, Journal of Hydrology, in preparation.

Pellarin T., G. Delrieu, G.M. Saulnier, H. Andrieu, B. Vignal and J.D. Creutin, 2002 : Hydrological visibility of weather radars operating in mountainous regions : case study for the Ardèche catchment, France, J. Hydrometeorol. 3 (5) , pp. 539–555.

Vincendon B., Ducrocq V., Saulnier G.M. ; Bouilloud L., Chancibault K., Habets F., Noilhan J., 2010 : Advantages of coupling the ISBA land surface model with a TOPMODEL hydrological model dedicated to Mediterranean flash floods, Journal of Hydrology, doi:10.1016/j.jhydrol.2010.04.012.

Vincendon B., Edouard S., Dewaele H., Ducrocq V., Lespinas F., Delrieu G., Anquetin S. : Modeling flash floods in southern France for road management purposes, Journal of Hydrology, under review.