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Two-way calibration-validation of SWAT model for a small prairie watershed with short observed record

Rahbeh, M., Chanasyk, D.S., et Miller, J.J. (2011). « Two-way calibration-validation of SWAT model for a small prairie watershed with short observed record. », Canadian Water Resources Journal, 36(3), p. 247-270. doi : 10.4296/cwrj3603884  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Le modèle « Soil and Water Assessment Tool » (SWAT) (outil d’évaluation de l’eau et du sol) a été étalonné pour un petit bassin hydrographique caractérisé par une irrigation à grande échelle, un faible ruissellement et une courte période d’enregistrements (de 2004 à 2007) dans la région semi-aride des Prairies canadiennes. Le bassin est situé sur un segment d’une rivière. L’écoulement net entre l’amont (entrée d’eau) et l’aval (sortie d’eau) du tronèon représente seulement une fraction de l’écoulement fluvial à l’exutoire. Ce type de bassin hydrographique fait rarement l’objet d’études et diffère en général des bassins à exutoire unique « en forme de poire » dont fait état la documentation SWAT. Les objectifs de la présente étude consistaient d’une part à déterminer si le modèle SWAT pouvait être étalonné et validé pour ce bassin hydrographique unique à l’aide de méthodes d’étalonnage et de validation unilatérales et bilatérales et, d’autre part, à déterminer l’effet de l’enregistrement de la variabilité climatique sur les paramètres étalonnés et validés. Pour étudier l’effet d’un enregistrement de variables climatiques sur les paramètres étalonnés pour ce bassin hydrographique, un plan d’étalonnage et de vérification bilatéral qui impliquait deux scénarios a été utilisé. Le scénario 1 prévoyait l’étalonnage des données de précipitations moyennes de 2004 et de précipitations supérieures à la moyenne de 2005 et la validation des données de précipitations inférieures à la moyenne de 2006 et de 2007. Dans le cas du scénario 2, les périodes d’étalonnage et de validation ont été inversées. Un troisième scénario consistait à utiliser la période de 2004 à 2006 pour l’étalonnage et à réserver les données de 2007 à des fins de validation. Les critères objectifs qui ont servi à évaluer le rendement du modèle englobaient la décomposition de l’écart-type en une erreur systématique et en une erreur non-systématique, le coefficient d’efficience de Nash et Sutcliffe (CE) et le coefficient de détermination (R2), car le modèle correspond le mieux aux fonctions objectives. Les résultats de l’étalonnage ont été satisfaisants dans le cas des scénarios 1 et 3. L’étalonnage du scénario 2 et les résultats de la validation pour l’ensemble des trois scénarios ont été jugés insatisfaisants. Les critères objectifs calculés séparément pour chaque année dans les enregistrements d’étalonnage ont révélé que les résultats de l’étalonnage se sont avérés satisfaisants pour 2005 uniquement, la seule année humide de l’enregistrement au cours de laquelle des précipitations supérieures à la moyenne avaient été observées. Donc, la saison humide de 2005 est le principal facteur ayant influé sur les paramètres étalonnés. Par conséquent, l’étalonnage du modèle SWAT en fonction d’un enregistrement mixte de conditions humides et sèches reflètera les processus hydrologiques dominants pendant les périodes humides plutôt que ceux observés pendant les périodes sèches. Bien que nous en arrivions à la conclusion que le modèle SWAT n’a pas pu être validé avec succès dans le cas de ce bassin hydrographique unique, il se pourrait qu’un enregistrement plus long se traduise par un étalonnage et une validation couronnés de succès.

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