Date : 2025
Type : Livre / Book
Type : Thèse / ThesisLangue / Language : français / French
Langue / Language : anglais / English
Hydrologie des versants -- Plata, Río de la (estuaire) -- Modèles mathématiques
Hydrologie des versants -- Effets des barrages -- Plata, Río de la (estuaire)
Plaines inondables -- Plata, Río de la (estuaire)
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Résumé / Abstract : Le bassin versant de La Plata (LPB) est l'un des systèmes hydrologiques les plus vastes d'Amérique du Sud, couvrant environ 3,1 millions de km² et drainant un cinquième du continent. Il s'étend sur cinq pays : Brésil, Bolivie, Paraguay, Uruguay et Argentine, et regroupe trois principaux sous-bassins : le Paraná, le Paraguay et l'Uruguay. Ces fleuves jouent un rôle fondamental dans un écosystème riche en biodiversité et production. Cependant, leur fonctionnement hydrologique est soumis à de profondes modifications dues aux changements climatiques et aux activités humaines, notamment la régulation des barrages et la transformation des plaines inondables. Cette étude vise à améliorer la compréhension du régime hydrologique du bassin LPB, en mettant l'accent sur l'influence des régulations naturelles et anthropiques. Le modèle SWAT+ à base physique est utilisé pour simuler de manière détaillée le cycle hydrologique, la gestion des réservoirs et la connectivité entre les unités de paysage. Un module de débordement de bief a été intégré pour représenter le bassin versant du Paraguay, et une approche de type réservoir a été adoptée pour modéliser la rétention de l'eau issue des différents flux, provenant des zones élevées vers la plaine inondable. Le déversement des barrages est modélisé à l'aide des règles de gestion spécifiques intégrées dans SWAT+. Ces règles ont été identifiées grâce au GDROM, un outil basé sur les modèles de Markov cachés et les arbres de décision, qui permet de reconstituer les stratégies de gestion des barrages. Les résultats obtenus par GDROM sont ensuite intégrés dans SWAT+ pour simuler les déversements des barrages et leur impact sur le régime hydrologique du bassin. Dans le bassin versant du Paraguay, la plaine du Pantanal joue un rôle clé dans la régulation des crues. Pendant la période de simulation, de 1990 à 2020, environ 61% des eaux de surface ont transité par cette vaste plaine avant d'atteindre l'exutoire, soit deux fois plus que dans le bassin amazonien. Le stockage maximal de l'eau se produit entre janvier et avril, tandis que la plaine est presque asséchée entre octobre et décembre. Des goulots d'étranglement au nord et au sud ralentissent l'onde de crue, affectant l'hydrologie du fleuve. Dans le fleuve Paraná, la présence de barrages modifie l'amplitude des débits : ils atténuent les crues et augmentent les débits pendant la saison sèche. L'analyse de la gestion des barrages montre que les déversements sont fortement influencés par les précipitations saisonnières et des événements climatiques tels que l'ENSO. Toutefois, les pratiques de gestion restent relativement constantes en hiver austral. L'analyse de Mann-Kendall révèle une baisse significative du rendement de l'eau dans le bassin du Paraná entre 2003 et 2020. L'évaluation des contributions hydrologiques des sous-bassins montre que les fleuves Uruguay et Iguazu fournissent les apports en eau les plus importants, respectivement 55 et 54 mm/mois en moyenne inter-annuelle, tandis que celui du Paraguay est plus faible, à environ 13.05 mm/mois. Le Paraná, quant à lui, atteint sa contribution maximale de 47.09 mm/mois entre janvier et avril, avant de diminuer progressivement jusqu'en novembre. Un scénario sans barrages révèle une variabilité accrue des débits à l'exutoire du Paraná, intensifiant à la fois les crues en saison humide (+7,85%) et les sécheresses en saison sèche (-23,29%) par rapport au scénario avec barrages. Les résultats soulignent l'importance des plaines inondables et des barrages dans la régulation hydrologique du bassin de La Plata. Ils mettent également en évidence la nécessité d'une gestion adaptative des ressources en eau, afin de faire face aux défis posés par les changements climatiques et à l'intensification des activités humaines dans la région.
Résumé / Abstract : The La Plata Basin (LPB) is one of the largest hydrological systems in South America, covering approximately 3.1 million km² and draining one-fifth of the continent. It spans five countries: Brazil, Bolivia, Paraguay, Uruguay, and Argentina, and includes three main sub-basins: Paraná, Paraguay, and Uruguay. These rivers play a crucial role in one of the most biodiverse and productives ecosystems in the world. However, the hydrological functioning of the LPB is subject to significant changes due to climate change and human activities, particularly dam regulation and the alteration of floodplains. This study aims to improve the understanding of the hydrological regime of the LPB by focusing on the influence of both natural and anthropogenic regulation systems. The physical-based SWAT+ model is used to simulate the hydrological cycle, reservoir management, and connectivity between landscape units in detail. An overbank module was developed to represent the Paraguay sub-basin, and a reservoir-type approach was adopted to model water retention from various flows coming from the uplands to the floodplain. The representation of dam operations are modeled using the decision rules specific to each dam. These rules were identified using the GDROM, a tool based on hidden Markov models and decision trees that reconstructs dam management operations. The results obtained from GDROM were then integrated into SWAT+ to simulate dam spillovers and their impact on the hydrological regime of the basin. In the Paraguay sub-basin, the Pantanal plays a key role in regulating floods. During the simulation period from 1990 to 2020, approximately 61% of surface water flowed through this vast floodplain before reaching the outlet, twice as much as in the Amazon Basin. Maximum water storage occurs between January and April, while the floodplain is almost dry between October and December. Bottlenecks in the north and south slow down the flood wave, affecting the river's hydrology. In the Parana River, the presence of dams alters the amplitude of the flows, attenuating floods and increasing discharges during the dry season. The analysis of dam management shows that spillovers are strongly influenced by seasonal precipitation and climatic events such as ENSO. The Mann-Kendall test reveals a significant decrease in water yield in the Parana Basin between 2003 and 2020. The hydrological contributions of the major sub-basins show that the Uruguay and Iguazu Rivers provide the highest water contributions, averaging 55 and 54 mm/month, respectively, while the Paraguay River contribution is lower, around 13.05 mm/month. The Parana River reaches its maximum contribution of 47.09 mm/month between January and April, gradually decreasing until November. A scenario without dams reveals increased variability of flows at the Parana outlet, intensifying both floods in the wet season (+7.85%) and droughts in the dry season (-23.29%) compared to the scenario with dams. The results highlight the importance of floodplains and dams in the hydrological regulation of the La Plata Basin. They emphasize the need for adaptive water resource management to address the challenges posed by climate change and increasing human activities. The protection of the Pantanal wetlands emerges as a fundamental lever for preserving the basin's hydrological resilience. These findings provide a crucial scientific basis for guiding future sustainable management strategies for the LPB and anticipating the impacts of environmental changes on water resource availability.