TOPMODEL 

TOPMODEL (Beven et Kirkby, 1979; Franchini et al., 1996) est un ensemble de concepts correspondant à la production de ruissellement par la saturation des sols. Cette saturation est liée à l'infiltration locale et à l'existence de flux de sub-surface trouvant leur origine dans l'organisation spatiale des sols (structure du versant, profils verticaux des conductivités hydrauliques des sols…).

Le principal concept de TopModel est lié à l'indice topographique :

   image001

où aiest la superficie drainée en amont de la maille, et tgβila tangente de la pente de la maille. Cet indice topographique peut être calculé selon différents algorithmes (Quinn et al., 1991; Saulnier et al., 1997) dans MERCEDES (cf. calcul indice topographique). En fonction de cet indice topographique, on calcule l'état de saturation de chaque maille du bassin :

   image002

où z i désigne le déficit en eau sur la maille i, image003le déficit moyen en eau sur l'ensemble du bassin, et f un paramètre du modèle. La maille est saturée si zi<0, dans ce cas, le coefficient de ruissellement de la maille est égal à 1. Dans le cas contraire, zi>0, le coefficient de ruissellement de la maille est égal à 0. Ce formalisme provient de 3 hypothèses :

  • le profil vertical des conductivités hydrauliques à saturation des sols est donné par : image004
  • le toit de la nappe est parallèle à la surface
  • le régime d'écoulement de sub-surface est permanent

Initialement, TOPMODEL a été proposé pour un profil vertical de conductivités décroissant exponentiellement avec la profondeur. Ultérieurement, d'autres types de profils ont été proposés : profil à décroissance parabolique, profil à décroissance linéaire (Ambroise et al., 1996; Iorgulescu et Musy, 1997). Certaines de ces versions de TopModel ont été intégrées dans Mercedes :
TopModel – Profil de conductivité exponentiel
TopModel – Profil de conductivité uniforme

Références bibliographiques

Ambroise, B, Beven, K J, and Freer, J, 1996a. Towards a generalisation of the TOPMODEL concepts: topographic indices of hydrological similarity. Water Resour. Res., 32(7), 2135-2145

Ambroise, B, Freer, J and Beven, K, 1996b. Application of a generalised TOPMODEL to the small Ringelbach catchment, Vosges, France. Water Resour. Res., 32(7), 2147-2159

Beven, K J and Kirkby, M J. 1979 A physically based variable contributing area model of basin hydrology Hydrol. Sci. Bull., 24(1),43-69.

Franchini M., Wendling J., Obled C., Todini E., 1996. Physical interpretation and sensitivity analysis of the TOPMODEL. J. Hydrol., 175, 293-338

Iorgulescu, I and Musy A., 1997. Generalization of TOPMODEL for a power law transmissivity profile. Hydrol. Process., 11, 1353-1355.

Quinn, P F, Beven, K, Chevallier, P and Planchon, O. 1991 The Prediction of Hillslope Flow Paths for Distributed Hydrological Modelling Using Digital Terrain Models, Hydrological Processes,5;59-79.

Saulnier G.M., Beven K., Obled C., 1997. Digital elevation analizis for distributed hydrological modeling : reducing scale dependence in effective hydraulic conductivity values. Wat. Resour. Res., 33(9), 2097-2101