Issue
Agronomie
Volume 22, Number 2, March 2002
Parameter estimation for crop models
Page(s) 217 - 228
DOI http://dx.doi.org/10.1051/agro:2002001


Agronomie 22 (2002) 217-228
DOI: 10.1051/agro:2002001

Parameterisation of hydrological models: a review and lessons learned from studies of an agricultural catchment (Naizin, France)

Patrick Duranda, Chantal Gascuel-Odouxa and Marie-Odile Cordierb

a  INRA, Unité Sol et Agronomie de Rennes-Quimper, 65 route de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France
b  IRISA-INRIA, Université Rennes 1, Campus de Beaulieu, 35042 Rennes Cedex, France

(Received 6 February 2001; revised 14 November 2001; accepted 27 November 2001)

Abstract
This paper aims to present, primarily to non-hydrologists, the problems of parameterisation in hydrological modelling, and the attempts made to solve them. First, the main approaches used in hydrological modelling are presented, with special emphasis given to the number of parameters required and their physical meaning. The semi-distributed models, based on simplified physical laws and a functional spatial description of the catchment, to limit the parameter set, are taken as an illustration of the problems of parameterisation in hydrology, through studies performed on a cultivated catchment in Brittany (Western France). These studies showed: (i) the effect of spatial and temporal resolution on the parameter values and their physical meaning; (ii) the fact that many different parameter sets can produce equally acceptable discharge predictions, and (iii) the interest of a Bayesian approach to incorporating additional information in the calibration process. As a perspective, exploration of other modelling approaches is suggested to look for new solutions to the parameterisation problem, putting emphasis on the modularity of the models and on the qualitative approach.

Résumé
La paramétrisation des modèles en hydrologie : synthèse et enseignements tirés de l'étude d'un bassin versant agricole (Naizin, France). Cet article, destiné surtout aux non hydrologues, présente les problèmes posés par la paramétrisation des modèles hydrologiques et les réponses apportées. Les principales approches de modélisation hydrologique sont décrites, essentiellement sous l'angle du nombre de paramètres considérés et de leur sens physique. Les modèles semi-distribués, basés sur une simplification des lois physiques et des schémas de spatialisation du bassin versant, pour restreindre le jeu de paramètres, sont utilisés pour illustrer le problème de la paramétrisation des modèles en hydrologie, à partir des travaux menés sur le bassin versant de recherche de Naizin (Morbihan, France). Nous montrons ainsi : (1) l'incidence de la résolution spatiale et temporelle sur la valeur des paramètres et leur sens physique ; (2) la non-unicité du jeu de paramètres permettant une prédiction acceptable des débits ; (3) l'intérêt de l'approche bayésienne pour mieux contraindre les jeux de paramètres et formaliser la pluralité des jeux de paramètres possibles. D'autres approches de modélisation s'affranchissant partiellement du problème de paramétrisation sont esquissées, basées sur : (1) une architecture plus modulaire des modèles, permettant une identification des paramètres découplée du modèle ; (2) une approche qualitative de la modélisation, raisonnant l'accessibilité des paramètres, l'usage et la transparence du modèle.


Key words: modelling / simulation / calibration / parameter / hydrology

Mots clés : modélisation / simulation / calibration / paramétrisation / hydrologie

Correspondence and reprints: Patrick Durand
    e-mail: durand@roazhon.inra.fr

Communicated by Daniel Wallach (Castanet-Tolosan, France)



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