Contribution to Hydrogeodesy
Contribution à l'Hydrogéodesie
Résumé
The redistribution of water masses on the earth crust induces a measurable contribution to ground geodesy observations. This fact may be approached from two points of view that underline the interest of coupling hydrology and geodesy. On the one hand, when looking for delicate internal processes, the contribution of hydrological noise should be accounted for in geodetic time-series. On the other hand, as geodesy is sensitive to water storage variations, it could thus become a tool to provide additional information for a better understanding of hydrological processes. We propose a methodology to physically model the hydrological contribution to geodetic observations, based on a 3-step approach : 1) Determine the deformation process and control the mechanical (or dynamical) behavior with respect to the instrument ; 2) Calculate the amount of water in the hydrological unit by using hydrological models that are adapted to the spatial sensitivity of the instrument ; and 3) Evaluate the position of water masses. Two test sites located in the east of France are considered : a 108-km2
catchment in the Vosges Moutains hosting a 100-m long hydrostatic tiltmeter and a loess hill near Strasbourg hosting a superconducting gravimeter. The good agreement between geodetic measurements and hydrological modeling enable to validate the proposed methodology but also underline a major difficulty : all environmental signals are correlated and they mix in geodetic measurements, especially at annual time scales. As a consequence, modeling the effect of all environmental signals is a necessary step to turn geodetic instruments into hydrological tools
catchment in the Vosges Moutains hosting a 100-m long hydrostatic tiltmeter and a loess hill near Strasbourg hosting a superconducting gravimeter. The good agreement between geodetic measurements and hydrological modeling enable to validate the proposed methodology but also underline a major difficulty : all environmental signals are correlated and they mix in geodetic measurements, especially at annual time scales. As a consequence, modeling the effect of all environmental signals is a necessary step to turn geodetic instruments into hydrological tools
La redistribution des masses d'eau à la surface des continents génère une déformation de la croûte terrestre mesurable par les instruments géodésiques actuels. Cette observation peut être interprétée de deux manières, suivant le point de vue porté à ce couplage entre hydrologie et géodésie. Pour les géodésiens, cette contribution hydrologique est considérée comme un bruit de surface qui masque les signaux ténus d'origine interne et d'intérêt géodynamique. Pour les hydrologues, les instruments géodésiques sont sensibles aux variations de masse d'eau au sein d'une unité hydrologique et permettraient d'apporter des informations complémentaires pour le suivi du bilan hydrologique et ainsi de mieux comprendre les processus de redistribution d'eau. Ce travail prend le parti de considérer ces deux points de vue pour traiter le couplage entre hydrologie et géodésie. La méthodologie retenue est basée sur le principe de modélisation physique qui permet à ce que chaque discipline puisse profiter des informations fournies par l'autre. Trois points sont à traiter en particulier : i) appréhender les différents processus de déformation mécanique forcés par l'hydrologie, ii) mesurer ou modéliser la quantité d'eau stockée dans l'unité hydrologique représentative de l'échelle spatiale de sensibilité de l'instrument géodésique considéré. Cette étape est primordiale puisque la qualité du forçage hydrologique dépend du réalisme des processus de redistribution, iii) distribuer spatialement cette lame d'eau. Le gravimètre supraconducteur de l'observatoire de Strasbourg et les inclinomètres hydrostatiques longue-base de Sainte-Croix-aux-Mines, instruments géodésiques parmi les plus sensibles, serviront de données test pour valider les outils de modélisation présentés dans ce travail. Le bon accord entre les modélisations et les observations permet de valider la méthodologie adoptée, mais montre également une limite importante : l'ensemble des signaux environnementaux, corrélés, se mélangent dans les données géodésiques. Ainsi, une modélisation de l'ensemble des déformations induites par l'environnement est une étape préalable à l'utilisation des instruments géodésiques comme outils pour l'hydrologie.
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