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 :

où a_iest la superficie drainée en amont de la maille, et tgβ_ila 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 :

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