Assessment of surface water storage in the Amazon floodplains by hydrological modelling and earth observation data

Marie Parrens est co-autrice d'un article dans la revue Journal of Hydrology, avec des collègues chercheurs d'autres unités toulousaines sur une évaluation à l'échelle du bassin amazonien de la dynamique spatio-temporelle du stockage d'eau dans les plaines inondables du bassin sur la période 2000-2018.

Guilhen, J.; Fabre, C.; Parrens, M.; Sauvage, S.; Mercier, F.; et al. (2026) Assessment of surface water storage in the Amazon floodplains by hydrological modelling and earth observation data. Journal of Hydrology, 666, pp.134758. ⟨10.1016/j.jhydrol.2025.134758⟩

Abstract:

Inland surface waters in tropical regions are fundamental to global hydrological and biogeochemical cycles, yet the quantification of floodplain freshwater storage and its variability remains limited. This study provides a basin-wide assessment of the spatiotemporal dynamics of floodplain water storage in the Amazon Basin over the period 2000–2018. We developed an integrated framework combining in situ discharge measurements, multi-sensor remote sensing datasets, and process-based hydrological modelling to quantify daily floodplain hydrodynamics at high spatial resolution. Floodplain extent was derived from L-band passive microwave observations from Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) satellite, while water surface elevation was constrained using altimetry data (Jason-2/3 and Sentinel-3). The hydrological model (SWAF-FP), specifically improved to represent floodplain–river interactions, was calibrated at eight gauging stations and evaluated using approximately 4,000 altimetry-based floodplain water level records. Model performance demonstrated high skill, with a mean R² of 0.83 for discharge and R² > 0.62 for floodplain water surface elevation. The results indicate a mean annual surface water storage of 1800 ± 854 km³ across the Amazon Basin, with pronounced seasonal cycles and interannual stability at the basin scale. The Negro and Madeira sub-basins were identified as the dominant contributors to total floodplain storage, accounting for approximately 480 km³ (33.6 %) and 312 km³ (12.5 %), respectively. This study provides the first consistent long-term quantification of Amazonian floodplain water storage dynamics at daily resolution. The results emphasize the critical role of floodplains in regulating basin-scale hydrological fluxes and offer a robust observational–modeling framework for improving large-scale hydrological and Earth system models in tropical regions.

Résumé:

Les eaux de surface intérieures des régions tropicales jouent un rôle fondamental dans les cycles hydrologiques et biogéochimiques mondiaux, mais la quantification du stockage d'eau douce dans les plaines inondables et de sa variabilité reste limitée. Cette étude fournit une évaluation à l'échelle du bassin de la dynamique spatio-temporelle du stockage d'eau dans les plaines inondables du bassin amazonien sur la période 2000-2018. Nous avons développé un cadre intégré combinant des mesures de débit in situ, des ensembles de données de télédétection multicapteurs et une modélisation hydrologique basée sur les processus afin de quantifier l'hydrodynamique quotidienne des plaines inondables à haute résolution spatiale. L'étendue des plaines inondables a été dérivée des observations micro-ondes passives en bande L du satellite SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), tandis que l'élévation de la surface de l'eau a été contrainte à l'aide de données altimétriques (Jason-2/3 et Sentinel-3). Le modèle hydrologique (SWAF-FP), spécialement amélioré pour représenter les interactions entre les plaines inondables et les rivières, a été calibré dans huit stations de jaugeage et évalué à l'aide d'environ 4 000 enregistrements altimétriques du niveau d'eau des plaines inondables. Les performances du modèle se sont révélées très fiables, avec un R2 moyen de 0,83 pour le débit et un R2 > 0,62 pour l'élévation de la surface de l'eau des plaines inondables. Les résultats indiquent un stockage annuel moyen des eaux de surface de 1 800 +/- 854 km3 dans l'ensemble du bassin amazonien, avec des cycles saisonniers prononcés et une stabilité interannuelle à l'échelle du bassin. Les sous-bassins du Negro et du Madeira ont été identifiés comme les principaux contributeurs au stockage total des plaines inondables, représentant respectivement environ 480 km3 (33,6 %) et 312 km3 (12,5 %). Cette étude fournit la première quantification cohérente à long terme de la dynamique du stockage de l'eau dans les plaines inondables amazoniennes à une résolution quotidienne. Les résultats soulignent le rôle essentiel des plaines inondables dans la régulation des flux hydrologiques à l'échelle du bassin et offrent un cadre d'observation et de modélisation robuste pour améliorer les modèles hydrologiques et les modèles du système terrestre à grande échelle dans les régions tropicales.