A modelling experiment is used to examine different land-use scenarios ranging from extreme deforestation (31% forest cover) to pristine (95% forest cover) conditions and related Payment for Ecosystem Services (PES) schemes to assess whether a change in streamflow dynamics, discharge extremes and mean annual water balance of a 73.4-km 2 tropical headwater catchment in Costa Rica could be detected. A semi-distributed, conceptual rainfall-runoff model was adapted to conceptualize the empirically-based, dominant hydrological processes of the study area and was multi-criteria calibrated using different objective functions and empirical constraints on model simulations in a Monte Carlo framework to account for parameter uncertainty. The results suggest that land-use change had relatively little effect on the overall mean annual water yield (<3%). However, streamflow dynamics proved to be sensitive in terms of frequency, timing and magnitude of discharge extremes. For low flows and peak discharges of return periods greater than one year, land use had a minor influence on the runoff response. Below these thresholds (<1-year return period), forest cover potentially decreased runoff peaks and low flows by as much as 10%, and non-forest cover increased runoff peaks and low flows by up to 15%. The study demonstrated the potential for using hydrological modelling to help identify the impact of protection and reforestation efforts on ecosystem services.Key words ecosystem services; PES; hydrological modelling; tropics; Costa Rica; land-use change Modélisation des effets du changement de couvert végétal sur la dynamique des débits d'un bassin versant amont en forêt tropicale humide Résumé Cet article utilise une expérience de modélisation pour examiner différents scénarios d'occupation des sols allant de la déforestation extrême (couverture forestière à 31%) aux conditions d'origine (couverture forestière à 95%), et les schémas associés de Paiement pour les Services Ecosystémiques (PSE) afin de déterminer si un changement de dynamique de l'écoulement fluvial, des extrêmes de débit et du bilan hydrique annuel moyen, peut être détecté dans un bassin versant amont tropical de 73,4 km 2 au Costa Rica. Un modèle conceptuel pluiedébit semi-distribué a été adapté pour conceptualiser les processus hydrologiques dominants de la zone d'étude, déterminés de façon empirique. Il a été calé sur plusieurs critères, à l'aide de différentes fonctions objectif et de contraintes empiriques sur les simulations du modèle, dans le cadre d'une approche de Monte-Carlo pour tenir compte de l'incertitude sur les paramètres. Les résultats suggèrent que le changement d'occupation des sols a eu peu d'effet sur le rendement en eau annuel moyen (<3%). Toutefois, la dynamique des débits se montre sensible en termes de fréquence, de temporalité et d'ampleur des débits extrêmes. Pour les faibles débits et les débits de pointe de périodes de retour supérieures à un an, le changement d'utilisation des sols a eu une influence mineure sur la réponse en d...