CONTRIBUTION A UNE MODELISATION HYDROLOGIQUE A BASE PHYSIQUE EN MILIEU URBAIN PDF Download
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Author: Emmanuel Berthier
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Languages : fr
Pages : 196
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Book Description
LES ETUDES HYDROLOGIQUES EN MILIEU URBAIN ONT JUSQU'A PRESENT ETE CENTREES SUR LA PREVISION DU DEBIT LORS D'EVENEMENTS PLUVIEUX IMPORTANTS. ON NE DISPOSE AINSI QUE D'UNE VUE PARTIELLE DU COMPORTEMENT D'UN BASSIN VERSANT URBAIN. CE COMPORTEMENT APPARAIT COMME VARIABLE D'UN EVENEMENT PLUVIEUX A L'AUTRE, VARIABILITE QUI RESTE EN PARTIE MECONNUE ET QUE LES MODELES ACTUELS ONT DU MAL A REPRODUIRE. L'OBJECTIF DE NOTRE TRAVAIL EST DE REDUIRE CETTE MECONNAISSANCE EN MODELISANT DE FACON DETAILLEE LES DIFFERENTS FLUX D'EAU ECHANGES EN MILIEU URBAIN. DANS UNE PREMIERE PARTIE, L'ELABORATION DU MODELE EST DECRITE. IL EST BASE SUR UNE SCHEMATISATION BIDIMENSIONNELLE DU MILIEU URBAIN A L'ECHELLE D'UNE PARCELLE CADASTRALE. LES LOIS ET PROCESSUS PHYSIQUES GERANT LE COMPORTEMENT DU SYSTEME SONT RESOLUS A L'AIDE D'UN CODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS. DANS UNE DEUXIEME PARTIE, L'EVALUATION DU MODELE QUI CONCERNE DIFFERENTES GRANDEURS HYDROLOGIQUES EST EFFECTUEE SUR UN PETIT BASSIN VERSANT PERIURBAIN. LE TRAVAIL INTEGRE LE TRAITEMENT DES DONNEES DU SITE DE REZE SE CARACTERISANT PAR UNE ACQUISITION EN CONTINU, SUR LE LONG TERME, DE PLUSIEURS GRANDEURS HYDROLOGIQUES. LA BASE DE DONNEES AINSI CONSTITUEE PRESENTE UN INTERET CERTAIN POUR LA COMMUNAUTE SCIENTIFIQUE. LA MODELISATION A BASE PHYSIQUE ENTREPRISE A PERMIS DE PRENDRE EN COMPTE L'HETEROGENEITE DU MILIEU URBAIN ET DE GERER DES CONDITIONS AUX LIMITES FORTEMENT VARIABLES. UN CONTROLE CONTINU A MONTRE QUE LE MODELE NUMERIQUE INTEGRAIT CORRECTEMENT CES DIFFICULTES. DES INFORMATIONS ONT ETE OBTENUES SUR LE COMPORTEMENT HYDROLOGIQUE DU BASSIN VERSANT ETUDIE : I) L'EVAPOTRANSPIRATION JOUE UN ROLE IMPORTANT, II) LE COMPORTEMENT D'UNE VOIRIE EST SIGNIFICATIVEMENT DIFFERENT DE CELUI D'UN BATIMENT, III) LA CONTRIBUTION AU DEBIT DU RUISSELLEMENT DES SURFACES NATURELLES EST NEGLIGEABLE, IV) LES INFILTRATIONS D'EAU DU SOL DANS LE RESEAU CONTRIBUENT AU DEBIT EN PERIODE HIVERNALE ET MEME LORS D'EVENEMENTS PLUVIEUX EXCEPTIONNELS.
Author: Emmanuel Berthier
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LES ETUDES HYDROLOGIQUES EN MILIEU URBAIN ONT JUSQU'A PRESENT ETE CENTREES SUR LA PREVISION DU DEBIT LORS D'EVENEMENTS PLUVIEUX IMPORTANTS. ON NE DISPOSE AINSI QUE D'UNE VUE PARTIELLE DU COMPORTEMENT D'UN BASSIN VERSANT URBAIN. CE COMPORTEMENT APPARAIT COMME VARIABLE D'UN EVENEMENT PLUVIEUX A L'AUTRE, VARIABILITE QUI RESTE EN PARTIE MECONNUE ET QUE LES MODELES ACTUELS ONT DU MAL A REPRODUIRE. L'OBJECTIF DE NOTRE TRAVAIL EST DE REDUIRE CETTE MECONNAISSANCE EN MODELISANT DE FACON DETAILLEE LES DIFFERENTS FLUX D'EAU ECHANGES EN MILIEU URBAIN. DANS UNE PREMIERE PARTIE, L'ELABORATION DU MODELE EST DECRITE. IL EST BASE SUR UNE SCHEMATISATION BIDIMENSIONNELLE DU MILIEU URBAIN A L'ECHELLE D'UNE PARCELLE CADASTRALE. LES LOIS ET PROCESSUS PHYSIQUES GERANT LE COMPORTEMENT DU SYSTEME SONT RESOLUS A L'AIDE D'UN CODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS. DANS UNE DEUXIEME PARTIE, L'EVALUATION DU MODELE QUI CONCERNE DIFFERENTES GRANDEURS HYDROLOGIQUES EST EFFECTUEE SUR UN PETIT BASSIN VERSANT PERIURBAIN. LE TRAVAIL INTEGRE LE TRAITEMENT DES DONNEES DU SITE DE REZE SE CARACTERISANT PAR UNE ACQUISITION EN CONTINU, SUR LE LONG TERME, DE PLUSIEURS GRANDEURS HYDROLOGIQUES. LA BASE DE DONNEES AINSI CONSTITUEE PRESENTE UN INTERET CERTAIN POUR LA COMMUNAUTE SCIENTIFIQUE. LA MODELISATION A BASE PHYSIQUE ENTREPRISE A PERMIS DE PRENDRE EN COMPTE L'HETEROGENEITE DU MILIEU URBAIN ET DE GERER DES CONDITIONS AUX LIMITES FORTEMENT VARIABLES. UN CONTROLE CONTINU A MONTRE QUE LE MODELE NUMERIQUE INTEGRAIT CORRECTEMENT CES DIFFICULTES. DES INFORMATIONS ONT ETE OBTENUES SUR LE COMPORTEMENT HYDROLOGIQUE DU BASSIN VERSANT ETUDIE : I) L'EVAPOTRANSPIRATION JOUE UN ROLE IMPORTANT, II) LE COMPORTEMENT D'UNE VOIRIE EST SIGNIFICATIVEMENT DIFFERENT DE CELUI D'UN BATIMENT, III) LA CONTRIBUTION AU DEBIT DU RUISSELLEMENT DES SURFACES NATURELLES EST NEGLIGEABLE, IV) LES INFILTRATIONS D'EAU DU SOL DANS LE RESEAU CONTRIBUENT AU DEBIT EN PERIODE HIVERNALE ET MEME LORS D'EVENEMENTS PLUVIEUX EXCEPTIONNELS.
Author: Yi Hong (docteur en sciences et techniques de l'environnement).)
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Languages : en
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Le développement des réseaux séparatifs entraîne le transfert fréquent de polluants urbains vers les milieux récepteurs (plans d'eau, rivières, etc.). La compréhension des processus de production et de lessivage des polluants dans le milieu urbain est pourtant incomplète à l'heure actuelle. Afin de répondre aux questions liées à la gestion des eaux urbaines, l'amélioration des connaissances des processus physiques est nécessaire, tant au niveau des surfaces urbaines que les réseaux d'assainissement. Pour cela, la modélisation du transfert hydrologique des polluants en milieu urbain peut être un outil précieux.Cette thèse a pour objectif de développer et d'analyser des modèles distribués à base physique pour simuler les flux de polluants routiers (Matières En Suspension (MES), Hydrocarbures, Métaux) dans un environnement urbain. Elle s'inscrit dans le cadre du projet ANR "Trafipollu" et bénéficie des résultats expérimentaux mis en œuvre dans ce projet pour la calibration et validation des modèles utilisés. Le travail de thèse s'articule autour de deux échelles de modélisation : l'échelle locale et l'échelle du quartier.A l'échelle locale, le code FullSWOF (volumes finis, schéma numérique d'ordre 2) couplé au modèle d'érosion d'Hairsine and Rose (1992a; 1992b) et des données géographiques très détaillées (résolution spatiale centimétrique) ont été utilisés et adaptés afin d'améliorer nos connaissances des processus physiques du lessivage des polluants sur les surfaces urbaines. La comparaison aux mesures en continu permet d'évaluer la performance d'une modélisation physique pour représenter les variations spatiales et temporelles des processus de transferts des polluants sur les surfaces urbaines. Les analyses des résultats obtenus permettent de constater la prédominance des effets d'arrachement liés à la pluie sur les processus d'entrainement par l'advection sur la majeure partie du bassin versant routier. L'utilisation d'un modèle d'érosion pour modéliser le transport particulaire en zone urbaine est une innovation importante de cette thèse.A l'échelle du quartier, la deuxième étape du travail consiste à coupler séquentiellement le modèle TREX (Velleux, England, et al., 2008) avec le modèle CANOE (Alison, 2005), nommé "TRENOE" plateforme. En changeant différentes options de mise en œuvre et de configurations du modèle, l'adaptation de la précision numérique et l'utilisation de données détaillées d'occupation du sol semblent être les facteurs clés pour une telle modélisation. Par ailleurs, ce couplage a montré des problèmes de fond tels que la modélisation du schéma numérique des flux en surface (seulement dans 4 directions), ainsi que l'utilisation de l'équation USLE pour simuler l'érosion en milieu urbain, ne comprenant pas d'impact des gouttes de pluie pour la modélisation.Pour remédier à ces défauts, la plateforme opensource LISEM-SWMM est développée en couplant le modèle LISEM (De Roo, Wesseling, et al., 1996), modèle d'érosion développé initialement pour le milieu naturel, et le modèle SWMM (Rossman, 2010). Pour la première fois, la modélisation hydrologique s'appuie aussi sur l'utilisation de sorties de modèles atmosphériques pour les dépôts des particules fines (PM10), hydrocarbures et métaux. Les résultats montrent que l'emploi de modèles totalement distribués peut arriver à reproduire de manière très fine les dynamiques des particules, des hydrocarbures et des métaux. Même si à ce stade la plateforme développée nécessite des améliorations pour adapter aux utilisations dans le champ opérationnel, ceci constitue une avancée pour le domaine de modélisation du transfert hydrologique des polluants routiers en milieu urbain.
Author: J. Marsalek
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 940100532X
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 322
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Notwithstanding past achievements, flood damage continues to rise throughout the world as the magnitudes of floods increase, partly as a result of poor land management and partly by climate change, growing populations and continuing development in flood-prone areas, and the aging and deterioration of flood defences. One of the major goals of water management is the protection of society from floods. That issue is addressed here in terms of such broad issues as flood analysis, flood impact, non-structural and structural flood management measures. Non-structural measures focus on flood plain management, flood insurance, flood forecasting and warning, and emergency measures during floods. Structural measures focus on catchment management, embankments and flood reservoirs. Post-flood measures are also discussed. Future planning of flood management should be based on a clear understanding of the effectiveness interventions and their impacts on river catchment ecosystems.
Author: Aude Allard
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Languages : fr
Pages : 234
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Author: Floriane Morena
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Languages : fr
Pages : 243
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Ce travail de thèse consiste à développer un modèle hydrologique spécifique aux bassins versants urbains capable de représenter de manière distribuée les processus physiques importants en milieu urbain et pourtant souvent négligés dans les modèles classiques, tels que l'évapotranspiration, l'infiltration directe d'eau du sol dans les réseaux ou l'évolution temporelle du niveau de saturation dans le sol. Le modèle URBS (Urban Runoff Branching Structure) est basé sur les informations disponibles dans les Banques de Données Urbaines, à l'échelle de l'Elément Hydrologique basé sur la parcelle cadastrale. L'étude de sensibilité du modèle aux paramètres d'entrée montre l'influence d'un paramètre d'infiltration directe dans les réseaux et de la conductivité hydraulique à saturation du sol. Le modèle est appliqué à plusieurs bassins urbains afin de tester la pertinence des résultats. Les bassins versants de Rezé (4.6 ha) et des Gohards (178 ha) permettent d'évaluer les débits simulés à l'exutoire ainsi que les niveaux de saturation simulés par comparaison aux mesures correspondantes. Les possibilités d'application du modèle URBS sont nombreuses, notamment pour contribuer au développement d'un outil d'aide à l'aménagement des bassins urbains, par exemple en représentant l'influence des techniques alternatives en assainissement pluvial à l'échelle des bassins versants. Le modèle URBS permettant de prendre en considération la distribution spatiale des précipitations, des images radar à résolution spatiale très fine (250 m) sont exploitées pour illustrer l'influence de la variabilité spatiale des précipitations sur la réponse hydrologique de bassins versants urbains réels et fictifs. Une approche théorique permet de quantifier la variabilité des hydrogrammes en fonction d'une caractérisation statistique de la variabilité des précipitations.
Author: Noémie Varado
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Languages : fr
Pages : 320
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Le développement du modèle hydrologique spatialisé à base physique POWER (Planner Oriented evaluative Watershed model for Environmental and socio-economic Responses) requiert le test et la validation des différents modules avant de les agréger dans une structure commune. Le travail de thèse s'inscrit dans cette démarche.La version préliminaire de POWER, nommée REW_v4.0 (Reggiani et al. 1998, 1999), a permis une modélisation du bassin versant de la Donga au Bénin (586 km2) dans le cadre du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine). Le modèle calcule les composantes du cycle hydrologique sur des sous-bassins et utilise une représentation de type réservoir pour la zone non saturée. Les données disponibles sur le bassin nous ont permis d'évaluer, avec ce type de modélisation, la représentation des débits intermédiaires, ainsi que celle d'autres grandeurs telles que l'évolution de la hauteur de nappe ou la saturation du sol, puis l'apport de la variabilité spatiale de la pluie par rapport à une pluie uniforme sur le bassin ou l'apport de la variabilité spatiale des propriétés sols. Bien que les résultats soient encourageants, le module de zone non saturé s'est avéré trop simple pour reproduire certaines caractéristiques des données. C'est pourquoi un nouveau module de transferts verticaux dans la zone non saturée a été développé et validé. Il s'appuie sur une résolution rapide de l'équation de Richards (1931) 1D dans laquelle ont été inclus les phénomènes d'interception, de transpiration et d'extraction racinaire. Ce module n'a pas été utilisé dans ce travail mais devrait permettre d'améliorer certains défauts du modèle REW_v4.0.
Author: Michel Desbordes (hydrologue).)
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Languages : en
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Author: Jean-Pierre Jordan
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Author: François Guillet
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Languages : fr
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Cette these a pour objectif la mise au point d'une modelisation hydropedologique d'un bassin versant prealable a une modelisation des comportements hydriques de ce bassin. Les conceptions de la modelisation hydrologique sont traditionnellement orientees vers la recherche des crues maximales pour les etudes d'ouvrages d'art. Elles ont cependant evolue et se preoccupent egalement aujourd'hui d'etudier les phenomenes plus globalement en etudiant les besoins en eau des cultures et l'assainissement des sols. Nous exposons les principes et le fonctionnement theorique d'un modele hydropedologique spatialise. Il integre les differenciations spatiales du fonctionnement hydrique des sols d'un paysage restreint pour les besoins de l'experimentation a un bassin versant. Il permettra d'etudier la gestion des bilans d'eau d'une aire de reception des precipitations et d'evaluer sa contribution au ruissellement a la redistribution de l'eau dans le sol et vers la nappe et a sa consommation par la vegetation. Nous aborderons les concepts de base, la modelisation de la couverture pedologique en organisation de volumes hydropedologiques, la spatialisation du systeme pedologique, le fonctionnement hydrodynamique dans le temps et l'espace et l'ensemble des fonctions de transfert propres au transfert hydrique dans les sols. L'etude de terrain qui permet d'etablir cette modelisation recouvre la caracterisation physique du milieu. On etablit une base d'informations concernant le milieu physique d'un bassin versant du nord burkina faso en zone climatique sahelo-soudanienne, de substrat granitique fissure. Puis nous poursuivrons cette description generale par une approche plus precise de l'hydrologie du bassin versant: l'hydrographie, les fonctionnements hydrologiques elementaires des surfaces caracteristiques des aires contributives, et le comportement hydrique naturel des sols. La teledetection, l'analyse d'images permettent une bonne comprehension des repartitions spatiales des classes d'etats de surface et constituent un prealable utile a la modelisation. Cette modelisation en volumes hydropedologiques donne lieu a la compartimentation de la couverture pedologique aboutissant a un bassin compose de 17 sequences de volumes hydropedologiques de reference. L'ensemble des donnees du systeme d'information reunies au travers de la modelisation de la couverture pedologique, des etats de surfaces et de l'etude des proprietes hydropedologiques constitue la base de donnees physique du milieu. Le modele source modelise dans le temps et l'espace le devenir de l'eau entrant dans le systeme. On en examine la coherence des resultats, dans l'etat actuel de son developpement, en critiquant les informations issues du modele sous la forme de chroniques de lames ruisselees et d'evapotranspiration, de profils d'eau stockee: 1) au niveau de parcelles agronomiques experimentales constituant des micro bassins versants, 2) au niveau du bassin versant de 3 km#2. La modelisation du bassin versant sur deux annees contrastees permet generalement de confirmer les resultats obtenus, sur les parcelles, par ce modele et d'en evaluer assez clairement les limites
Author: Agathe Giangola-Murzyn
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L'évolution constante des villes passe par l'urbanisation des zones encore disponibles induisant des effets sur les bilans hydriques des celles-ci. De plus, le changement climatique susceptible d'exacerber les extrêmes (dont les inondations) influence lui aussi ces bilans. La ville est donc un objet hydrologique spécifique qu'il faut replacer dans son contexte évolutif, ce qui élargit considérablement la gamme d'échelles spatio-temporelles à prendre en compte pour son analyse et sa simulation. L'Union Européenne considère que la gestion du risque d'inondation doit remplacer la défense classique contre celle-ci. Cette nouvelle approche est plus holistique : elle prend en compte toutes les composantes du risque et cherche a réduire la vulnérabilité des récepteurs (habitants, bâtiments et infrastructures). Elle débouche sur la question de la résilience des systèmes urbains où les technologies correspondantes doivent être intégrées en des systèmes résilients aux inondations. Il est donc indispensable de développer des outils permettant l'évaluation de la performance de ces derniers, et ce à différentes échelles. Ces préoccupations ont défini l'axe de développement de Multi-Hydro : faire interagir des modèles déjà éprouvés représentant une composante du cycle de l'eau, permettre d'effectuer ainsi des progrès substantiels dans la modélisation de l'eau en ville avec une facilité d'utilisation. Multi-Hydro est ainsi basé sur des équations physiques supportées par des modèles distribués couplés. Grâce à un outil SIG dédié, MH-AssimTool, les informations géographiques et physiques nécessaires à la modélisation sont facilement assimilés pour chaque zone et résolution. En effet, une attention particulière été portée sur les observables ayant le moins de dépendance en échelle. L'emploi d'outils d'analyse multi-échelles permet de représenter leur variabilité et de définir des paramétrisations robustes du fonctionnement hydrologique à différentes échelles. L'ensemble de ces développements a été utilisé pour aborder la question de la résilience face aux inondations à différentes échelles d'un système urbain, dans le cadre de différents projets européens (SMARTeST, RainGain, BlueGreenDream) ou nationaux (Ville Numérique), à l'aide d'une approche systémique sur des scénarios pour plusieurs cas d'étude :- un petit bassin versant de Villecresnes (Val-de-Marne) qui a servi a l'évaluation des impacts de chaque modification apportée au modèle au cours de son développement.- la partie Est de la commune de Saint-Maur-des-Fossés (Val-de-Marne) qui a subi un audit de l'état du réseau d'assainissement (cartographie précise des canalisations et campagnes de mesures) et dont les résultats préliminaires ont permis de poser la problématique de la modélisation des rivières.- un quartier d'Heywood (grande banlieue de Manchester, Royaume Uni), qui a subi plusieurs inondations durant la dernière décennie et demande une modélisation assez fine pour permettre l'évaluation de l'impact de quatre scénarios de protection.- le bassin versant de la Loup, dont l'exutoire est occupé par un bassin de stockage des eaux de pluie, a été modélisé pour quatre évènements d'intensités et de durées variables et a permis de débuter la validation du modèle.- la zone de Spaanse Polder (Rotterdam, Pays Bas), pose la problématique de la modélisation des zones très planes au système de drainage complexes (pompes, exutoires multiples). Cette zone permet de guider les développements futurs de Multi-Hydro. Dans le contexte de l'amélioration de la résilience des villes face aux inondations, Multi-Hydro se place comme étant un outil qui offre la possibilité de simuler des scénarios permettant l'évaluation des impacts à l'échelle globale de modifications à plus petites échelles. Grâce a sa facilité de mise en place que lui confère MH-AssimTool, ainsi que sa structure modulaire et sa liberté de licence, Multi-Hydro est en train de devenir un outil d'aide à la décision.
