Modélisation hydrologique intégrée de bassins versants fortement transitoires PDF Download
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Author: Benjamin Jeannot
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Languages : fr
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Book Description
L'objectif du travail de thèse est d'œuvrer au développement et à l'application d'un modèle hydrologique intégré pré-existant (Pan et al., 2015; Weill et al., 2017) : Normally Integrated Model (NIM). La spécificité de ce modèle est d'intégrer l'équation d'écoulement souterrain 3D sur la direction perpendiculaire au substratum, de façon à se ramener à un problème en deux dimensions. Il en résulte un gain substantiel en termes de temps de simulation, et une économie du point de vue de l'espace mémoire requis. Dans le cadre de cette thèse, NIM a été entièrement recodé et optimisé. Un module de ruissellement 2-D a également été implémenté, ce qui a permis d'appliquer le modèle en situations réelles sur deux bassins versants distincts. En sus, la validité des simulations issues de NIM et l'efficacité du modèle en termes de temps de calcul ont été évaluées sur de nombreux cas tests synthétiques.
Author: Benjamin Jeannot
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L'objectif du travail de thèse est d'œuvrer au développement et à l'application d'un modèle hydrologique intégré pré-existant (Pan et al., 2015; Weill et al., 2017) : Normally Integrated Model (NIM). La spécificité de ce modèle est d'intégrer l'équation d'écoulement souterrain 3D sur la direction perpendiculaire au substratum, de façon à se ramener à un problème en deux dimensions. Il en résulte un gain substantiel en termes de temps de simulation, et une économie du point de vue de l'espace mémoire requis. Dans le cadre de cette thèse, NIM a été entièrement recodé et optimisé. Un module de ruissellement 2-D a également été implémenté, ce qui a permis d'appliquer le modèle en situations réelles sur deux bassins versants distincts. En sus, la validité des simulations issues de NIM et l'efficacité du modèle en termes de temps de calcul ont été évaluées sur de nombreux cas tests synthétiques.
Author: Hong-Trang Nguyen
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Languages : fr
Pages : 181
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Author: Ioulia Tchiguirinskaia
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Category : Ecosystem management
Languages : en
Pages : 174
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Author: Simon Munier
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Languages : fr
Pages : 203
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en français : Pour la gestion en temps réel des étiages comme pour celle des crues, l'une des principales missions des gestionnaires de bassin consiste à prévenir les situations de crise, généralement définies par des franchissements de débits seuils en différents points stratégiques, afin d'en limiter les dégâts, tant économiques et écologiques que matériels et humains. La thèse propose une méthodologie de synthèse et d'identification d'un modèle de simulation des débits, intégrant les phénomènes de transferts hydrauliques (propagation en cours d'eau) et hydrologiques (transformation de la pluie en débit), ainsi que les transferts relatifs aux prélèvements dans le cas des étiages. Le modèle proposé, construit dans le souci constant des contraintes de l'opérationnel telles que la robustesse face aux aléas du terrain, l'assimilation des données en temps réel ou la commande automatique des vannes de barrage, présente un module hydraulique à base physique simplifiée couplé, selon une approche semi-distribuée, à un module hydrologique global conceptuel. Cette démarche permet la prise en compte de débits latéraux non jaugés dans le transfert en cours d'eau. L'approche est validée à travers des exemples théoriques et divers cas d'application réels : transfert en rivière soumis à l'influence de la marée, synthèse d'un contrôleur boucle ouverte sur un canal d'irrigation, simulation de débits à l'exutoire de divers bassins versants français, prévision des crues, synthèse d'observateurs d'états pour la reconstitution de prélèvements.
Author: Mohamed Saadi
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Afin de déterminer l'impact hydrologique de l'étalement urbain à venir, la modélisation hydrologique est très utile car elle permet de traduire les scénarios d'urbanisation en scénarios hydrologiques en tenant compte de la variabilité climatique. Malgré la diversité actuelle des modèles hydrologiques applicables sur les bassins urbanisés, ces modèles sont en général développés sur un nombre limité de bassins versants, ce qui pose la question de leur robustesse. L'objectif de cette thèse est de chercher une structure de modèle hydrologique capable de reproduire la relation pluie-débit pour un large échantillon de bassins versants urbanisés, situés en France et aux États-Unis, et caractérisés par différents niveaux d'étalement urbain. Pour ce faire, nous sommes partis d'une structure de modèle conceptuel (GR4H), fonctionnant au pas de temps horaire mais non dédiée aux bassins versants urbanisés. Pour arriver à nos objectifs, nous avons considéré quatre étapes : (1) la collecte et la préparation d'un large échantillon de données pour plus de 2000 bassins versants situés en France et aux États-Unis. L'analyse de la variabilité des coefficients de ruissellement de 852 bassins nord-américains a montré une dépendance non seulement au taux moyen d'imperméabilité totale (TIA), mais aussi aux conditions d'humidité du sol quel que soit le niveau d'étalement urbain du bassin versant ; (2) le test de la structure de départ sur les bassins fortement urbanisés. Cette étape a montré l'aptitude des paramètres du modèle GR4H à traduire les spécificités du comportement hydrologique en contexte urbanisé ; (3) la régionalisation des paramètres de la structure de départ GR4H pour les lier à la fraction du couvert urbain. Les relations de régression obtenues ont été performantes mais peu sensibles à la caractérisation du couvert urbain ; (4) la modification pas-à-pas de la structure de GR4H en rajoutant le ruissellement sur les surfaces imperméables, et en variant le partage entre écoulement rapide et écoulement lent en fonction de chaque bassin. L'évaluation de ces modifications sur 273 bassins versants urbanisés a indiqué une amélioration de la simulation des écoulements surtout lors des périodes sèches et des périodes de crue. Les paramètres rajoutés ont montré une forte dépendance au taux moyen d'imperméabilité totale. Les travaux de cette thèse montrent un exemple de démarche constructive de développement de modèle hydrologique, par laquelle nous avons réussi à améliorer la représentation de l'urbanisation au sein du modèle tout en obtenant de meilleurs résultats en comparant avec des séries observées. Un effort de régionalisation de la nouvelle structure en exploitant des mesures de fragmentation du paysage urbain permettra une étude d'impact de différents schémas d'urbanisation future sur la réponse hydrologique.
Author: Philippe Gourbesville
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Languages : fr
Pages : 106
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Author: Emmanuel Ledoux
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Languages : fr
Pages : 236
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MODELISATION A DISCRETISATION SPATIALE FAISANT INTERVENIR LES PARAMETRES PHYSIOGRAPHIQUES DES DOMAINES SUPERFICIELS ET SOUTERRAINS. REALISATION D'UN PROGRAMME INFORMATIQUE QUI A RECU LE NOM DE "MODELE COUPLE". PRINCIPES DE CONSTRUCTION DU MODELE. LA METHODOLOGIE PROPOSEE EST MISE EN OEUVRE SUR DEUX BASSINS VERSANTS PRESENTANT DES CARACTERISTIQUES BIEN DISTINCTES
Author: Budi Kartiwa
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Languages : fr
Pages : 197
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Dans l'objectif général d'améliorer la modélisation du fonctionnement hydrologique des bassins versants, on vise à mettre au point un modèle général et régionalisable de détermination de la fonction de production en vue de la coupler à une fonction de transfert déterministe. L'étude est réalisée sur cinq bassins versants de petite taille (moins de 40 ha) situés dans des zones agroécologiques différentes et représentatives de la diversité des conditions paysagères de l'Indonésie. La modification de la version originale du modèle H2U nous permet de modéliser la fonction de transfert des versants. Le couplage entre la fonction de densité de probabilité (fdp) théorique des versants et la fdp théorique du réseau hydrographique par un produit de convolution, donne la fdp théorique de bassin versant quasi identique à la fdp expérimentale pour les cinq bassins versants étudiés. On montre que la modélisation de la fonction de production selon la loi de Horton, en utilisant les paramètres fo, fc et k mesurés sur le terrain, ne peut être appliquée que dans le cas des bassins versants imperméables, et les hydrogrammes obtenus à partir du couplage entre la fonction de transfert théorique et la pluie nette déterminée selon cette procédure sont de qualité médiocre. Le modèle cuvette est développé à partir de l'hypothèse que le débit sortant de la cuvette suit une loi de réservoir linéaire. Dans ce modèle, l'infiltration ne se produit que dans la cuvette et la pluie nette est calculée à partir du débit de déversement de celle-ci. Il parvient à simuler les lames ruisselées dans l'immense majorité des cas, quelle que soit la perméabilité des bassins versants. En couplage avec la fonction de transfert H2U, ce modèle permet une bonne simulation de l'hydrogramme pour un épisode sur quatre et même près d'un épisode sur deux dans le cas du bassin versant le plus imperméable. L'avantage du modèle cuvette réside surtout dans le fait qu'il n'utilise aucun calage, ce qui permet de l'appliquer à un bassin versant non jaugé.
Author: Florent Taccone
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Dans certains petits bassins versants de montagne, des évènements de pluie extrême peuvent engendrer de forts exports sédimentaires. Ce volume important de sédiment peut avoir un impact sur la gestion des ouvrages hydrauliques à l'aval de ces bassins. Aujourd'hui, pour représenter les processus d'érosion à l'échelle du bassin versant, des modèles conceptuels distribués sont majoritairement utilisés (CASC2D, SHETRAN, DWSM). Ces modèles sont basés sur des formules d'érosion globales et sont validés pour des maillages grossiers (> 30 m). D'un autre côté, il existe des modèles capables de représenter finement des processus d'érosion gravitaire, par des écoulements multiphasiques, principalement utilisés sur des cas à petite échelle. Ce travail de thèse propose le développement d'un modèle à base physique capable de représenter à la fois les transferts hydrauliques et l'hydrologie des bassins versants, les processus d'érosion gravitaire et de reprise/dépôt des sédiments dans le réseau hydraulique. Cela permettra de quantifier l'export sédimentaire à l'exutoire d'un bassin pour des tempêtes extrêmes, d'identifier des zones de fortes productions sédimentaires et des dynamiques de stockage des sédiments dans le réseau hydraulique afin d'aider à la gestion des bassins versants. Il s'agit dans un premier temps d'évaluer la résolution des équations de Saint-Venant pour du ruissellement avec des faibles hauteurs d'eau sur des fortes pentes. Pour diagnostiquer les différents schémas numériques que l'on peut trouver dans la littérature, un cas test, disposant d'une solution analytique des équations de Saint-Venant, représentant, un canal rectiligne sur lequel tombe une pluie constante est utilisé. Ce cas test comporte une zone sèche à l'amont et permet d'évaluer les propriétés clés qu'un schéma doit comporter pour représenter le ruissellement sur un bassin versant, à savoir la positivité des hauteurs d'eau, la transition entre zones sèches et mouillées, l'équilibre du lac au repos et la non limitation de la pente. Le schéma de Chen et Noelle (2017) est finalement choisi. Ensuite, avec l'ajout d'une loi d'infiltration de type Green-Ampt (1911), le modèle sera évalué dans sa capacité à représenter les hydrogrammes en sortie, mais surtout les vitesses locales d'écoulement sur des bassins versants réels. Pour cela, on évalue la part d'erreur provenant de la résolution numérique et de la modélisation physique du frottement de l'eau sur le fond au travers de quatre cas expérimentaux de l'échelle du laboratoire à un bassin de 1 km2.Un modèle d'érosion gravitaire, basé sur les critères de détachement et de dépôt de Takahashi (2009), est couplé au modèle d'hydraulique global par une équation d'évolution du fond. L'évolution du stock de sédiment dans le réseau hydraulique est modélisée à l'aide d'une équation d'advection représentant les sédiments en suspension dans l'écoulement. Les lois classiques de dépôts de d'érosion de Krone et Parthéniades sont utilisées pour la reprise dépôt des sédiments dans le réseau.Le modèle d'érosion est ensuite validé sur le bassin versant du Laval (86 ha), instrumenté et surveillé par l'ORE Draix-Bléone, sur plusieurs évènements très érosifs. Le modèle est enfin appliqué à deux bassins non instrumentés mais à enjeu pour EDF, pour une étude de dimensionnement d'ovoïdes dans la vallée de la Durance.
Author: François Guillet
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Book Description
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
