Prise en compte d'un indice de l'état hydrique du sol dans la modélisation pluie-débit PDF Download
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Author: Cécile Loumagne
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Languages : fr
Pages : 419
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Book Description
LA PRESENTE RECHERCHE A CONSISTE A ETUDIER DANS QUELLE MESURE L'INTRODUCTION DE MESURES DIRECTES DE L'ETAT HYDRIQUE DU SOL, NON PRISES EN COMPTE JUSQU'ICI EN SIMULATION, PERMETTAIT D'AMELIORER LA PREVISION DES DEBITS SUR UN PETIT BASSIN VERSANT
Author: Cécile Loumagne
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Languages : fr
Pages : 419
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Book Description
LA PRESENTE RECHERCHE A CONSISTE A ETUDIER DANS QUELLE MESURE L'INTRODUCTION DE MESURES DIRECTES DE L'ETAT HYDRIQUE DU SOL, NON PRISES EN COMPTE JUSQU'ICI EN SIMULATION, PERMETTAIT D'AMELIORER LA PREVISION DES DEBITS SUR UN PETIT BASSIN VERSANT
Author: Najiba Chkir
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Languages : fr
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L'état hydrique des sols joue un rôle déterminant dans la formation des débits. Sa prise en compte dans la modélisation de la relation pluie-débit a déjà été abordée à partir de mesures ponctuelles in situ. Elle est à repenser dans l'optique de l'utilisation de données issues de nouvelles techniques de télédétection offrant des perspectives intéressantes pour le suivi spatio-temporel de cette variable a l'échelle de régions entières. L'objectif poursuivi est de mettre au point un modèle hydrologique conceptuel capable de simuler à la fois des débits journaliers et l'état hydrique du sol d'un bassin versant dans un but ultime d'amélioration de la prévision des ressources en eau superficielle grâce à l'observation spatiale. Le modèle hydrologique a été construit à partir d'un couplage entre le modèle conceptuel GR3J, simulant des débits, et le modèle physique bi-couches inspiré du schéma de Deardorff, simulant l'évolution de l'humidité des couches de sol superficielle et globale. Le couplage de ces deux modèles a été réalisé en testant 72 procédures rassemblées en trois grands groupes se distinguant par la gestion de la pluie. En l'absence de données suffisantes d'humidité du sol obtenues par télédétection, ces différentes versions ont été testées sur le bassin expérimental et représentatif de l'Orgeval disposant de longues chroniques d'état hydrique du sol mesure in situ. Le modèle couple retenu Grhum a été valide à la fois sur l'Orgeval et sur 36 bassins versants situes en Bretagne, cadre du projet de télédétection Ers-1. Les résultats obtenus sur l'Orgeval montrent que le modèle Grhum simule les débits et les humidités de la couche globale de manière satisfaisante et que les humidités de la couche de surface sont mieux reproduites en tenant compte de l'occupation du sol. Sur les bassins bretons, en l'absence de données d'humidité du sol, seule la bonne qualité globale de la simulation des débits a pu être vérifiée. Ce modèle peut fonctionner selon deux modes: simulation lorsque les données d'humidité du sol ne sont pas disponibles et assimilation lorsqu'elles le sont. Ce dernier mode de fonctionnement, encore à perfectionner, permettra de tirer parti de l'information spatiale sur l'état hydrique du sol
Author: Mathieu Coustau
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Languages : fr
Pages : 230
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Les crues « éclair » parfois dévastatrices qui touchent les bassins versants méditerranéens du Sud de la France sont difficiles à anticiper. Leur prévision passe par l'utilisation de modèles pluie-débit, dont l'efficacité est encore limitée par les incertitudes liées notamment à la variabilité spatiale des pluies méditerranéennes et à la caractérisation de l'état hydrique initial des hydrosystèmes. Dans le cas de bassins karstiques, à ces incertitudes s'ajoutent celles liées à la dynamique des aquifères et à leur rôle sur la formation des crues. La première partie de ce travail de thèse propose un modèle pluie-débit horaire, distribué, événementiel et parcimonieux pour reproduire les crues « éclair » à l'exutoire du bassin karstique du Lez (Montpellier) de 114 km2. Le modèle est évalué non seulement sur la qualité des simulations de débits mais aussi sur la qualité de son initialisation obtenu grâce à une relation entre sa condition initiale et divers indicateurs de l'état hydrique de l'hydrosystème. Calibré sur 21 épisodes de crues, le modèle fournit des simulations satisfaisantes, et sa condition initiale est significativement corrélée à l'indice d'humidité Hu2 du modèle SIM de Météo-France ou à la piézométrie dans l'aquifère du Lez. Les pluies mesurées par radar en début d'automne sont de bonne qualité et conduisent à une amélioration des simulations de débit et de l'estimation de la condition initiale du modèle. En revanche, les pluies mesurées par radar en fin d'automne sont de moindre qualité et n'améliorent pas les simulations. Face aux incertitudes liées à la paramétrisation du modèle ou à l'estimation des pluies radar, la deuxième partie du travail de thèse analyse l'apport de l'assimilation des débits observés pour corriger en temps réel les paramètres les plus sensibles du modèle et notamment sa condition initiale ou les pluies radar en entrée du modèle. La procédure d'assimilation de données a été mise en place à l'aide du coupleur PALM, qui permet de relier modèle hydrologique à l'algorithme d'assimilation. La correction de la condition initiale du modèle permet généralement d'améliorer les prévisions (sous hypothèse de pluie future connue); la correction de la pluie a des effets similaires. Néanmoins les limites de cette correction sont atteintes dans le cas où le modèle ne reproduit pas de façon satisfaisante la partie initiale de montée des eaux, ce qui pourra être amélioré par la suite. Finalement, ce travail de thèse montre que la complexité d'un bassin karstique peut être représentée efficacement à l'aide d'un nombre réduit de paramètres, pour simuler les débits, et contribue à l'amélioration des outils opérationnels pour la prévision des crues.
Author: François Moussu
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Languages : fr
Pages : 197
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Notre approche consiste à modéliser le fonctionnement hydrodynamique des systèmes karstiques. Apres avoir dressé un bilan de l’état de la modélisation pluie-débit appliquée aux systèmes karstiques nous avons essayé d’améliorer la modélisation des ces systèmes en introduisant dans la modélisation une partie de nos connaissances de ces systèmes. Dans cette optique, nous avons travaillé sur deux aspects : - Contraindre la structure des modèles à partir d’informations issues de l’analyse du fonctionnement du système. Cette démarche confère au modèle résultant une représentation du fonctionnement hydrodynamique des systèmes karstiques plus en accord avec la connaissance que l’on a des systèmes. - Contraindre les paramètres des modèles. Pour cela, nous avons évalué les performances des modèles à reproduire le débit observé mais aussi les propriétés hydrodynamiques. La démarche de comparaison de différentes stratégies de calage à ainsi permis d'améliorer la qualité de l'ajustement entre les fonctions d'autocorrélation des débits simulés et observés, tout en conservant des valeurs raisonnables du critère de Nash NSE (√ Q). Enfin, la spécificité des systèmes karstiques à été retrouvé dans les paramètres de la modélisation en comparaison d’un échantillon de systèmes non karstiques.
Author: Pascal Lardet
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Languages : en
Pages : 205
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ON ETUDIE CERTAINS PROBLEMES LIES A L'UTILISATION D'UN MODELE HYDROLOGIQUE PLUIE-DEBIT DANS UN SYSTEME DE PREVISION DES CRUES EN TEMPS REEL. ON EXPLIQUE D'ABORD LE CHOIX D'UN MODELE GLOBAL ET EVENEMENTIEL, PUIS LA DIFFICULTE POUR L'INITIALISER SANS INFORMATION SUR L'ETAT HYDRIQUE DU SOL. ON ANALYSE AUSSI LES CONSEQUENCES DE L'ABSENCE DE PREVISION METEOROLOGIQUE QUANTITATIVE FIABLE. DEUX MODELES SONT PRESENTES ET CALES SUR LES DONNEES DU BASSIN DU GARDON D'ANDUZE (545 KM2): LE RESERVOIR DE LORENT ASSOCIE A UNE FONCTION DE TRANSFERT CALEE PAR LA METHODE DPFT ET TOPMODEL. DANS LE SECOND CHAPITRE, ON CHERCHE A S'AFFRANCHIR DU PROBLEME DE L'INITIALISATION DU RESERVOIR DE LORENT PAR FILTRAGE DE KALMAN. PARMI DIFFERENTES VARIANTES TESTEES, LA SOLUTION D'AJOUTER UNE CORRELATION EXTERNE AU MODELE, ADAPTEE PAR UN FILTRE LINEAIRE, S'AVERE LA SEULE EFFICACE ET FACILEMENT GENERALISABLE. LE DERNIER CHAPITRE EST CONSACRE A L'UTILISATION D'UN GENERATEUR STOCHASTIQUE DE PLUIE POUR ETENDRE L'ECHEANCE DE PREVISION DES DEBITS. APRES COMPARAISON DE DEUX MODELES, UN GENERATEUR A RENOUVELLEMENT EST COUPLE A TOPMODEL, POUR PROPOSER DES SCENARIOS DE DEBITS FUTURS CONDITIONNES PAR LE PASSE. ON OBTIENT UN INTERVALLE DE CONFIANCE SUR LES DEBITS PREVUS, FIABLE A L'ECHEANCE DE 4 HEURES, ENCORE INFORMATIF AU-DELA. CET OUTIL RESTE PERFECTIBLE, NOTAMMENT SI DES MEILLEURES PREVISIONS DE PLUIE DEVIENNENT DISPONIBLES, MAIS EST DEJA OPERATIONNEL
Author: Yoann Aubert
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Languages : fr
Pages : 321
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La connaissance des débits de crue reste un axe de recherche important en hydrologie pour la conception des aménagements des cours d’eau, le dimensionnement des ouvrages de franchissement et la protection des zones urbaines. L’équipe de recherche en hydrologie du Cemagref d’Aix-en-Provence a réalisée le développement d’une approche par simulation de scénarios de crue, basée sur le couplage d’un générateur de chroniques de pluies horaires et d’un modèle de transformation de la pluie en débit. Cette approche, appliquée à l’échelle du kilomètre carré (simulation ponctuelle de chronique de pluies et modélisation hydrologique sur petit bassin versant) permet la génération de multiples chroniques de pluies et de débits d’où l’on extrait des distributions de fréquences de leurs caractéristiques (pluie et débit maximums de différentes durées). Une fois régionalisée, l’approche fournit une cartographie de l’aléa pluvial et débimétrique à l’échelle de la France. Les débits à l’éxutoire d’un bassin versant sont alors estimés par une règle d’agglomération des débits aux différents pixels qui constituent le bassin versant, prenant en compte l’abattement statistique de la pluie sur le bassin et l’abattement hydraulique dans le réseau de drainage. C’est le principe de la méthode SHYREG. Le développement opérationnel a fait appel à des hypothèses successives de simplifications qui ont été revues dans ce travail de thèse. L’objectif était donc d’apporter des améliorations dans la modélisation pluie-débit utilisée afin de répondre aux problèmes suivants : quelle est la validité du domaine géographique d’application de la méthode ? quelle est la validité du domaine extrapolation fréquentielle de la méthode ? Les différentes hypothèses dans la méthode ont toutes une interaction les unes avec les autres, ce qui rend leur étude particulièrement difficile. Une hiérarchisation des hypothèses a été faite, en fonction de leur caractère plutôt général (indépendant des bassins versants et soumis à un calage global), ou plutôt local (dépendant du bassin et soumis à un calage local). Dans ce contexte, on traite des points suivants: - L’amélioration de la fonction d’agglomération des débits qui permet de passer du pixel à l’exutoire d’un bassin. La reformulation de cette règle d’abattement a permis d’élargir la gamme de superficie des bassins où la méthode reste applicable. - La prise en compte d’un débit de base dans la modélisation hydrologique des crues a permis d’améliorer les performances en dehors de sa zone de développement (hors bassins méditerranéens). - L’étude de l’équifinalité de certains paramètres a permis de proposer une extrapolation vers les fréquences rares, en fonction de différents critères. Cette approche « multi-critère » est un moyen de faire un choix sur les hypothèses les plus probables d’une méthode dans le cas particulier de l’extrapolation en fréquence, où il existe peu d’information pour valider. Sur l’ensemble de ces points, on s’est appuyé sur un large échantillon de bassins versants regroupant l’ensemble des réponses hydrologiques possibles (bassin à influence méditerranéen, pluvio-nival, remontée de nappe). D’autre part, on dispose de quantiles de débit (pour les fréquences courantes et les fréquences extrêmes) issus de l’application d’autres méthodes que l’on a confronté avec les quantiles SHYREG.
Author: Cong Tuan Hoang
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Réduire la vulnérabilité et accroître la résilience des sociétés d'aujourd'hui aux fortes précipitations et inondations exige de mieux caractériser leur très forte variabilité spatio-temporelle observable sur une grande gamme d'échelle. Nous mettons donc en valeur tout au long de cette thèse l'intérêt méthodologique d'une approche multifractale comme étant la plus appropriée pour analyser et simuler cette variabilité. Cette thèse aborde tout d'abord le problème de la qualité des données, qui dépend étroitement de la résolution temporelle effective de la mesure, et son influence sur l'analyse multifractale et la détermination de lois d'échelle des processus de précipitations. Nous en soulignons les conséquences pour l'hydrologie opérationnelle. Nous présentons la procédure SERQUAL qui permet de quantifier cette qualité et de sélectionner les périodes correspondant aux critères de qualité requise. Un résultat surprenant est que les longues chronologies de pluie ont souvent une résolution effective horaire et rarement de 5 minutes comme annoncée. Ensuite, cette thèse se penche sur les données sélectionnées pour caractériser la structure temporelle et le comportement extrême de la pluie. Nous analysons les sources d'incertitudes dans les méthodes multifractales « classiques » d'estimation des paramètres et nous en déduisons des améliorations pour tenir compte, par exemple, de la taille finie des échantillons et des limites de la dynamique des capteurs. Ces améliorations sont utilisées pour obtenir les caractéristiques multifractales de la pluie à haute résolution de 5 minutes pour plusieurs départements de la France (à savoir, les départements 38, 78, 83 et 94) et pour aborder la question de l'évolution des précipitations durant les dernières décennies dans le cadre du changement climatique. Cette étude est confortée par l'analyse de mosaïques radars concernant trois événements majeurs en région parisienne. Enfin, cette thèse met en évidence une autre application des méthodes développées, à savoir l'hydrologie karstique. Nous discutons des caractéristiques multifractales des processus de précipitation et de débit à différentes résolutions dans deux bassins versant karstiques au sud de la France. Nous analysons, en utilisant les mesures journalière, 30 minutes et 3 minutes, la relation pluie-débit dans le cadre multifractal. Ceci est une étape majeure dans la direction d'une définition d'un modèle multi-échelle pluie-débit du fonctionnement des bassins versants karstiques.
Author: ANITA.. SCHOBER-EIMER
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Languages : fr
Pages : 299
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Book Description
LE BUT DE CETTE ETUDE EST D'ELABORER UNE STRATEGIE DE PREDETERMINATION OU MEME DE PREVISION SUR LES BASSINS POUR LESQUELS LES DONNEES HYDROMETEOROLOGIQUES SONT RARES OU INEXISTANTES. DANS UNE PREMIERE PARTIE DEUX METHODES SUSCEPTIBLES D'APPORTER RAPIDEMENT DES INFORMATIONS HYDROLOGIQUES SONT EXPLORES: UNE METHODE EXPERIMENTALE A BASE DE SIMULATIONS DE PLUIE PHYSIQUE SUR DIVERSES PETITES PARCELLES D'UN BASSIN VERSANT S'AVERE DIFFICILE A METTRE EN UVRE NOTAMMENT SI LE SOL EST COUVERT DE VEGETATION. L'AUTRE APPROCHE EST STATISTIQUE. EN ANALYSANT LES EVENEMENTS PLUIE-DEBIT FAIBLES A MOYENNEMENT FORTS SUR CINQ BASSINS VERSANTS DONT QUATRE DANS LA REGION MEDITERRANEENNE ET UN EN AFRIQUE, NOUS TENTONS DE DECOUVRIR LES EVOLUTIONS DES REACTIONS D'UN BASSIN VERSANT EN VUE D'UNE EXTRAPOLATION EN SITUATION EXTREME. ON EXAMINE AINSI QUELLES SONT LES GRANDEURS CARACTERISTIQUES DE LA PLUIE ET DE L'ETAT INITIAL D'UN BASSIN VERSANT QUI JOUENT UN ROLE SUR LA FONCTION DE PRODUCTION ET SUR LA FONCTION DE TRANSFERT. ON ETUDIE EN PARTICULIER LA VARIABILITE DE LA FONCTION DE TRANSFERT SUR UN BASSIN VERSANT DONNE. DANS LA DEUXIEME PARTIE ON PRESENTE DES ESSAIS DE MODELISATION EN PROFITANT DES RESULTATS ANTERIEURS. LE MODELE EMPIRIQUE INTITULE STORHY EST AJUSTE SELON NOS CRITERES. ON PROPOSE DEUX VERSIONS DU MODELE ; UNE VERSION AVEC TROIS VARIABLES D'INITIALISATION ET UN PARAMETRE ET UNE AUTRE VERSION PARAMETRIQUE SANS VARIABLES D'INITIALISATION. LES PERFORMANCES DE LA DERNIERE CATEGORIE SONT ETUDIEES ET COMPAREES A CELLES D'UN AUTRE MODELE (GR3H). LE MODELE AVEC TROIS VARIABLES D'INITIALISATION EST ANALYSE EN VUE DE SON UTILISATION DANS UN CONTEXTE DE DONNEES RARES ET SEMBLE DONNER DES RESULTATS ENCOURAGEANTS
Author: Arthur Marchandise
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Languages : fr
Pages : 214
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Book Description
Les bassins cévenols (Sud de la France) sont soumis en automne à des événements pluviométriques intenses à l’origine de crues « éclair » dévastatrices, comme le montre l'exemple de la crue de septembre 2002. En termes de protection des populations, la prévision à court terme de ces épisodes est un enjeu majeur. Les modèles pluie-débit constituent un des outils pour la prévision, et restent encore largement perfectibles en extrapolation temporelle (vers les extrêmes) et spatiale (transposition à des bassins non jaugés). Ces deux aspects sont étudiés dans ce travail, à travers une analyse des performances des modèles de la normale à l'extrême, et une interprétation de ces performances. Le site d'étude est le bassin du Gardon d'Anduze (545 km2). Dans un premier temps, 3 modèles spatialisés ont été calés et validés sur un échantillon d'une trentaine de crues observées entre 1972 et 2003. Ces modèles s'appuient sur des processus de nature différente : ruissellement hortonien par dépassement de la capacité d’infiltration des sols pour ALTHAIR, ruissellement sur sols saturés pour TopModel, relation empirique entre cumul de pluie et coefficient de ruissellement pour SCS. Les performances de ces modèles sont globalement équivalentes, et montrent que des modèles a priori différents peuvent être contraints numériquement afin de reproduire les crues de façon satisfaisante. Néanmoins, les valeurs des paramètres des modèles susceptibles de recevoir une interprétation physique diffèrent sensiblement des valeurs mesurables sur le terrain. Dans un second temps, on s'intéresse à l'origine de ces différences, et on teste des hypothèses liées à la variabilité spatiale des épaisseurs de sol et des déficits en eau. Ces hypothèses sont étudiées à l'aide d'un modèle bi-couches à base mécaniste : TOPKAPI. Différentes distributions spatiales d’épaisseurs de sol sont générées; elles montrent la sensibilité du modèle à la nature (distribution aléatoire ou distribution corrélée) et aux propriétés (variance en particulier) de la distribution. Les valeurs des paramètres ajustés sur le sous-bassin de Saumane (101 km2), en particulier la conductivité hydraulique Ks, sont modifiées lorsqu’on introduit une variabilité des épaisseurs de sol. Elles se rapprochent de leur estimation sur le terrain. La connaissance de la variabilité temporelle et spatiale des épaisseurs de sols revêt donc une grande importance, et doit motiver par la suite une exploration plus systématique. Ce travail permet de préciser les apports et les conditions d'applications des modèles pluie-débit spatialisés dans un contexte de prévision : apport de la mesure radar de la pluie, protocoles de calage des modèles, importance de l'initialisation des stocks hydriques et des déficits en eau, prise en compte des organisations spatiales de ces stocks ou déficits dans les formations superficielles. Cette analyse demande à être étendue à d'autres types de bassins méditerranéens : bassins sédimentaires de la plaine littorale, bassins karstiques.
Author: Jacques Wendling
Publisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 427
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