JOURNÉES EAU ET ENVIRONNEMENT

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Stéphane St-Amour
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1 Bordeaux - 25 au 27 Novembre

2 MODELISATION HYDROLOGIQUE DISTRIBUEE EN MILIEU URBAIN : Pertinence de la simulation des niveaux de saturation par le modèle URBS sur le bassin de St Joseph Page 2/17

3 PLAN Le modèle URBS Historique et objectifs Zone d étude : St Joseph de Porterie Démarche Résultats Amélioration de la simulation des niveaux de saturation Conclusion Page 3/17

4 LE MODELE URBS : (thèse F.Morena, 2004) EH = Parcelle cadastrale + Bâtiment(s) + Voirie adjacente DISCRETISATION SPATIALE DES BASSINS Runoff Branching Structure DHS Pc EBHE H L 10 m Production : transformation de l eau pluviale / ruissellement Transfert des eaux pluviales sur le réseau hydrographique Page 4/17

5 LE MODELE URBS : Entrées du modèle : P(t,p) ETP(t,p) Modélisation d un Elément Hydrologique E(t,p) Réseau? R(t,p) Voirie I RES (t,p) Bâti Zone Non Saturée Sol naturel Zone Saturée Tr(t,p) I ZNS (t,p) I ZS (t,p) 0 Z ZS Les paramètres du modèle : -surface -sol (caract. hydro. du sol) -drainage vers le réseau Sorties du modèle : Z bat bat bat voi voi voi nat nat nat reseau_ep tot () t = f A R () t + f A R () t + f A R () t f A I () t tot Q + -Débit: - Profondeur de la zone saturée: Z ZS (m) res Page 5/17

6 HISTORIQUE : Modélisations de bassins nantais instrumentés (Rezé, Gohards) avec des paramètres mesurés ou ajustés (F.Morena,2004) : résultats satisfaisants entre le débit mesuré/simulé et le niveau de saturation simulé moyen sur le tout le bv / 2 piezomètres en place. Application au BV de St Joseph (K.Wunderlich, 2005) : Utilisation a priori du jeu de paramètres (Rezé/Gohards), résultats médiocres en débit et niveau de saturation moyen /mesures piézomètriques. OBJECTIFS DE L ETUDE: - Tenter de trouver des paramètres plus adaptés au BV de St Joseph. - Evaluer le modèle URBS non seulement sur le débit mais aussi sur le niveau de saturation spatialisé en comparant la simulation locale avec 6 piézomètres en place. Page 6/17

7 BASSIN DE ST JOSEPH : Bassin péri-urbain (Nantes), S tot =88 ha, C imp =0.31 PZH 772 éléments hydrologiques 5 PZI PZZ LEGENDE : Reseau EP pluviomètre Données : pluie et débit (juillet mai 2008) débitmètre N ( PZB PZCo limite BV piezomètre m PZAS 6 Piézomètres (2 installés en juil en mars 2005, fin des mesures en mai 2008 ) Page 7/17

8 DEMARCHE : Méthode d optimisation : variation aléatoire des 6 paramètres d URBS les + influents entre un min et un max (F.Morena,2004) : 500 jeux de paramètres simulés sur une période de 1 an (mars mars 2006) Période d initialisation : 1an et demi (sept2003-mars2005) pour s affranchir d une influence du niveau de nappe initial. Surface : Stock Voirie (mm) Sol : K S nat (m/s) M Ψe (m) Zcalc ZS Réseau : coef drainage 1-50 Pour chaque simulation, on compare : - le débit simulé/mesuré à l exutoire du bassin versant (pdt 5 ), - le niveau de saturation simulé localement (parcelles entourant les piezos) avec les mesures des 6 piézomètres (pdt journalier) PZZ Page 8/17

9 RESULTATS : Tri des 500 simulations suivant des critères de comparaison : 2 Qsim Qmes ( ) ErreurQ = 100. Qsim Qmes CnashQ = 1 Qmes 2 ( Qmes Qmes) sur le débit Meilleur jeu de paramètres : 2 ( Zsim Zmes) ( Zmes Zmes) CnashZ = 1 2 sur le niveau de saturation local N Sim Coef drain K s nat(m/s) M Stock voirie(mm) Psie(m) ZcalcZs E Gohards-Rezé E DEBIT (5 ): ErrQ 2.9 % NashQ 0.62 Résultats satisfaisants en débit et sur 4 piezomètres sur 6 Puits SATURATION (J): NashPZB 0.53 NashPZH 0.54 Nash_PZAS Nash_PZCO 0.65 Nash_PZI Nash_PZZ 0.69 En limite du BV Page 9/17

10 RESULTATS : (Simulation n 25) Volume total des événements pluvieux simulés et mesurés (mars2005-mars2006) Volume mesuré (mm) R 2 = Volume simulé (mm) Niveau de saturation local mesuré (trait plein) et simulé (pointillés) Page 10/17

11 RESULTATS : Répartition spatiale du niveau de saturation simulé Profondeur de la nappe(m) Nappe haute (10/03/2006) Nappe basse (07/09/2005) Pb : contrastes locaux du niveau de saturation Page 11/17

12 1. Pas de temps i AMELIORATION DE LA SIMULATION DES NIVEAUX DE SATURATION: (thèse A.L. Le Delliou déc 09) Couplage d URBS avec le modèle MODFLOW URBS MODFLOW 4. Redistribution du niveau de saturation au pas de temps i 2. Calcul de la lame d eau rechargeant la zone saturée 3. Calcul du niveau de saturation pour l ensemble des mailles du bassin versant Page 12/17

13 AMELIORATION DE LA SIMULATION DES NIVEAUX DE SATURATION: Bassin versant du Pin Sec = 335 EH, 31 ha, Cimp~49% Site Atelier Pluridisciplinaire (SAP) Page 13/17

14 AMELIORATION DE LA SIMULATION DES NIVEAUX DE SATURATION: Modèle URBS «Seul» 8 m a r s Couplage des modèles URBS-MO & MODFLOW 8 m a r s ( ( Profondeur de la nappe (m) 0 à 1 1 à 1,5 1,5 à 2 2 à 3 3 à 4 4 à Mètres Mètres Pb : contrastes locaux du niveau de saturation niveau de saturation plus lissé Page 14/17

15 CONCLUSIONS : Le modèle URBS est testé sur sa capacité à reproduire les débits et le niveau de saturation local sur le bassin de St Joseph : résultats satisfaisants dans l ensemble mais le niveau de saturation présente des contrastes locaux. Amélioration des simulations du niveau de saturation à l aide du couplage avec MODFLOW : moins de contrastes locaux, niveau de saturation plus réaliste..et après? Intégration dans Urbs des échanges horizontaux comme ceux calculés par MODFLOW Page 15/17

16 Merci de votre attention Page 16/17

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