Prévisions des apports pour le support à la gestion des barrages publics du Québec

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1 Prévisions des apports pour le support à la gestion des barrages publics du Québec Richard Turcotte Chef de la division de l expertise hydrométéorologique Direction de l expertise et de la gestion des barrages publics Centre d expertise hydrique du Québec Ministère du Développement durable, de l Environnement et des Parcs du Québec

2 Plan de la présentation 1. Introduction 2. Description du système de prévision 3. Organisation des opérations 4. Exemples d application 5. Conclusion

3 Plan de la présentation 1. Introduction 2. Description du système de prévision 3. Organisation des opérations 4. Exemples d application 5. Conclusion

4 Introduction Gestion des barrages au CEHQ 36 barrages publics nécessitant une gestion en temps réel et visant des objectifs multiples Réduction des impacts des crues Approvisionnement en eau Activités récréo-touristiques Production hydroélectrique en aval Respect de l environnement faunique Québec Montréal Barrage Jules-Allard En augmentant le temps d anticipation des événements hydrologiques, la prévision hydrologique contribue à l atteinte d un équilibre entre les différents objectifs Barrage Portage-des-Roches

5 Plan de la présentation 1. Introduction 2. Description du système de prévision 3. Organisation des opérations 4. Exemples d application 5. Conclusion

6 Prévision des apports Série météorologique Passé récent Futur temperatures and precipitations Prévisions météorologiques Réseau météorologique Modèle hydrologique Prévision principale Mise à jour des variables d état Réseau hydrométrique Apports simulés Prévision : aucune nouvelle précipitation Apports observés Apports prévus Analyse de la neige au sol Passé récent Futur Apports simulés et prévus Prévision d ensemble

7 Prévision des apports Série météorologique Passé récent Futur temperatures and precipitations Prévisions météorologiques Réseau météorologique Modèle hydrologique Prévision principale Mise à jour des variables d état Réseau hydrométrique Apports simulés Prévision : aucune nouvelle précipitation Apports observés Apports prévus Analyse de la neige au sol Passé récent Futur Apports simulés et prévus Prévision d ensemble

8 Topographie Modèle hydrologique HYDROTEL Type de sol Utilisation du sol Utilisation du sol Bassin de la rivière Chaudière (6680 km 2 ) Réseau de lacs et de rivières Processus hydrologiques simulés ETP Pluie Fonte Sous-bassins versants Z3 Z2 Z1 Z2-Z1 Z3-Z2 ETR 1,2,3 Layer 1 Layer2 Layer 3 I θ 1 Q 1-2 θ 2 Q 2-3 θ 3 Q 2 Q 3 R Écoulement sur le bassin et dans le réseau hydrographique Q t Réseau de lacs et de rivières Algorithme de transfert Sous-bassins versants S 1 Bilan vertical

9 Évolution et fonte de la neige Modèle hydrologique HYDROTEL Bilan d eau dans le sol Évapotranspiration Écoulement

10 Principales publications scientifiques concernant le modèle Hydrotel Fortin, J. P., Moussa, R., Bocquillon, C. et Villeneuve, J. P. (1995). Rev. Sci. Eau / J. Water Sci. 8(1): Fortin, J.P., Turcotte, R., Massicotte, S., Moussa, R., Fitzback, J., Villeneuve, J.P. (2001). Journal of Hydrologic Engineering, American Society of Civil Engineering. 6(2), Turcotte, R., Fortin, J.P., Rousseau, A.N., Massicotte, S., Villeneuve, J.P. (2001). Journal of Hydrology. 240(3-4), pp Turcotte, R., Rousseau, A.N., Fortin, J.P., Villeneuve, J.P. (2002), in Calibration of Watershed Models, édité par Duan et al., AGU Water Resources Monograph Series. Turcotte, R., Fortin, L.G., Fortin, J.P., Fortin, V., Villeneuve, J.P (2006- soumis). Operational analysis of the spatial distribution and the temporal evolution of the snowpack water equivalent in southern Québec, Canada, Nordic hydrology. En gras : auteurs du CEHQ

11 Bassins versants avec de la prévision hydrologique : modèle Hydrotel Note : le CEHQ est la seule organisation qui utilise Hydrotel opérationnellement

12 Validation du modèle Utilisation du modèle a posteriori en mode simulation historique avec des précipitations observées

13 Prévision des apports Série météorologique Passé récent Futur temperatures and precipitations Prévisions météorologiques Réseau météorologique Modèle hydrologique Prévision principale Mise à jour interactive des variables d état Réseau hydrométrique Apports simulés Prévision : aucune nouvelle précipitation Apports observés Apports prévus Analyse de la neige au sol Passé récent Futur Apports simulés et prévus Prévision d ensemble

14 Calcul des apports Contour bassin versant N Apport Q Débit de soutirage Seuls le niveau «N» et le débit «Q» sont observables L apport est déduit Les résultats diffèrent selon la méthode de calcul

15 Prévision des apports Série météorologique Passé récent Futur temperatures and precipitations Prévisions météorologiques Réseau météorologique Modèle hydrologique Prévision principale Mise à jour des variables d état Réseau hydrométrique Apports simulés Prévision : aucune nouvelle précipitation Apports observés Apports prévus Analyse de la neige au sol Passé récent Futur Apports simulés et prévus Prévision d ensemble

16 Relevés nivométriques Mesure de l équivalent en eau et de la hauteur de neige Intervalle de deux semaines

17 Cartographie de l équivalent en eau de la neige au sol Interpolations spatiale et temporelles des données des relevés nivométriques et de précipitations Zones ouvertes Feuillus Résineux Disponible sur l Internet :

18 Prévision des apports Série météorologique Passé récent Futur temperatures and precipitations Prévisions météorologiques Réseau météorologique Modèle hydrologique Prévision principale Mise à jour interactive des variables d état Réseau hydrométrique Apports simulés Prévision : aucune nouvelle précipitation Apports observés Apports prévus Analyse de la neige au sol Passé récent Futur Apports simulés et prévus Prévision d ensemble

19 Prévisions disponibles Prévision hydrologique principale : Prévision météorologique déterministe (horizon temporel : 6 jours) Scénarios de prévision ad hoc : Prévision météo définie par l usager Prévisions d ensemble : Distribution empirique des probabilités de P à court terme et prévision déterministe des T (horizon temporel: 2 jours) Prévision principale aucune nouvelle Précipitation prévue Utilisation de la climatologie pour P et T (horizon temporel: jour 3 jusqu à 6 mois) Prévision d ensemble P : Quantité de précipitations T : Température de l air

20 Plan de la présentation 1. Introduction 2. Description du système de prévision 3. Organisation des opérations 4. Exemples d application 5. Conclusion

21 Équipe Division de l hydrométéorologie Prévision opérationnelle Richard Turcotte, Ingénieur, chef Charles Poirier, Ingénieur Acquisition de données Yvon Bernard, Analyste en informatique Support et développement informatique Pierre Lacombe, Analyste en informatique Support en modélisation Louis-Guillaume Fortin, Ingénieur junior

22 Logiciel SPH Système de Prévision Hydrologique Programme développé au CEHQ Visual basic / ADO Design orienté-objet Options automatique et manuelle de préparation des prévisions Diffusion interne et externe des prévisions

23 Plan de la présentation 1. Introduction 2. Description du système de prévision 3. Organisation des opérations 4. Exemples d application 5. Conclusion

24 Exemples d applications FRANCES : automne 2004 Étiage sévère : hiver 2003

25 Restes de la tempête FRANCES : Automne 2004 Bassin versant du lac Kénogami Source : NOAA Bulletin régulier de prévision Reçu à 8h le 9 septembre Alertes météorologiques Reçu à 15h30 le 9 septembre 2004/09/09 15h30 RESERVE FAUNIQUE DES LAURENTIDES. AVERTISSEMENT DE PLUIE ABONDANTE EN VIGUEUR. CE SOIR ET CETTE NUIT..PLUIE PARFOIS FORTE. QUANTITE PREVUE DE 60 A 70 MM. VENTS DU NORD-EST DE 30 KM/H. MINIMUM 8. VENDREDI..PLUIE PASSAGERE CESSANT EN APRES-MIDI. NUAGEUX PAR LA SUITE. QUANTITE PREVUE DE 5 MM. VENTS DU NORD DE 20 KM/H. MAXIMUM 12. INDICE UV DE 3 OU MODERE.

26 Options de gestion 9 septembre : 15h30 (réception de l alerte) Niveau = m Soutirage = 150 m 3 /s (Portage + Pibrac) Nom de l option «Gestion normale» «Au seuil des dommages mineurs» «Au seuil des dommages majeurs» Soutirage Soutirage élevé mais nettement inférieur au seuil des dommages mineurs (300 m 3 /s) Soutirage au seuil des dommages mineurs dans les rivières en aval (405 m 3 /s) Soutirage au seuil des dommages mineurs dans les rivières en aval (480 m 3 /s) Niveau du lac Niveau maximal en opération normale ( m) Niveau seuil à partir duquel des dommages mineurs sont possibles autour du lac ( m) Niveau seuil à partir duquel des dommages majeurs sont possibles autour du lac ( m) Délai Délai Trois options de gestion

27 Précipitations maximales gérables avec une option donnée et conformes à l objectif de cette option Nom de l option «Gestion normale» «Au seuil des dommages mineurs» «Au seuil des dommages majeurs» Précipitations maximales

28 Probabilités Nom de l option «Gestion normale» Précipitations maximales 66 Probabilité 7.2 % «Au seuil des dommages mineurs» «Au seuil des dommages majeurs» % 0.8 % Précipitations prévues de 50 mm et plus Les prévisions de quantités de précipitations sont biaisées

29 Ce qu il s est réellement produit 62 mm de précipitations Répartition différente des précipitations Apports observés approximatifs Volumes équivalents

30 Étiage sévère : hiver 2003 Apports historiques d octobre à mai ( ) calculés à partir des observations hydrométriques 21 janvier Niveaux observés de septembre 1996 à septembre 2003 Niveau critique de

31 Analyse du 21 janvier Scénarios de prévisions des apports Niveau d eau d selon les scénarios d apports d : soutirage = 30 m 3 /s (impact mineur) Probabilité d abaisser le niveau sous 154,41 m : soutirage = 30 m 3 /s (impact mineur) %

32 Étiage sévère : hiver 2003 L analyse du 21 janvier a contribué : Au constat sur l augmentation rapide des risques de manquer d eau à compter du 18 mars 2003 À la prise de décision pour réduire les soutirages à 21 m 3 /s en date du 6 mars 2003 À éviter des problèmes d alimentation en eau plus importants Niveau critique de

33 Plan de la présentation 1. Introduction 2. Description du système de prévision 3. Organisation des opérations 4. Exemples d application 5. Conclusion

34 Conclusion État de l art en prévision hydrologique Équipe : expertise complète en opération et en développement de système de prévision La prévision n égale pas la réalité : cadre d analyse statistique utile Permet de supporter la prise de décision Merci de votre attention / Questions?

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