1. Problématiques hydrologiques et méthodes d analyse

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1 Cours 1 Hydrologie M1 : Sciences de la Terre, de leau et de lenvironnement (ST2E) Ingénierie des Hydrosystèmes et des Bassins Versants (IHBV) 1. Problématiques hydrologiques et méthodes danalyse 2. Données 2.1. Précipitations Florentina Moatar Université François Rabelais de Tours UMR CNRS/INSU 6113 ISTO-Tours

2 Problématiques hydrologiques Introduction Eau = risque Eau = ressource Prédétermination Pour: - Dimensionnement des ouvrages - Zonage des terrain Impact anthropique Changement climatique Connaissance de la ressource Prévision crues Pour lalerte aux populations Prévision étiages Restrictions deau

3 Différence Prédétermination / Prévision Introduction Prédétermination Recherche dune distribution statistique dune grandeur X pour lévaluation dun risque ou dune probabilité X X Prévision Evolution dune grandeur X évoluant Dans le temps? 0 fréquence 1 temps

4 Introduction Méthodes : Analyse statistique des données obs ou simulées CRUES ETIAGES Renard, 2006, Thèse INPG, Cemagref

5 Exemple de fiche - station pour le bassin de la Loire Introduction La Loire à Villerest: 16 descripteurs pour létiage et le régime moyen Renard, 2006, Thèse INPG, Cemagref

6 Méthodes Introduction Analyse statistique des données obs ou simulées Régionalisation hydrologique Modélisation hydrologique Modèles à base physique Modèles empiriques Modèles conceptuels

7 Plan du cours 1) Données nécessaires pour lanalyse hydrologique Précipitations Débits Autres données météorologiques et hydrologiques Données géographiques 2) Principes de modélisation hydrologique 3) Production hydrologique et processus associés 4) Transfert hydrologique 5) Prédétermination et prévision des crues 6) Prédétermination et prévision des étiages 7) Impacts des activités humaines et des changements climatiques

8 Données séries temporelles et données historiques qui permettent de suivre de façon continue ou discontinue lévolution temporelle des : forçages climatiques variables détat du système les données géographiques (spatiales)

9 Précipitations

10 Mécanismes de formation des précipitations et Types 3 types de précipitations De courte durée De forte intensité Fronts froids Précipitations Brèves, intenses Pas très étendues Fronts chauds Précipitations Longues, peu intenses Aires géographiques

11 Précipitations Mesure directe, mais ponctuelle Pluviomètre Pluviographe Mesure spatiale, mais indirecte Radars Radar Bollène du réseau ARAMIS, Météo France Région Cevennes-Vivarais

12 un collecteur une surface définie un système de mesure Mesure des précipitations 2 types principaux de pluviographes : le pluviographe à siphon le pluviographe à augets basculeurs

13 Erreurs de mesure - grandeurs dinfluences comme le vent et la température, - caractéristiques et état du cône de réception (mouillage), - implantation du pluviomètre (proximité dobstacles), - transducteur (erreur de surremplissage, mauvais basculements des augets, débordement, résolution temporelle). Installation idéale Organisation mondiale de la Météorologie, WMO, 1994, Guide des pratiques hydrologiques, 5ème édition

14 Interpolation spatiale et lame précipitée sur une surface donnée P1(t) PM =? P4(t) P1(t) P4(t) P2(t) dm, 2 P5(t) PD =? P2(t) P5(t) P3(t) P6(t) P3(t) P6(t) P M ( t) n = λ i= 1 M, i * Pi ( t) λ M, i = 1 d n i, M 1 d i= 1 i, M x x

15 Interpolation spatiale et lame précipitée sur une surface donnée méthode dinterpolation la plus simple : affecter le même poids à toutes les stations proches (moyenne arithmétique) méthode dinterpolation «inverse distance» ou «inverse distance au carré» méthode dinterpolation «polygones de Thiessen» méthode dinterpolation «isohyètes» méthodes géostatistiques, telles que la méthode du krigeage avantages pour les méthodes inverse distance et polygones Thiessen les poids à affecter aux différentes stations sont invariants dans le temps avantage pour la méthode du krigeage évaluation de lincertitude sur les valeurs estimées lincertitude sur la lame deau estimée est dautant plus grande que le réseau est peu dense et que le pas de temps considéré est petit

16

17 Interpolation spatiale et lame précipitée sur une surface donnée Cévennes-Vivarais - observation opérationnelle - pluviomètres 300 stations pluviométriques pas de temps horaire EDF Météo France Service de prévision des crues du Grand Delta Avec 11 postes pour 1000 km² Lobservatoire ne «voit» pas un épisode de 80 km² de diamètre sur deux Neppel et al, Houille Blanche, 2009(6)

18 Radars météorologiques instruments importants pour lobservation des épisodes convectifs mesure la rétro-diffusion de londe (émise par le radar) par les hydrométéores bande X : λ = 3 cm bande C: λ = 5 cm bande S : λ = 10 cm les restitutions sont données à laide de post-processeurs informatiques pour différentes coupes verticales ou horizontales de latmosphère résolutions horizontale entre 0.5 km x 0.5 km et 4 km x 4 km résolution temporelle de 5 à 10 minutes

19 Radars météorologiques : incertitudes les échos fixes et les zones masquées : obstacles (bâtiments, relief) forts gradients de réflectivités avec laltitude phénomènes datténuation mouvements ascendants ou descendants de latmosphère données particulièrement difficiles à exploiter dans les régions montagneuses

20 Combinaisons de séries journalières et horaires des réseaux au sol Désagrégation au pas de temps horaire de la précipitation journalière Appliquer à la pluie journalière mesurée en un poste pluviométrique donné, la structure temporelle observée au cours de la même journée en une station pluviographique voisine - Combinaisons de mesures au sol et de données radar mesures conventionnelles au sol permettant le calage des images radar mesures radar permettant lestimation de la variabilité spatiale du processus

21 Pas de temps des précipitations : - Adapté aux objectifs fixés - Réactivité du bassin étudié Hebdomadaire, Mensuel -Gestion saisonnière de la ressource -bassins versants > km² qqs minutes, 1 heure, < 24 h - prévision des crues - collecte des eaux de ruissellement. - bassins versants < 10 4 km² Réseaux de pluviomètres et pluviographes : - sériés journalières remontent à la fin du XIXe siècle - séries avec un pas de temps plus fin à partir des années 1970

22 Précipitations mensuelles dans la BDCLIM Données Météo-France

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