Historique des normes hydrologiques actuelles et perspectives

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1 Première réunion du Groupe de travail sur la révision des normes hydrologiques en Afrique de l Ouest et du Centre Historique des normes hydrologiques actuelles et perspectives Pierre Ribstein UMR 7619 Sisyphe, Université P. & M. Curie 2iE, Ouagadougou, 04 avril

2 Quels repères chronologiques Rodier et Auvray Estimation des débits de crue décennale pour les petits bassins versants de superficie inférieure à 200 km2 en Afrique Occidentale. ORSTOM CIEH Dubreuil et al Recueil des données de base des bassins représentatifs et expérimentaux : ORSTOM Rodier Evaluation de l écoulement annuel dans le Sahel tropical africain. ORSTOM Puech et Chabi-Gonni Méthode de calcul des débits de crue décennale pour les petits et moyens bassins versants en Afrique de l Ouest et Centrale. CIEH Nouvelot Guide des pratiques hydrologiques sur les petits bassins versants ruraux en Afrique tropicale et équatoriale. FAO Crues et apports. Manuel pour l estimation des crues décennales et des apports annuels pour les petits bassins versants non jaugés de l Afrique sahélienne et tropicale sèche. Bulletin FAO n 54. 2

3 Un cadre plus large 1986 : Colloque international sur la révision des normes hydrologiques suite aux incidences de sécheresse, Ouagadougou (Burkina Faso), CIEH. En Afrique : HAPEX, FRIEND-AOC, AMMA, PUB (Prediction in Ungauged basins) de l AISH 3

4 Un sujet très (trop?) vaste Crues et apports Petits et grands bassins Régional : Sahel, Afrique sèche, Afrique humide Situation passée, actuelle, future : climat, anthropisation Séparer différentes questions? 4

5 La prédétermination de la crue décennale : 2 méthodes différentes basées sur des observations identiques 2 méthodes : ORSTOM et CIEH Estimation de Q10 à partir des observations Explications des Q10 observés à partir de variables explicatives : variables pluviométriques et géomorphologiques Réviser les normes = réviser les observations et/ou adopter de nouvelles méthodes d explications? 5

6 Les observations disponibles Rodier et Auvray bassins < 120 km < Pan < 1600 mm Dubreuil et al Puech et Chabi-Gonni bassins (89 ensembles de BVRE africains) 162 bassins (150 < Pan < 1600 mm) Nouvelot FAO bassins 414 bassins Qualité et quantité de nouvelles observations? 6

7 Recueil des BVRE (Dubreuil et al. 1972) 7

8 FAO (1996) : annexe 2 Pluviométrie Nombre de bassins Superficie Nombre de bassins < à à à > < à à à > non mentionné 8 Un total de 414 bassins, avec au moins une estimation du débit décennal, 232 bassins revus par Rodier en 1992; 301 bassins où l'on a des données anciennes; 129 bassins où l'on a les 2 types d'estimations. 8

9 La crue décennale issue des observations pour les méthodes ORSTOM et CIEH La crue décennale «observé» est issue de la pluie décennale par une approche de type «hydrogramme unitaire» La pluie décennale est estimée à partir de la carte CIEH (1985) La pluie annuelle est utile pour les deux méthodes Que faire des estimations passées si non stationnarité des pluies? Hors du Sahel, l hydrogramme unitaire est il applicable? 9

10 La pluie décennale CIEH (1985) 10

11 La pluie annuelle CIEH (1985) 11

12 Expertise pour estimer la crue décennale à partir des observations Homogénéité des estimations de Q10 (J.A. Rodier a tout regardé) et des variables explicatives (pluie, morphologie) Développement d une «check-list» commune aux deux méthodes qui traduit l expertise nécessaire dans tous les cas Pour les nouveaux bassins, il faudra être «expert» pour estimer Q10? Expertise difficile à automatiser! 12

13 Révision de la méthode de calcul (Rodier, 1984) 13

14 La prédétermination de la crue décennale par la méthode ORSTOM avec, Qr 10 = A. P 10. Kr 10. α 10. S / Tb 10 A le coefficient d'abattement P 10 la hauteur de pluie journalière décennale Kr 10 le coefficient de ruissellement correspondant à la crue décennale α 10 le coefficient de pointe correspondant à la crue décennale S la superficie du bassin versant Tb 10 le temps de base correspondant à la crue décennale 14

15 La prédétermination de la crue décennale par la méthode ORSTOM pour les plus petits bassins Valeurs choisies Valeurs déduites Superficie S Indice de pente Igcor Infiltrabilité P, Rimp, Imp Pluie décennale 70 ou 100 mm temps de montée unitaire Tm temps de base unitaire Tb Coefficient de ruissellement global Kr Valeurs imposées Forme du hyétogramme de pluie Forme de l hydrogramme unitaire (Qmax/Qmoy = 2.5) Pluie d imbibition, variation du ruissellement Kr Résultats Composition des hydrogrammes unitaires Débit de pointe Qmax temps de montée et temps de base 15

16 La prédétermination de la crue décennale par la méthode ORSTOM 16

17 La prédétermination de la crue décennale par la méthode ORSTOM Coefficient de ruissellement décennal Kr70 pour S>70 km 2 en zone Sahélienne 17

18 La prédétermination de la crue décennale par la méthode CIEH Basée sur un schéma de régression multiple sur 414 bassins : où: a, s. p. i, k. d...sont des coefficients à déterminer et S est la surface du bassin km², Ig est l'indice global de pente (m/km) est la pluie annuelle moyenne (mm) Kr 10 est le coefficient de ruissellement décennal (%) Dd est la densité de drainage (km -1 ) (la liste n'est pas limitative). 18

19 La prédétermination de la crue décennale par la méthode CIEH Sélection de sous-ensembles : climatique, géographique, selon la fiabilité des données Nombreuses régressions possibles pour un même bassin Utilisation de la «check-list» pour corriger éventuellement certaines variables explicatives 19

20 Commentaires valables pour les deux méthodes ORSTOM et CIEH Même si ces méthodes semblent faciles à appliquer, elles nécessitent une expertise (et donc beaucoup de formation!) Problème de l estimation de la pluie décennale s il n y a pas stationnarité Importance et difficulté d estimer le coefficient de ruissellement décennal Le Sahel semble une région plus homogène pour les deux méthodes. Par exemple la méthode CIEH considère des régressions sans coefficient de ruissellement au Sahel Résultats considérés avec une «erreur» de l ordre de 50% 20

21 Perspective 1 : régionalisation Q 10 = A. S a. Ig β Exposants a et β Variation selon la région Comparaison de régionalisation en France pour 900 stations (Oudin et al., WRR, 2010) : régionalisation par régression, par proximité, par similarité 21

22 Perspective 2 : Gradex (EDF) Il n y a pas de validation possible du débit décennal. Obtenir quelques valeurs fiables et comparer différentes méthodes 22

23 Perspective 3 : méthode Schadex (EDF) Une méthode basée sur la simulation 23

24 Perspective 4 : méthode Shyreg (Cemagref) Simulateur de pluies horaires, transformation pluies en débits par GR à l événement Régionalisation des paramètres B et C, Calage du paramètre So/A 24

25 Les ruptures d ouvrages Un problème de mauvais dimensionnement? Un changement dans les conditions climatiques? Un changement dans les caractéristiques de bassin? 25

26 Quelques commentaires de conclusion Il faut procéder par étapes pour réviser la norme hydrologique de calcul de la crue décennale sur un bassin non jaugé Compléter par de nouvelles observations (nouveaux bassins) Chercher des séries plus longues pour obtenir des valeurs de débit décennal fiables, Relancer des observations sur des bassins déjà observés Initier des «retours d expérience» à chaque fois qu un ouvrage a cédé pour vérifier les conditions de dimensionnement / les conditions de rupture Utiliser les nouveaux outils (télédétection, MNT, ) pour caractériser les bassins Appliquer des méthodes à base de simulation et de régionalisation There are two kinds of forecasters : those who don't know, and those who know they don't know... J. K. Galbraith (p.ph.) 26

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