3. Modélisation hydrologique

Documents pareils
Modélisation intégrée des écoulements pour la gestion en temps réel d'un bassin versant anthropisé

Innovations Majeures de la Version 4

Projet SENTINELLE Appel àprojets «CO 2»Déc. 2007

Laboratoire Hydrologie et Aménagement (HYDRAM) Rapport de Master

Les technologies IT au service de la. Application àl ORBE. Présentation: Dr Philippe Heller

" Gestion des données issues du réseau de mesures limnimétriques des cours d eau non navigables "

LOGICIEL DE MODÉLISATION INTEGRÉE 1D/2D POUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES ET DES EAUX USÉES. drainage. Micro Drainage

Anticiper la gestion d'un séisme dommageable Anticipare la gestione dei danni di un terremoto

FORD C-MAX + FORD GRAND C-MAX CMAX_Main_Cover_2013_V3.indd /08/ :12

Rapport annuel de monitoring automatisé de la qualité de l eau

La base de données régionale sur les sols. d Alsace. La base de données régionale sur les sols d Alsace

MERLIN GESTION PATRIMONIALE. Groupe GESTION PATRIMONIALE. Définition d un programme de renouvellement

La modélisation, un outil pour reconstituer (et prédire) climat et végétation

LIDAR LAUSANNE Nouvelles données altimétriques sur l agglomération lausannoise par technologie laser aéroporté et ses produits dérivés

Applications of Earth Observation for Disaster Risk Management

Principes généraux de la modélisation de la dispersion atmosphérique

Cartes de bruit stratégiques

La gestion opérationnelle de la météosensibilité. La prévision météorologique et hydrologique au cœur de l Économie et de la Société

OpenFLUID Software Environment for Modelling Fluxes in Landscapes

AMTEC RESOURCES MANAGEMENT LTD. CREATION D UNE BANQUE DE DONNEES DONNEES GEOSPATIALES NATIONALE

APPROCHES SIMPLIFIÉES POUR L ÉVALUATION DES PARAMÈTRES DE CONCEPTION POUR LES BASSINS DE FAIBLES DIMENSIONS. Gilles Rivard, ing. M. Sc.

LA GESTION DES EVENEMENTS PLUVIEUX

Estimation de potentiel éolien

Le projet DRIAS : premières études et documents

Journée technique ARRA Gestion quantitative de la ressource en eau

REGIONALISATION DE L'ECOULEMENT MAXIMAL DU BASSIN VERSANT DE CRISULALB

Rivière Saint-Charles Tronçon 2 Ville de Québec

La surveillance appliquée à la gestion des risques géotechniques miniers

Monitoring de surface de sites de stockage de CO 2 SENTINELLE. (Pilote CO2 de TOTAL Lacq-Rousse, France) Réf. : ANR-07-PCO2-007

Modélisation couplée des processus de surface et souterrains pour prédire la distribution spatiale de l'évapotranspiration.

Régionalisation des régimes de perturbations et implications pour l aménagement dans un contexte de changement climatique

ALERTE ET GESTION DES CRUES ÉCLAIRS SUR LES PETITS BASSINS VERSANTS URBAINS

COT & COGC de Paris Saint-Lazare

Prospective: Champ de gravité, méthodes spatiales

Sillage Météo. Notion de sillage

Base de données de l'observatoire de Recherche ORACLE

ITIL Gestion de la capacité

Systèmes de stockage simples à installer et économiques

Projet ClimSec. Impact du changement climatique en France sur la sécheresse et l eau du sol

BANC D ETALONNAGE EN TEMPERATURE

Prédiction de couverture de champ radioélectrique pour les réseaux radiomobiles : L apport du Système d Information Géographique ArcInfo 8

Chapitre 2 Introduction aux objectifs des coûts. Pr. Zoubida SAMLAL-Doctorante en Risk Management MBA, CFA

Une bonne estimation des bilans

Évolution du climat et désertification

Post-processing of multimodel hydrological forecasts for the Baskatong catchment

Solution logicielle pour le pilotage et l ERM. Journées d études IARD 26 mars mars 2010

De la mesure à l analyse des risques

Latitude N Longitude E Altitude 376 m RÉSUMÉ MENSUEL DU TEMPS DE JANVIER 2014

Modélisation géostatistique des débits le long des cours d eau.

Résumé non technique. Tableaux d estimation

Projet Institutional Support to African Climate Initiative (ISACIP) ATELIER DE RENFORCEMENT DE CAPACITÉS Niamey, 17 au 25 mars 2014

MISE EN DÉCHARGE. Une entreprise de Bayer et LANXESS

Plateforme STAR CLM. Gestion intégrée des réseaux multilingues d entreprise

BILAN HYDRIQUE ET BESOIN D IRRIGATION DE LA CEREALICULTURE EN REGION SEMI-ARIDE.

L évidence écologique Une station d assainissement où il fait bon se

Logistique, Transports

LA DISPERSION ATMOSPHERIQUE

La gestion des eaux à la CACG. RIO : une approche intégrée

Mémoire de Fin d Etudes Ingénieur ENGEES

ANALYSE DE LA DISTRIBUTION SPATIALE DU RÉSEAU DE SURVEILLANCE DE LA DÉFENSE CIVILE DE LA RÉGION DE MOLISE

L utilisation du lidar terrestre en foresterie. Richard Fournier Département de géomatique appliquée

I Stabilité, Commandabilité et Observabilité Introduction Un exemple emprunté à la robotique Le plan Problème...

4. Résultats et discussion

Présentation : A. A. TOSSA

Evaluation et cartographie par SIG du risque glissement de terrain. Application aux Alpes du Sud.

ETUDE D IMPACT ACOUSTIQUE

LA SURVEILLANCE DES PHÉNOMÈNES MÉTÉOROLOGIQUES POUR PRODUIRE DE L ÉLECTRICITÉ EN TOUTE SÉCURITÉ

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

Continuité et dérivabilité d une fonction

TABLE DES MATIÈRES. PRINCIPES D EXPÉRIMENTATION Planification des expériences et analyse de leurs résultats. Pierre Dagnelie

ECSTREM, UNE APPROCHE PRATIQUE POUR PREDIRE LA PRODUCTION SEDIMENTAIRE DES TORRENTS DES ALPES FRANÇAISES

Diagnostic de la Tranche 1 du programme. de restauration de la Sienne

Objectifs présentés. Discussion générale

STRATEGIES DE CONDUITE DE L IRRIGATION DU MAÏS ET DU SORGHO DANS LES SITUATIONS DE RESSOURCE EN EAU RESTRICTIVE

Sommaire 3.4. CRUE SUR UN PETIT BASSIN VERSANT INTUMESCENCE - DYSFONCTIONNEMENT D OUVRAGES HYDRAULIQUES...22

Problème 1 : applications du plan affine

RÉFÉRENTIEL PROFESSIONNEL DES AGENTS AFIS

Utilisation des NTIC*.pour optimiser les pratiques de pulvérisation et limiter la contamination de l environnement

Comment quantifier l incertitude prédictive en modélisation hydrologique?

SELLE Masse d'eau AR51

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Elaboration d un Plan Local d Urbanisme / d un Agenda 21

OKKI LETTRE DE MISSION DIAG- NUM-TER MANCHE TOURISME 29/07/2013

Modélisation aléatoire en fiabilité des logiciels

Construction et mise en œuvre d un simulateur hydrologique et chimique du bassin ferrifère lorrain BRGM/RP FR

Rôle joué par la forêt sur l hydrologie des régions Méditerranéennes Synthèse des recherches menées en France

!-.!#- $'( 1&) &) (,' &*- %,!

Environmental Research and Innovation ( ERIN )

Système de Gestion Informatisée des. Exploitations Agricoles Irriguées avec Contrôle de l Eau

LA VILLE ET SON ASSAINISSEMENT. L essentiel

Surveillance et Detection des Anomalies. Diagnostic d une digue: rappel méthodologique

FORMATION TECHNIQUE sur la collecte et le traitement des données socio-économiques

L image satellite : simple effet de mode ou. apport réel?

Vérifier la qualité de vos applications logicielle de manière continue

une expertise 360 de la communication : édition, affichage, web, radio, packaging, B to B, événementiel

Exemple de prévision et de simulation opérationnelle des débits d'étiage pour les besoins d'edf

Votre Réseau est-il prêt?

DROIT, ÉCONOMIE & GESTION MASTER MANAGEMENT ET COMMERCE INTERNATIONAL (MCI) MANAGEMENT ET MARKETING A L INTERNATIONAL (MMI)

FAITS SAILLANTS : 1. CONDITIONS CLIMATIQUES ET ENVIRONNEMENTALES EN AFRIQUE

Transcription:

Cours 3 Hydrologie M1 : Sciences de la Terre, de l Eau et de l Environnement (ST2E) Ingénierie des Hydrosystèmes et des Bassins Versants (IHBV) 3. Modélisation hydrologique 3.1. Principes et principaux enjeux 3.2. Structure et variables d un modèle hydrologique 3.3. Estimation des paramètres 3.4. Validation des modèles 3.5. Exemple de modèles Florentina Moatar Université François Rabelais de Tours UMR CNRS/INSU 6113 ISTO-Tours Florentina.moatar@univ-tours.fr

une des principales méthodes : Modélisation hydrologique problématiques hydrologiques (prédétermination, prévision, impacts) complément à l observation (reconstitution, vérification des données, recherche) représentation simplifiée d un système physique donné et des différents processus explicatifs de son fonctionnement en fonction des processus hydrologiques en jeu, le modèle prend en compte seulement certains processus et échelles de temps transformation de la pluie en débit en période de crue évaluation (annuelle et inter-annuelle) de la ressource en eau

Le comportement d un bassin versant et complexe Hétérogénéité du milieu 10 0 10 1 10 2 100 ans Longueur (m) 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 Multitude des processus 1 an 1 mois 10 7 10 6 Échelles de temps et d espace 1 jour 1 heure 10 5 10 4 10 3 1 min 10 2 10 1 Temps (s) 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km 1000 km 10 000 km Blosch et Sivapalan, Hydrological processes, 1995(9)

Structure et variables d un modèle hydrologique Sollicitations hydrométéorologiques Variables d entrées X 1 (t), X 2 (t), Modèle hydrologique schématisation du milieu schématisation des processus paramètres φ1, φ2,.. variables d état Y 1 (t), Y 2 (t) + Conditions initiales Y 1 (t0), Y 2 (t0).. Conditions limites CL 1 (t), CL 2 (t) Z Réponse du système hydrologique Variables de sorties Z 1 (t), Z 2 (t),. ( t) = G[ X ( t), Y ( t), CL( t), φ] ε ( t, φ) obs + Z Hingray et al, EPFL 2009

Variables d entrée, variables de sorties et erreurs d un modèle Entrée réelle mesures Entrée observée Système réel Modèle Réponse réelle Réponse observée Z(t) mesures observé simulé Réponse simulée erreur Temps (t) Hingray et al, EPFL 2009

Variables d état et paramètres du modèle Variables d état variables descriptives de l état du vrai système physique taux de saturation moyen du sol = état d humidité d un sol (profil d humidité) équivalent en eau du manteau neigeux = hauteur, densité, degré de maturité Paramètres du modèle = constantes (grandeurs abstraites, caractéristiques physiques du milieu Modèles distribués ou semi-distribués paramètres et variables d état varient dans l espace

Conditions initiales et conditions aux limites Conditions initiales Valeurs initiales affectées aux variables d état, Y(t0) Conditions aux limites Les valeurs des variables d état du modèle aux frontières du bassin versant pour chaque pas de temps de la période couverte par la simulation

Principaux types de modèles Suivant la nature des relations utilisées Modèles empiriques, conceptuels ou à base physique Suivant la manière de représenter le milieu Modèles globaux, distribués, spatialisés ou semi-spatialisés Suivant la manière de considérer les relations entre variables Modèles déterministes ou stochastiques Suivant la nature des périodes de temps considérés pour la simulation Modèles «événementiels» ou «de simulation continue» Ambroise, 1999, Revue des sciences de l eau

Hingray et al, EPFL 2009

Les modèles conceptuels dits à réservoirs i i h q=f(h) h h0 q2=f(h-h0) Si h>h0 q1=f(h) Capacité de stockage infinie Capacité de stockage limitée Modele Topmodel, Beven et Kirkby, 1979

Moatar et al, Geosciences, sous presse

Hingray et al, EPFL 2009

Démarche pour le développement d un modèle hydrologique Définir les objectifs Données de terrain Modèle conceptuel Sélection / Développement d un code Comparaison avec données de terrain Estimation / Calibration Evaluation/ Validation Critères de performance Comparaison avec données de terrain Simulation Post-audit Exploitation

Composantes type d un modèle hydrologique Spatialisation des données météorologiques Gestion de la neige Répartition des flux à l interface Sol-Végétation-Atmosphère Transfert des ruissellement Et des volumes infiltrés à l exutoire Propagation en rivière Et/ou Routage dans les réservoirs

Estimation des paramètres Entre 4 et 10 paramètres pour les modèles conceptuels globaux Plusieurs dizaines, voire plus, pour les modèles spatialisés méthode déterministe (valeurs optimales) méthode probabiliste (valeurs optimales et distribution de probabilité) Spécification des paramètres À sens physique Spécification des paramètres À l aide de modèles régionaux Estimation des paramètres par calage

D après Perrin, 2000

La procédure de calibration le jeu de données à utiliser pour la calibration un ou plusieurs critères de performance une méthode pour identifier les valeurs optimales

Critères de performance CRB = 1 n n i= 1 ( Q obs Q, i calc, i) Critère de biais Critère de Nash Calculé sur les débits Critère de Nash Calculé sur les racines Carrées des débits Critère de Nash Calculé sur les Logarithmes des débits

La procédure de validation validation croisée validation en transposition spatiale validation différentielle validation à l aveugle

Erreurs et incertitudes des modèles hydrologiques liées au modèle (structure + paramètres) liées aux mesures erreurs de mesure et faible représentativité spatiale de certaines mesures ponctuelles collecte et traitement des données (ex. débit et courbe de tarage) représentativité agrégée de certaines variables (ex. pluies) imperfection des modèles utilisés pour le calcul des données d entrée (ex. ETP, ETM ) méconnaissance de certaines perturbations anthropiques

Modèle conceptuel global GR4J description du bassin versant global ou semi-spatialisé dans certaines versions description des processus production : réservoir à capacité de stockage limitée; 1 param. transfert : deux hydrogrammes unitaires en parallèle : 1 param. routage : réservoir non linéaire à capacité de stockage limitée : 2 param. autres caractéristiques pas de tps journalier et aussi horaire, mensuel ou annuel données nécessaires : précipitations, ETP et débits estimation des paramètres : calage mais régionalisations possibles htttp://www.cemagref.fr/webgr

Modèle conceptuel distribué : HBV description du bassin versant distribué en fonction de l altitude et du couvert végétal description des processus 5 réservoirs et 7 à 9 paramètres module neige : réservoir avec accumulation interception : réservoir de stockage sur les surfaces boisées production : trois réservoirs en série, 6 paramètres transfert : hydrogramme unitaire, 1 paramètre autres caractéristiques pas de tps: journalier adapté aux bassins alpins et nordiques avec forte influence neigeuse peu consommateur en tps, moyens informatiques et humains htttp://smhi.se/sgn0106/if/hydrologi/hbv.thm

Modèle conceptuel spatialisé : le modèle CEQUEAU description du bassin versant découpé en surfaces élémentaires «carreaux entiers» et «carreaux partiels» description des processus Production : calculée sur chaque carreau entier 3 à 4 réservoirs 27 paramètres spatialisés à caler Transfert : modèle conceptuel de transfert de «carreau partiel» à «carreau partiel» autres caractéristiques pas de tps: 1, 2, 3, 4, 6..12 et 24 heures besoin important des données interfaçage avec un SIG consommateur de tps, moyens informatiques et humains htttp://www.inrs-ete.uquebec.ca/activites/modeles/cequeau

Modèle à base physique spatialisé : SHE Système Hydrologique Européen, Abbott et al, 1986 description du bassin versant découpé en mailles carrés régulières, MNA description des processus bilan hydrique sur le BV en se basant entièrement sur des équations physiques et des paramètres spatialisés Neige: accumulation + fonte par bilan d énergie Interception Evapotranspiration : modèle de Penman et Penman Monteith Infiltration et percolation : équations de Richards 1D et Darcy 2D Ruissellement : hortonien + transfert par Barré de Saint-Venant Routage des débits : Barré de Saint-Venant 1D autres caractéristiques pas de tps: flexible de la minute à la journée à priori aucun paramètre à caler mais calibration possible interfaçage avec un SIG consommateur de tps, moyens informatiques et humains