Elaboration et validation d'informations pluviométriques et géomorphologiques pour la...

Elaboration et validation

d'informations pluviométriques et géomorphologiques

pour la modélisation hydrologique

de petits bassins non jaugés.

Encadrants : Charles Obled et Isabella Zin

Thomas Finet Soutenance de PFE-M2R

1

Plan de la présentation

1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés

2) Les précipitations fournies par SAFRAN

3) Modélisation hydrologique par Topmodel

4) Conclusions et perspectives

1-1) Démarche employée

1-2) Entrée du modèle : réflexion sur le réseau de mesure du massif de Belledonne


2






2-1) Présentation sommaire de SAFRAN

2-2) Pertinence des données SAFRAN pour notre étude

2-3) Conclusion sur leur utilisation dans notre contexte


2








3-1) Présentation du modèle

3-2) Calage du modèle sur un bassin jaugé : le Sonnant d'Uriage

3-3) Extension à un bassin non jaugé : le Vorz


2



2-3) Conclusion sur leur utilisation dans notre contexte










3-1) Présentation du modèle

3-2) Calage du modèle sur un bassin jaugé : le Sonnant d'Uriage

3-3) Extension à un bassin non jaugé : le Vorz



2-3) Conclusion sur l'utilisation de SAFRAN en hydrologie


2



3

Décennie de l'AISH sur la Prévision en Bassin Non jaugé (Programme PUB)

(Sivapalan et al. 2003) Prediction on ungauged

basins

Bassin jaugé

Bassin non jaugé

Mesure hydrométrique

Démarche : (Hundecha et al. 2007)



3

Bassin jaugé

Bassin non jaugé




basins

Détermination de paramètres caractéristiques du bassin jaugé


Modélisation hydrologique d'un bassin jaugé (représentatif d'un certain environnement)



3

Bassin jaugé

Bassin non jaugé




basins


Régionalisation : extension des paramètres aux bassin non jaugés voisins et modélisation hydrologique





3

Bassin jaugé

Bassin non jaugé




Régionalisation : extension des paramètres aux bassin non jaugés voisins et modélisation hydrologique

Estimation de l'entrée Pluie (SAFRAN)

Test sur des évènements significatifs




basins

MNT + paramètres

Pluie

Simulation de débits

Modèle hydrologique

Fonctionnement d'un modèle hydrologique (exemple retenu TOPMODEL)



4

MNT + paramètres

Pluie



Qualité de l'entrée Pluie :

Précision temporelle :


Temps de réponse : 1 h à 1 h 30

Pas de temps de travail : 15 à 30 minutes


4

Tp Tc


MNT + paramètres

Pluie



Qualité de l'entrée Pluie :

Précision spatiale

Précision temporelle :


Temps de réponse : 1 h à 1 h 30Pas de temps de travail : 15 à 30 minutes

Validité des précipitations :

(Berne et al. 2004)

5 à 7 km pour nos pas de temps

Effet orographique ?


4


)(10 hTX

Breda

Domenon

Vorz

Merdaret

Sonnant


Réseau de mesure hydrométéorologique sur le massif de Belledonne


5

Belledonne

Breda

Domenon

Vorz

Merdaret

SonnantSt Pierre de Chartreuse

Chamrousse

Ste Marie de Cuines Pluviographes

METEO FRANCE

Le Versoud



5

Belledonne


Breda

Domenon

Vorz

Merdaret

SonnantSt Pierre de Chartreuse

Chamrousse

Ste Marie de Cuines

Le Rivier

Allevard Font de France

Pluviographes METEO FRANCE

Pluviographes EDF

Le Versoud



5

Belledonne


Sonnant


Pluviographes EDF

SMH

Pluviographe LTHE

Limnigraphe LTHE

Pont de Venon



5


St Pierre de Chartreuse

Le Versoud

Breda

Domenon

Vorz

Merdaret

Chamrousse

Ste Marie de Cuines

Le Rivier

Allevard Font de France

Belledonne


Pluviographes EDF

Pluviographe LTHE


Zone approximative de représentativité des données pluiesà pas de temps court (1/4h)


5


Limnigraphe LTHE


Présentation de SAFRAN (Durand et al. 1993)

Modèle : ARPEGE - AURELHY

Mesures du réseau

nivo-météo

SAFRAN

Données météorologiques


6

Système développé pour la prévision avalanche (SAFRAN-CROCUS-MEPRA)

Température, humidité, rayonnement solaire, précipitations

Selon le massif, l'orientation et l'altitude

Au pas horaire


Présentation de SAFRAN (Durand et al. 1993)

Modèle : ARPEGE - AURELHY

Mesures du réseau

nivo-météo

SAFRAN

Données météorologiques

Remarques :

Données des pluviomètres intégrées toutes les 24 h

Désagrégation à l'heure avec la chronologie de l'humidité

SAFRAN est dépendant des stations de mesures


6

Système développé pour la prévision avalanche (SAFRAN-CROCUS-MEPRA)

Température, humidité, rayonnement solaire, précipitations

Selon le massif, l'orientation et l'altitude

Au pas horaire

Mise à disposition des données : période 1995 - 2005


7


Comparaison des données SAFRAN et des données sol


7


En fond de vallée (pluviographe de SMH (200 m) -- SAFRAN 600m)

En altitude (pluviographe du Rivier (1270 m) -- SAFRAN 1200m )

Pour différents pas de temps : 1h - 6h – 12h - 24h

Pour différents niveau de précipitations :

SAFRAN>0 OU Pluvio>0

SAFRAN>0 ET Pluvio>0

SAFRAN>Seuil ET Pluvio>Seuil

Comparaison des données SAFRAN et des données sol



8

Résultats des comparaisons

SMH : ~ 200 m Le Rivier : ~ 1250 m

Corrélation satisfaisante pour les pas de temps long (24h, 12h)

Meilleurs résultats en altitude

Globalement, corrélation... décevante

Pas de temps mensuel, R² = 0,92 (Rivier) et R² = 0,81 (SMH)

Pas de corrélations sur les évènements forts



9

Influence de l'altitude et l'orientation

Vision quasi-unitaire du massif

Orientation pas prise en compte

1,5 % des pluies différentes d'une orientation à l'autre

Altitude influençant uniquement les volumes

1 % des heures de pluie où :P>0 au sommet et P=0 dans la vallée

1h 24h PLUVIO



9



Altitude influençant uniquement les volumes1h 24h

SAFRAN






9


Conclusion sur les données SAFRAN

Données non adaptées à l'hydrologie des crues des petits bassins

Précision temporelle et spatiale insuffisante




Altitude influençant uniquement les volumes

Qualité probablement suffisante pour l'étude de la ressource en eau

MAIS

Utilisation des données stations



10

3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL

Présentation de TOPMODEL (Beven et Kirby 1979)

Privilégie le ruissellement sur les zones saturées contributives

AiiIndice topographique

Capacité de collecteCapacité

d'évacuation

i

ii

A

tanln

i

ii

A

tanln


10





Modélisation réalisée en deux modules :

Prélèvement en surface : 2 paramètres Inter et SRMax

Transfert dans le sol : 2 paramètres K0 et M

Conductivité hydraulique du sol

Capacité d'évacuation

Capacité de collecte

i

ii

A

tanln

M

dKdK exp)( 0

M

dKdK exp)( 0


10





Modélisation réalisée en deux modules :

Ecoulement vers l'exutoire :

Ruissellement : Fonction de Transfert

Contribution de la nappe : Isochrones

Prélèvement en surface : 2 paramètres Inter et SRMax

Transfert dans le sol : 2 paramètres K0 et M

Conductivité hydraulique du sol

Capacité de collecteCapacité

d'évacuation

i

ii

A

tanln

M

dKdK exp)( 0


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Détermination de la fonction de transfert

Méthode de la DPFT (Duband et al. 1993)

Inversion itérative du système : FT.P=Q

Sensible à la qualité des données Pluies-Débits

Applicable uniquement aux bassins jaugés


11


Détermination de la fonction de transfert

Méthode géomorphologique

Méthode de la DPFT (Duband et al. 1993)Méthode de la DPFT (Duband et al. 1993)

Sensible à la qualité des données Pluies-Débits

Basé sur le calcul du temps de transfert de l'eau sur le MNT

Applicable uniquement aux bassins jaugés

Nécessite 5 paramètres

Applicable aux bassins non jaugés

(avec transferts des paramètres)

Inversion itérative du système : FT.P=Q



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Calage du modèle sur un bassin jaugé : le Sonnant d'Uriage

Particularité du bassin :

Surface modérée : 20,2 km²

Hypsométrie moins haute :Altimed = 673 m (Autres bassins 1285 m)Altimax = 1830 m (Autres bassins 2540 m)

Légèrement urbanisé

Le seul bassin jaugé

Gières

Uriage



12






Données disponibles :

Pluviographe de Saint Martin d'Hères (210 m – pas sur le bassin)

Station hydrométrique du pont de Venon (ENSHMG – nombreuses lacunes)

Gières

Uriage




12






Données disponibles :Pluviographe de Saint Martin d'Hères (210 m – pas sur le bassin)

Station hydrométrique du pont de Venon (ENSHMG – nombreuses lacunes)

Sélections des évènements

Evénements peu intenses

Influence de la neige ?

Gières

Uriage




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Détermination de la Fonction de Transfert

Méthode de la DPFT

Représentativité des pluies douteuse

Fonction de Transfert très rapide

Référence ?

Appliqué au ¼ h



13

Ajustement sur la DPFT : Paramètres géomorphologiques non physiques

Méthode géomorphologique

FT retenue :

Vriv = 1 m/s Vvers=0,2 m/s

Tx de saturation = 5%

Méthode de la DPFT

Représentativité des pluies douteuse

Fonction de Transfert très rapide

Référence ?

Appliqué au ¼ h

Détermination de la Fonction de Transfert



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Modélisation hydrologique du Sonnant d'Uriage

Critères de Nash : Nash=1−∑1

nQ

sim−Q

obs2

∑1

nQ

sim−Q

obs2

Résultat de la modélisation :Calage :

DPFT -> 0,838

Géomorpho -> 0,847Validation :

DPFT -> 0,828

Géomorpho -> 0,854Résultats très variablesd'un épisode à l'autre

Meilleur sur les épisodes les plus forts



14

Modélisation hydrologique du Sonnant d'Uriage

Critères de Nash : Nash=1−∑1

nQ

sim−Q

obs2

∑1

nQ

sim−Q

obs2

Résultat de la modélisation :

Résultats très variables d'un épisode à l'autre

Meilleur sur les épisodes les plus forts

Sensibilité au choix de la FT :

Faibles par rapport aux incertitudes sur les pluies

Validation : DPFT ->

0,828Géomorpho ->

0,854

Calage : DPFT ->

0,838Géomorpho ->

0,847


Extension à un bassin non jaugé : le Vorz

Episode du 21-23 août 2005 :

Provoqué par un retour d'EST

Le Rivier

La Ferrière

Revel

La Pra

ChamrousseLe Versoud

VorzEffet orographique très marqué

Pluviographes candidats :

Le Versoud (fond de vallée)

Le Rivier (Versant EST)


15



15

Episode du 21-23 août 2005 :

Provoqué par un retour d'EST

Le Rivier

La Ferrière

Revel

La Pra

ChamrousseLe Versoud

VorzEffet orographique très marqué

Pluviographes candidats :

Le Versoud (fond de vallée)

Le Rivier (Versant EST)

Comparaison des cumuls

Utilisation des pluies au Rivier

Le Rivier situé à l'altitude médiane du Vorz

Extension à un bassin non jaugé : le Vorz



16

Résultat de l'extension au Vorz

Débit de pointe obtenu : 25 m3/s

Peu sensible à la FT retenue

Correspond aux estimations de Ph. Belleudy (communication personnelle)

Initialisation à 100 l/s



16

Résultat de l'extension au Vorz

Extrêmement sensible à l'estimation de la pluie

Nécessité absolue de réduire les incertitudes sur les pluies en entrée de modèle

Débit de pointe obtenu : 25 m3/s

Peu sensible à la FT retenue

Correspond aux estimations de Ph. Belleudy (communication personnelle)

Initialisation à 100 l/s



17

Importance de l'entrée pluie dans la modélisation hydrologique

Densification du réseau de mesure sur Belledonne

Prise en compte de l'orientation pour les précipitations SAFRAN

Conclusions et perspcetives



17

Démarche intéressante pour appréhender les bassins non jaugés

Robustesse des simulations vis à vis des FT sélectionnées





Nécessité d'un second bassin jaugé pour pouvoir valider la démarche

Mesure existante sur le Breda : bassin atypique de Belledonne



17

Nécessité d'un second bassin jaugé pour pouvoir valider la démarche

Mesure existante sur le Breda : bassin atypique de Belledonne

Examiner l'influence de la neige

Modélisation via la méthode du degré-jour

Démarche intéressante pour appréhender les bassins non jaugés

Robustesse des simulations vis à vis des FT sélectionnées





MERCI

de votre

ATTENTION

Des

Questions

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Vorz 22-23 aout 2005

Domenon 22-23 aout 2005

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