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.

Report
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
Plan de la présentation
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits
bassins non jaugés
1-1) Démarche employée
1-2) Entrée du modèle : réflexion sur le réseau de mesure
du massif de Belledonne
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
3) Modélisation hydrologique par Topmodel
4) Conclusions et perspectives
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
Plan de la présentation
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins
non jaugés
1-1) Démarche employée
1-2) Entrée du modèle : réflexion sur le réseau de mesure
du massif de Belledonne
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
2-1) Présentation sommaire de SAFRAN
2-2) Pertinence des données SAFRAN pour notre étude
2-3) Conclusion sur leur utilisation dans notre contexte
3) Modélisation hydrologique par Topmodel
4) Conclusions et perspectives
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
Plan de la présentation
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins
non jaugés
1-1) Démarche employée
1-2) Entrée du modèle : réflexion sur le réseau de mesure
du massif de Belledonne
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
2-1) Présentation sommaire de SAFRAN
2-2) Pertinence des données SAFRAN pour notre étude
2-3) Conclusion sur leur utilisation dans notre contexte
3) Modélisation hydrologique par Topmodel
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
4) Conclusions et perspectives
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
Plan de la présentation
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins
non jaugés
1-1) Démarche employée
1-2) Entrée du modèle : réflexion sur le réseau de mesure
du massif de Belledonne
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
2-1) Présentation sommaire de SAFRAN
2-2) Pertinence des données SAFRAN pour notre étude
2-3) Conclusion sur l'utilisation de SAFRAN en hydrologie
3) Modélisation hydrologique par Topmodel
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
4) Conclusions et perspectives
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Décennie de l'AISH sur la Prévision en Bassin Non jaugé (Programme PUB)
(Sivapalan et al. 2003)
Prediction on ungauged basins
Démarche :
(Hundecha et al. 2007)
Bassin non jaugé
Bassin jaugé
Mesure hydrométrique
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Décennie de l'AISH sur la Prévision en Bassin Non jaugé (Programme PUB)
(Sivapalan et al. 2003)
Prediction on ungauged basins
Démarche :
(Hundecha et al. 2007)
Bassin non jaugé
Modélisation hydrologique d'un bassin jaugé
(représentatif d'un certain environnement)
Détermination de paramètres
caractéristiques du bassin jaugé
Bassin jaugé
Mesure hydrométrique
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Décennie de l'AISH sur la Prévision en Bassin Non jaugé (Programme PUB)
(Sivapalan et al. 2003)
Prediction on ungauged basins
Démarche :
(Hundecha et al. 2007)
Bassin non jaugé
Modélisation hydrologique d'un bassin jaugé
(représentatif d'un certain environnement)
Détermination de paramètres
caractéristiques du bassin jaugé
Bassin jaugé
Régionalisation : extension des paramètres aux
bassin non jaugés voisins
et modélisation hydrologique
Mesure hydrométrique
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Décennie de l'AISH sur la Prévision en Bassin Non jaugé (Programme PUB)
(Sivapalan et al. 2003)
Prediction on ungauged basins
Démarche :
(Hundecha et al. 2007)
Bassin non jaugé
Estimation de l'entrée Pluie (SAFRAN)
Modélisation hydrologique d'un bassin jaugé
(représentatif d'un certain environnement)
Détermination de paramètres
caractéristiques du bassin jaugé
Bassin jaugé
Régionalisation : extension des paramètres aux
bassin non jaugés voisins
et modélisation hydrologique
Test sur des évènements significatifs
Mesure hydrométrique
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Fonctionnement d'un modèle hydrologique (exemple retenu TOPMODEL)
MNT + paramètres
Pluie
Modèle
hydrologique
Simulation de débits
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Fonctionnement d'un modèle hydrologique (exemple retenu TOPMODEL)
Qualité de l'entrée Pluie :
MNT + paramètres
Pluie
Précision temporelle :
Temps de réponse : 1 h à 1 h 30
Modèle
hydrologique
Tp
Simulation de débits
Thomas Finet
Pas de temps de travail :
15 à 30 minutes
Soutenance de PFE-M2R
Tc
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Fonctionnement d'un modèle hydrologique (exemple retenu TOPMODEL)
Qualité de l'entrée Pluie :
MNT + paramètres
Pluie
Précision temporelle :
Temps de réponse : 1 h à 1 h 30
Pas de temps de travail :
15 à 30 minutes
Modèle
hydrologique
Précision spatiale
Validité des précipitations :
X  10 T( h )
(Berne et al. 2004)
5 à 7 km pour nos pas de temps
Simulation de débits
Thomas Finet
Effet orographique ?
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Réseau de mesure hydrométéorologique sur le massif de Belledonne
Belledonne
Breda
Merdaret
Vorz
Domenon
Sonnant
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Réseau de mesure hydrométéorologique sur le massif de Belledonne
Ste Marie
de Cuines
Pluviographes
METEO FRANCE
Belledonne
Breda
Merdaret
Vorz
Domenon
Chamrousse
St Pierre de
Chartreuse
Thomas Finet
Le Versoud
Sonnant
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Réseau de mesure hydrométéorologique sur le massif de Belledonne
Ste Marie
de Cuines
Pluviographes
METEO FRANCE
Belledonne
Breda
Allevard
Font de France
Pluviographes EDF
Le Rivier
Merdaret
Vorz
Domenon
Chamrousse
St Pierre de
Chartreuse
Thomas Finet
Le Versoud
Sonnant
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Réseau de mesure hydrométéorologique sur le massif de Belledonne
Ste Marie
de Cuines
Pluviographes
METEO FRANCE
Belledonne
Breda
Allevard
Font de France
Pluviographes EDF
Le Rivier
Merdaret
Pluviographe LTHE
Vorz
Limnigraphe LTHE
Domenon
Chamrousse
St Pierre de
Chartreuse
Le Versoud
Sonnant
Pont de
Venon
SMH
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif : Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Réseau de mesure hydrométéorologique sur le massif de Belledonne
Pluviographes
METEO FRANCE
Pluviographes EDF
Pluviographe LTHE
Limnigraphe LTHE
Zone approximative
de représentativité
des données pluies
à pas de temps court
(1/4h)
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
Présentation de SAFRAN (Durand et al. 1993)
Système développé pour la prévision avalanche (SAFRAN-CROCUS-MEPRA)
Données météorologiques
Modèle :
ARPEGE AURELHY
Mesures du réseau
nivo-météo
Température, humidité,
rayonnement solaire, précipitations
SAFRAN
Selon le massif, l'orientation et
l'altitude
Au pas horaire
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
Présentation de SAFRAN (Durand et al. 1993)
Système développé pour la prévision avalanche (SAFRAN-CROCUS-MEPRA)
Données météorologiques
Modèle :
ARPEGE AURELHY
Température, humidité,
rayonnement solaire, précipitations
SAFRAN
Selon le massif, l'orientation et
l'altitude
Mesures du réseau
nivo-météo
Au pas horaire
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
Mise à disposition des données : période 1995 - 2005
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
Comparaison des données SAFRAN et des données sol
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
Comparaison des données SAFRAN et des données sol
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
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
Résultats des comparaisons
SMH : ~ 200 m
Le Rivier : ~ 1250 m
Globalement, corrélation... décevante
Meilleurs résultats en altitude
Pas de corrélations sur les évènements forts
Corrélation satisfaisante pour les pas de temps long (24h, 12h)
Pas de temps mensuel, R² = 0,92 (Rivier) et R² = 0,81 (SMH)
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
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
1h
24h
PLUVIO
Thomas Finet
Altitude influençant uniquement les
volumes
1 % des heures de pluie où :
P>0 au sommet et P=0 dans la vallée
Soutenance de PFE-M2R
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
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
1h
SAFRAN
Thomas Finet
24h
Altitude influençant uniquement les
volumes
1 % des heures de pluie où :
P>0 au sommet et P=0 dans la vallée
Soutenance de PFE-M2R
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
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
Conclusion sur les données SAFRAN
Qualité probablement suffisante pour l'étude de la ressource en eau
MAIS
Données non adaptées à l'hydrologie des crues des petits bassins
Précision temporelle et spatiale insuffisante
Utilisation des données stations
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Présentation de TOPMODEL
(Beven et Kirby 1979)
Privilégie le ruissellement sur les zones saturées contributives
Indice topographique
 A

i  ln i 
 tan  i 
i
Capacité
d'évacuation
 A

i  ln i 
 tan  i 
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
Ai
Capacité
de collecte
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Présentation de TOPMODEL
(Beven et Kirby 1979)
Privilégie le ruissellement sur les zones saturées contributives
Indice topographique
 A

i  ln i 
 tan  i 
Modélisation réalisée en deux modules :
i
Capacité
d'évacuation
Prélèvement en surface : 2 paramètres Inter et SRMax
d
K (d )  K 0 exp

M 
Transfert dans le sol : 2 paramètres K0 et M
Conductivité hydraulique du
sol
Thomas Finet
d 
K (d )  K 0 exp

M 
Soutenance de PFE-M2R
Ai
Capacité
de collecte
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Présentation de TOPMODEL
(Beven et Kirby 1979)
Privilégie le ruissellement sur les zones saturées contributives
Indice topographique
 A

i  ln i 
 tan  i 
Modélisation réalisée en deux modules :
i
Capacité
d'évacuation
Prélèvement en surface : 2 paramètres Inter et SRMax
Transfert dans le sol : 2 paramètres K0 et M
Conductivité hydraulique du
sol
d 
K (d )  K 0 exp

M 
Ecoulement vers l'exutoire :
Ruissellement : Fonction de Transfert
Contribution de la nappe : Isochrones
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
Ai
Capacité
de collecte
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Détermination de la fonction de transfert
Méthode de la DPFT (Duband et al. 1993)
Inversion itérative du système :
FT.P=Q
Applicable uniquement aux bassins
jaugés
Sensible à la qualité des données PluiesDébits
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Détermination de la fonction de transfert
Méthode de la DPFT (Duband et al. 1993)
Inversion itérative du système :
FT.P=Q
Applicable uniquement aux bassins
jaugés
Sensible à la qualité des données PluiesDébits
Méthode géomorphologique
Basé sur le calcul du temps de transfert de
l'eau sur le MNT
Nécessite 5 paramètres
Applicable aux bassins non jaugés
(avec transferts des paramètres)
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Calage du modèle sur un bassin jaugé : le Sonnant d'Uriage
Particularité du bassin :
Gières
Le seul bassin jaugé
Surface modérée : 20,2 km²
Uriage
Hypsométrie moins haute :
Altimed = 673 m (Autres bassins 1285 m)
Altimax = 1830 m (Autres bassins 2540 m)
Légèrement urbanisé
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Calage du modèle sur un bassin jaugé : le Sonnant d'Uriage
Particularité du bassin :
Le seul bassin jaugé
Surface modérée : 20,2 km²
Gières
Uriage
Hypsométrie moins haute :
Altimed = 673 m (Autres bassins 1285 m)
Altimax = 1830 m (Autres bassins 2540 m)
Légèrement urbanisé
Données disponibles :
Pluviographe de Saint Martin d'Hères
(210 m – pas sur le bassin)
Station hydrométrique du pont de Venon (ENSHMG – nombreuses lacunes)
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Calage du modèle sur un bassin jaugé : le Sonnant d'Uriage
Particularité du bassin :
Le seul bassin jaugé
Surface modérée : 20,2 km²
Gières
Uriage
Hypsométrie moins haute :
Altimed = 673 m (Autres bassins 1285 m)
Altimax = 1830 m (Autres bassins 2540 m)
Légèrement urbanisé
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 ?
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Détermination de la Fonction de Transfert
Méthode de la DPFT
Fonction de Transfert très rapide
Représentativité des pluies douteuse
Appliqué au ¼ h
Référence ?
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Détermination de la Fonction de Transfert
Méthode de la DPFT
Fonction de Transfert très rapide
Représentativité des pluies douteuse
Appliqué au ¼ h
Référence ?
Méthode géomorphologique
Ajustement sur la DPFT :
Paramètres géomorphologiques non
physiques
FT retenue :
Vriv = 1 m/s
Vvers=0,2 m/s
Tx de saturation = 5%
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Modélisation hydrologique du Sonnant d'Uriage
n
Critères de Nash :
Nash= 1−
∑1
n
∑1
Qsim− Qobs
2
Qsim− Qobs
2
Résultat de la modélisation :
Calage :
DPFT
->
0,838
Validation :
0,847
Géomorpho ->
DPFT
->
0,828
Géomorpho ->
0,854
Résultats très variables
d'un épisode à l'autre
Meilleur sur les épisodes les plus
forts
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Modélisation hydrologique du Sonnant d'Uriage
n
Critères de Nash :
Nash= 1−
∑1
n
∑1
Qsim− Qobs
2
Qsim− Qobs
2
Résultat de la modélisation :
Calage :
DPFT
->
0,838
Validation :
0,847
Géomorpho ->
DPFT
->
0,828
Géomorpho ->
0,854
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
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Extension à un bassin non jaugé : le Vorz
La Ferrière
Episode du 21-23 août 2005 :
Le Rivier
Provoqué par un retour d'EST
Vorz
Effet orographique très marqué
La Pra
Pluviographes candidats :
Le Versoud (fond de vallée)
Revel
Le Versoud
Le Rivier (Versant EST)
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
Chamrousse
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Extension à un bassin non jaugé : le Vorz
La Ferrière
Episode du 21-23 août 2005 :
Le Rivier
Provoqué par un retour d'EST
Vorz
Effet orographique très marqué
La Pra
Pluviographes candidats :
Le Versoud (fond de vallée)
Revel
Le Versoud
Chamrousse
Le Rivier (Versant EST)
Comparaison des cumuls
Le Rivier situé à l'altitude médiane du Vorz
Utilisation des pluies au Rivier
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Résultat de l'extension au Vorz
Initialisation à 100 l/s
Débit de pointe obtenu : 25 m3/s
Peu sensible à la FT retenue
Correspond aux estimations de Ph.
Belleudy (communication personnelle)
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Résultat de l'extension au Vorz
Initialisation à 100 l/s
Débit de pointe obtenu : 25 m3/s
Peu sensible à la FT retenue
Correspond aux estimations de Ph.
Belleudy (communication personnelle)
Extrêmement sensible à l'estimation de
la pluie
Nécessité absolue de réduire
les incertitudes sur les pluies
en entrée de modèle
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
4) Conclusions et perspectives
Conclusions et perspcetives
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
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
4) Conclusions et perspectives
Conclusions et perspcetives
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
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
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
4) Conclusions et perspectives
Conclusions et perspcetives
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
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
Examiner l'influence de la neige
Modélisation via la méthode du degré-jour
Thomas Finet
Soutenance de PFE-M2R
MERCI
de votre
ATTENTION
Vorz 22-23 aout 2005
Domenon 22-23 aout 2005
Des
Questions
?

similar documents