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.
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Elaboration et validation d'informations pluviométriques et géomorphologiques pour la modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés.
Thomas Finet Encadrants : Charles Obled et Isabella Zin Soutenance de PFE-M2R 1
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 2 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 2 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 2
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 2
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 3 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 3
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 Modélisation hydrologique d'un bassin jaugé (représentatif d'un certain environnement) Détermination de paramètres caractéristiques du bassin jaugé Régionalisation : extension des paramètres aux bassin non jaugés voisins et modélisation hydrologique Mesure hydrométrique Thomas Finet Soutenance de PFE-M2R 3
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 Bassin non jaugé Bassin jaugé
Démarche :
( Hundecha
et al.
2007) Estimation de l'entrée Pluie (SAFRAN) Modélisation hydrologique d'un bassin jaugé (représentatif d'un certain environnement) Détermination de paramètres caractéristiques du 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 3
1) Objectif
: Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Fonctionnement d'un modèle hydrologique
(exemple retenu TOPMODEL) Pluie MNT + paramètres Modèle hydrologique Simulation de débits Thomas Finet 4 Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif
: Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Fonctionnement d'un modèle hydrologique
(exemple retenu TOPMODEL) Pluie MNT + paramètres Qualité de l'entrée Pluie :
Précision temporelle :
Temps de réponse : 1 h à 1 h 30 Modèle hydrologique Simulation de débits Thomas Finet 4 Tp Pas de temps de travail : 15 à 30 minutes Tc Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif
: Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Fonctionnement d'un modèle hydrologique
(exemple retenu TOPMODEL) Pluie MNT + paramètres Modèle hydrologique Simulation de débits 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
Précision spatiale
Validité des précipitations :
X
10
T
(
h
) (Berne
et al.
2004) 5 à 7 km pour nos pas de temps Effet orographique ?
Thomas Finet Soutenance de PFE-M2R 4
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 5 Soutenance de PFE-M2R
1) Objectif
: Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Réseau de mesure hydrométéorologique sur le massif de Belledonne
Breda
Ste Marie de Cuines Belledonne Pluviographes METEO FRANCE
Merdaret
Le Versoud
Vorz Domenon Sonnant
Chamrousse St Pierre de Chartreuse Thomas Finet Soutenance de PFE-M2R 5
1) Objectif
: Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Réseau de mesure hydrométéorologique sur le massif de Belledonne
Ste Marie de Cuines Allevard
Breda
Font de France Belledonne Le Rivier
Merdaret Vorz Domenon
St Pierre de Chartreuse Le Versoud
Sonnant
Chamrousse Pluviographes METEO FRANCE Pluviographes EDF Thomas Finet Soutenance de PFE-M2R 5
1) Objectif
: Modélisation hydrologique de petits bassins non jaugés
Réseau de mesure hydrométéorologique sur le massif de Belledonne
Ste Marie de Cuines Allevard
Breda
Font de France Belledonne Le Rivier
Merdaret Vorz Domenon
St Pierre de Chartreuse Le Versoud
Pont de Venon
SMH
Sonnant
Chamrousse Pluviographes METEO FRANCE Pluviographes EDF Pluviographe LTHE
Limnigraphe LTHE
Thomas Finet Soutenance de PFE-M2R 5
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 5
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
Présentation de SAFRAN
(Durand
et al.
1993) Système développé pour la prévision avalanche (SAFRAN-CROCUS-MEPRA) Modèle : ARPEGE AURELHY Mesures du réseau nivo météo SAFRAN Données météorologiques Température, humidité, rayonnement solaire, précipitations Selon le massif, l'orientation et l'altitude Au pas
horaire
Thomas Finet 6 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) Modèle : ARPEGE AURELHY Mesures du réseau nivo météo SAFRAN Données météorologiques Température, humidité, rayonnement solaire, précipitations Selon le massif, l'orientation et l'altitude 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 Thomas Finet Mise à disposition des données : période 1995 - 2005 Soutenance de PFE-M2R 6
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
Comparaison des données SAFRAN et des données sol
Thomas Finet 7 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 7
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 8
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
Influence de l'altitude et l'orientation 1h PLUVIO 24h
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 Thomas Finet 9 Soutenance de PFE-M2R
2) Les précipitations fournies par SAFRAN
Influence de l'altitude et l'orientation 1h SAFRAN 24h
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 Thomas Finet 9 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 9
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Présentation de TOPMODEL
(Beven et Kirby 1979) Privilégie le ruissellement sur les zones saturées contributives Indice topographique
i
ln
A i
tan
i
i Capacité d'évacuation
A i
i
ln
A i
tan
i
Capacité de collecte
Thomas Finet 10 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
i
ln
A i
tan
i
Modélisation réalisée en deux modules :
Prélèvement en surface
: 2 paramètres
Inter
et
K
(
d
)
K
exp 0
M
Transfert dans le sol
: 2 paramètres
K 0
et
M
Conductivité hydraulique du sol
K
(
d
)
K
0 exp
M d i Capacité d'évacuation
A i
Capacité de collecte
Thomas Finet 10 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
i
ln
A i
tan
i
Modélisation réalisée en deux modules :
Prélèvement en surface
: 2 paramètres
Inter
et
SRMax i Capacité d'évacuation
A i
Transfert dans le sol
: 2 paramètres
K 0
et
M
Conductivité hydraulique du sol
K
(
d
)
K
0 exp
M d
Ecoulement vers l'exutoire :
Ruissellement
: Fonction de Transfert
Contribution de la nappe
: Isochrones Thomas Finet 10 Soutenance de PFE-M2R
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 Pluies Débits Thomas Finet 11 Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Détermination de la fonction de transfert
Méthode de la DPFT (Duband
et al.
Inversion itérative du système : FT.P=Q Applicable uniquement aux bassins jaugés Sensible à la qualité des données Pluies Débits 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 11
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 Hypsométrie moins haute :
Alti med = 673 m (Autres bassins 1285 m) Alti max = 1830 m (Autres bassins 2540 m)
Légèrement urbanisé
Gières Uriage
Thomas Finet 12 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 Hypsométrie moins haute :
Alti med = 673 m (Autres bassins 1285 m) Alti max = 1830 m (Autres bassins 2540 m)
Légèrement urbanisé
Gières Uriage
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 12 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 Hypsométrie moins haute :
Alti med = 673 m (Autres bassins 1285 m) Alti max = 1830 m (Autres bassins 2540 m)
Légèrement urbanisé
Gières Uriage
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 12
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 13 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 : V riv = 1 m/s V vers =0,2 m/s Tx de saturation = 5% Thomas Finet 13 Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Modélisation hydrologique du Sonnant d'Uriage
Critères de Nash :
Nash
= 1 − ∑ 1
n
∑ 1
n Q sim
−
Q obs
2
Q sim
−
Q obs
2 Résultat de la modélisation : Calage :
DPFT 0,838
Validation :
0,847 Géomorpho -> DPFT 0,828 Géomorpho -> 0,854
d'un épisode à l'autre
-> ->
Meilleur sur les épisodes les plus forts Thomas Finet Soutenance de PFE-M2R 14
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Modélisation hydrologique du Sonnant d'Uriage
Critères de Nash :
Nash
= 1 − ∑ 1
n
∑ 1
n Q sim
−
Q obs
2
Q sim
−
Q obs
2 Résultat de la modélisation : Calage :
DPFT 0,838
Validation :
0,847 Géomorpho -> DPFT 0,828 Géomorpho ->
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 14
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 Effet orographique très marqué
Vorz
Pluviographes candidats : Le Versoud (fond de vallée) Le Rivier (Versant EST) Le Versoud Revel La Pra Chamrousse Thomas Finet 15 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 Effet orographique très marqué
Vorz
Pluviographes candidats : Le Versoud (fond de vallée) Le Rivier (Versant EST) Le Versoud Revel La Pra Chamrousse Comparaison des cumuls Le Rivier situé à l'altitude médiane du Vorz
Utilisation des pluies au Rivier
Thomas Finet Soutenance de PFE-M2R 15
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Initialisation à 100 l/s
Résultat de l'extension au Vorz
Débit de pointe obtenu : 25 m 3 /s Peu sensible à la FT retenue Correspond aux estimations de Ph. Belleudy (communication personnelle) Thomas Finet 16 Soutenance de PFE-M2R
3) Modélisation hydrologique par TOPMODEL
Initialisation à 100 l/s
Résultat de l'extension au Vorz
Débit de pointe obtenu : 25 m 3 /s Peu sensible à la FT retenue Correspond aux estimations de Ph. Belleudy (communication personnelle) Thomas Finet Extrêmement sensible à l'estimation de la pluie Nécessité absolue de réduire les incertitudes sur les pluies en entrée de modèle Soutenance de PFE-M2R 16
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 17 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 17 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 17
MERCI de votre ATTENTION
Domenon 22-23 aout 2005 Vorz 22-23 aout 2005