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

Integrated watershed modeling for real time management

• Auteur / Autrice : Simon Munier
• Direction : Xavier Litrico, Gilles Belaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'eau
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : AgroParisTech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Assimilation de données (géophysique)

Inondations -- Prévision

Modèles mathématiques

Cours d'eau -- Jaugeage

Génie fluvial

Résumé

En français : Pour la gestion en temps réel des étiages comme pour celle des crues, l'une des principales missions des gestionnaires de bassin consiste à prévenir les situations de crise, généralement définies par des franchissements de débits seuils en différents points stratégiques, afin d'en limiter les dégâts, tant économiques et écologiques que matériels et humains. La thèse propose une méthodologie de synthèse et d'identification d'un modèle de simulation des débits, intégrant les phénomènes de transferts hydrauliques (propagation en cours d'eau) et hydrologiques (transformation de la pluie en débit), ainsi que les transferts relatifs aux prélèvements dans le cas des étiages. Le modèle proposé, construit dans le souci constant des contraintes de l'opérationnel telles que la robustesse face aux aléas du terrain, l'assimilation des données en temps réel ou la commande automatique des vannes de barrage, présente un module hydraulique à base physique simplifiée couplé, selon une approche semi-distribuée, à un module hydrologique global conceptuel. Cette démarche permet la prise en compte de débits latéraux non jaugés dans le transfert en cours d'eau. L'approche est validée à travers des exemples théoriques et divers cas d'application réels : transfert en rivière soumis à l'influence de la marée, synthèse d'un contrôleur boucle ouverte sur un canal d'irrigation, simulation de débits à l'exutoire de divers bassins versants français, prévision des crues, synthèse d'observateurs d'états pour la reconstitution de prélèvements.

En anglais : Whether during floods or during low flow regimes, one of the main challenge of real-time river basin management is to prevent crises, generally defined by crossing flow thresholds at different strategic points, in order to limit economic, ecological, material and human damage. The thesis proposes a methodology for synthesis and identication of a model which simulates flows, incorporating hydraulic transfers (propagation in a river stretch), hydrologic transfers (transformation of rainfall into runoff), and withdrawals in the case of low flows. The model is built under operational constraints, such as robustness against uncertainties, real-time data assimilation or automatic control of reservoirs. It is described by a semi-distributed coupling between a hydraulic module based on simplified physics, and a global and conceptual hydrological module. The approach is validated through various theoretical examples and applications on real cases : transfer in a river stretch subject to tidal inuence, synthesis of an open-loop controller on an irrigation canal, simulation of flows at the outlet of various French watersheds, flood forecasting, synthesis of state observers for the reconstitution of withdrawals.