Développement d'une méthodologie pour la connaissance régionale des crues

Development of a methodology for the regional knowledge of flood hazard

• Auteur / Autrice : Catherine Fouchier
• Direction : Christophe Bouvier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Météorologie, océanographie physique et physique de l'environnement
• Date : Soutenance le 18/11/2010
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : : Centre national du machinisme agricole, du génie rural, des eaux et des forêts (France). Centre de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Roger Moussa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Bouvier, Patrick Arnaud, Bruno Janet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vazken Andréassian, Hervé Andrieu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Prévision

Inondations

Mots clés libres

Crues

Information spatiale

Modélisation pluie - débit

Prévision

Prédétermination

Régionalisation

Floods

Spatial information

Rainfall-runoff modelling

Forcasting

Prediction

Regionalisation

Résumé

Deux volets distincts de l'hydrologie sont abordés, prévision et prédétermination, au travers d'une problématique commune : le transfert à l'exutoire des bassins versants d' une information hydrologique distribuée. Dans le domaine de la prévision des crues, la technologie radar procure une information pluviométrique spatialement continue. Les hydrologues disposent ainsi en temps réel de la connaissance des champs de pluie, atout indéniable pour l'anticipation des crues notamment sur des petits bassins versants par le biais de la modélisation de la pluie en débit. Dans le cadre de la méthode AIGA d'alerte crues, développée au Cemagref, une modélisation mise en oeuvre à l'échelle du pixel de pluie fournit une cartographie des contributions de débit des pixels. Dans le domaine de la prédétermination, le Cemagref a développé la méthode SHYREG qui associe un modèle régionalisé de simulation de pluies horaires à une modélisation de la pluie en débit. Une estimation statistique régionale des pluies et des débits spécifiques de différentes durées, dans une large plage de fréquence (du courant à l'exceptionnel) peut ainsi être proposée et cartographiée. L'objectif du travail présenté est d'étudier et d'élaborer des méthodologies simples de transfert de ces deux informations débitmétriques discrétisées information temps réel pour le volet prévision et information statistique pour le volet prédétermination - à l'information débit à l'exutoire du bassin versant. La méthodologie met en oeuvre des informations spatiales et une modélisation de la pluie en débit. Pour répondre à l'objectif fixé, trois axes de travail sont développés. Le premier est l'étude du comportement d'un modèle pluie-débit simple développé pour être mis en oeuvre à la maille du km². On examine en particulier s'il satisfait les caractéristiques d'invariance et de parcimonie souhaitée pour une utilisation à la fois en reconstitution de crues et en simulation. Le second axe de travail concerne l'agglomération, en prédétermination, de l'information débit statistique connue au km² pour l'estimation des quantiles de débit à l' exutoire de bassins versants de superficie plus importante dans le cadre de la méthode SHYREG. Il s'agit de tenir compte de deux phénomènes hydrologiques distincts : l'abattement spatial de la pluie et le transfert dans le réseau hydraulique. Le troisième axe de travail concerne l'agglomération de l'information hydrologique distribuée pour la reconstitution des crues dans le cadre de l'outil AIGA d'alerte crues. Différentes modélisations sont proposées pour transférer à l'exutoire les contributions des débits modélisées aux pixels.

We address the routing of distributed hydrological information to the outlet of watersheds, in the fields of flood forecasting and flood prediction on ungauged watersheds in the French Mediterranean area.Flood forecasting can benefit of areal rainfall data provided in real-time by radar networks. This data used as an input to rainfall runoff models gives access to flood anticipation on small ungauged watersheds. Within the framework of the AIGA method, developed by CEMAGREF to provide floods alert, a rainfall-runoff model is implemented at the spatial resolution of the radar data, thus providing a map of the 1 km² pixel contributions to the runoff at the catchment outlet.Flood prediction consists of assessing the frequency of occurrence of floods of different given magnitude without reference to the times at which they would occur. The SHYREG flood prediction method, developed by Cemagref associates a regionalized rainfall model with a rainfall-runoff model. It provides grids of statistical estimates of rain and runoff for various duration and return periods. Our purpose is to study and work out simple methodologies to aggregate these two gridded hydrological data - real time information for the AIGA forecasting method and statistical data for the SHYREG prediction method to the catchments outlets. Our methodology implements distributed information and a rainfall-runoff model. We have first studied the behaviour of a simple rainfall-runoff model developed to be implemented in a gridded resolution (1 km² cells) for prediction as well as for forecasting purposes. We have checked that the model parameters show no redundancy and no link with the characteristics of the rainfall events. We have then addressed the question of the aggregation of gridded hydrological data. Within the SHYREG method, it consists of assessing statistical flow estimates at catchments outlets, knowing simulated flow distributions in each cell of the catchments. This aggregation would combine two distinct hydrological phenomena: areal reduction of rainfall and discharge attenuation in the channel network. Within the AIGA method, we have focused on the routing function of the rainfall-runoff model at the 1 km² cell scale, this scale being the first step of the runoff routing from the production area to the outlet of the catchment. We have then produced streamflow hindcasts for selected observed events using different routing function, within our rainfall-runoff model.