Modélisation des inondations historiques de la Sarre

Modeling historical floods of the Saar

• Auteur / Autrice : Sleimane Hariri
• Direction : Isabelle Charpentier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mecanique des fluides
• Date : Soutenance le 10/11/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Noëlle Pons
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Jeannot, Jens Gustedt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Anquetin, Stéphane Vialle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrologie des versants

Modèles hydrologiques

Mots clés libres

Équilibre des surfaces

HEC-RAS

Inondations historiques

Modèles hydrologiques

Modèle de pluie distribuée

Partitionnement des bassins versants

Area balancing

HEC-RAS

Historical floods

Hydrological models

Rain-on-grid

Watershed partitioning

Résumé

Les modèles de précipitations distribuées considèrent les données de précipitations sur un bassin versant comme un terme source dans leurs équations aux dérivées partielles non linéaires. Comme leur discrétisation comprend un maillage de la topographie du bassin versant, leur solution peut échouer en raison d’un manque de capacité de mémoire pour les grands bassins versants. La volonté de réaliser des simulations de précipitations distribuées sur des bassins de grande échelle a motivé la conception d’une nouvelle méthode de partitionnement. Nous mettons particulièrement l’accent sur un équilibre de la charge de calcul pour améliorer son efficacité. Pour une utilisation générale, les performances de la méthode de partitionnement des bassins sont notamment illustrées avec le logiciel HEC-RAS.Comme cas d’étude, nous considérons le bassin versant de la Sare (partie française) qui draine une superficie de (1800 km2). L’application de la nouvelle méthode de partitionnement pour effectuer des simulations de précipitations distribuées sur ce bassin à grande échelle montre un meilleur équilibre pour les aires des sous-bassins. En conséquence, la charge de calcul requise pour une résolution utilisant (2 800 000) mailles distribuées de manière équilibrée entre les sous-domaines est considérablement réduite. Les simulations d’événements extrêmes et historiques montrent un très bon accord avec les données observées telles que les données de débit, des cartes de crue (2010), des cartes d’inondations historiques (1940 et 1944).

Rain-on-grid software accounts for precipitation over a watershed as a source term in its nonlinear partial differential equations. As their discretization comprises a mesh of the watershed topography, their solution may fail due to memory shortage for large watersheds. Targeting rain-on-grid simulations on large-scale watersheds has motivated the design of a new basin partitioning method. We place a special emphasis on balancing the computational load in order to improve its efficiency. For the sake of general usability, the performance of the basin partitioning method is notably exemplified by using the HEC-RAS software.As a case study, we consider the Saar catchment (French part) that drains an area of (1800 km2). The application of the new partition method to perform rain-on-grid simulations on this large-scale basin demonstrates a better equilibrium for the sub-basin areas. As a consequence, the computational load that is required for the solution using (2 800 000) mesh elements balanced between the subdomains is substantially reduced. Simulations of extreme and historical events are in very good agreement with observed data such as discharge data, a flood extent map (2010) or with historical flood maps (1940 and 1944).